Oksidanlar ve Antioksidanlar Baka maddeleri okside etme yeteneine

Oksidanlar ve Antioksidanlar

• Başka maddeleri okside etme yeteneğine sahip olan maddelere oksidan adı verilir. • Oksidasyon, elektron kaybedilmesi ya da oksijen kazanılması yoluyla olabilir.

• Redüksiyon potansiyeli, elektron kazanma (indirgenme, okside etme) eğiliminin ölçüsüdür. • Daha pozitif redüksiyon potansiyeline sahip maddeler, elektron alır ve oksidan olarak davranır.

• Vücudumuzdaki oksidanlar, oksijen ve nitrojen türleri olarak ikiye ayrılabilir: • Hem ROS (Reactive Oxygen Species) hem de RNS (Reactive Nitrogen Species) sınıfı oksidanlar; serbest radikal olan ve olmayan üyelere sahiptir.

• Eşleşmemiş elektrona sahip atom ya da moleküllere radikal (serbest radikal) denir. • Radikallerin çoğu, yüksek oranda reaktiftir; başka moleküllerden ya bir elektron alır (oksidan) ya da bir elektron verir (redüktan).

Pro-oksidanlar • Ya ROS üretimine yol açarak ya da antioksidan sistemleri inhibe ederek oksidatif strese neden olan moleküllere pro -oksidan denir. • “Oksidan ve pro-oksidanlar” ile “antioksidanlar” arasındaki dengenin oksidanlar+prooksidanlar lehine bozulması; oksidatif stres olarak adlandırılır.

Reaktif Oksijen Türleri • ROS, oksijen içeren reaktif maddelerdir ve başka molekülleri yükseltgeme, okside etme eğilimine sahiptir (oksidan). • ROS, yüksek ölçüde pozitif redoks potansiyeline sahiptir. • Reaktif oksijen türleri (reactive oxygen species; ROS), genel olarak serbest radikaldir; ancak tamamı serbest radikal değildir.

ROS • Elektron transfer reaksiyonları esnasında oluşanlar: – Süperoksit anyon radikali (O 2. -) – Hidrojen peroksit (H 2 O 2) (radikal değil) – Hidroksil radikali (HO. ) – Alkoksil (RO. ) ve peroksil (RO 2. ) radikalleri • Hidroperoksil (HO 2. ) radikali • Enerji transfer reaksiyonları sırasında oluşanlar: – Singlet oksijen (1 O 2) (radikal değil)

Elektron Transfer Reaksiyonları ile ROS oluşumu

Süperoksit anyon radikali • Oksijen molekülünün (O 2) elektron alarak indirgenmesi ile oluşur (O 2. -). • Süperoksit dismutaz tarafından detoksifiye edilebilir.

• ROS’un başlıca hücresel kaynağı mitokondridir. • Normal şartlarda oksijenin yaklaşık %95 -97’si suya indirgenir. Geriye kalan %35’i ise süperoksit anyonuna dönüşür. Bunun sebebi, ubikuinonun (koenzim Q) yüklendiği elektronu Kompleks III yerine moleküler oksijene aktarmasıdır.

• Oluşan süperoksit anyonu, hem mitokondri matriksine hem de membranlararası boşluğa geçer. Membranlararası boşluğa geçen süperoksit anyonu, dış membranı aşarak sitozole ulaşabilir.

• Süperoksit anyonu (O 2. -) kısa ömürlüdür ve bir başka süperoksit anyonu ile reaksiyona girme eğilimindedir. • Bu reaksiyon sonucu moleküler oksijen ve hidrojen peroksit oluşur. Böylece reaktivite azalır.

• Süperoksit anyonu (O 2. -) protonlanarak perhidroksil (HO 2. ) radikaline dönüşebilir. Perhidroksil radikali aşırı derecede reaktif bir moleküldür.

Hidrojen Peroksit • Moleküler oksijenin iki elektron alarak ya da süperoksit anyonunun (O 2. -) bir elektron alarak indirgenmesi yoluyla oluşan bir oksidandır. Süperoksit anyonundan daha az reaktiftir. • Paylaşılmamış elektronu olmadığı için bir radikal değildir. • Katalaz (peroksizomlarda) ve glutatyon peroksidaz (sitozolde ve mitokondri matriksinde) enzimleri tarafından suya indirgenebilir.

• Hidrojen peroksit, iki şekilde oluşabilir: – Enzimatik (non-radikal): – İki süperoksit anyonunun oksijen ve hidrojen peroksite dönüşümü:

• Hidrojen peroksit (H 2 O 2), membranları geçerek yayılabilir. • Geçiş metalleri (demir, bakır vb. ) ile reaksiyona girerek, son derece reaktif bir tür olan hidroksil radikaline (HO. ) dönüşebilir. Buna “Fenton reaksiyonu” denir.

• Mitokondri tarafından üretilen hidrojen peroksit, hücrelerde proliferasyondan apoptoz ve nekroza geçişte belirleyici bir rol oynar.

Hidroksil Radikali (HO. ) • En reaktif oksijen türüdür (en güçlü oksidandır). • Hidroksil iyonunun nötral formudur. Elektron alarak (başka molekülleri okside ederek) kolayca hidroksil iyonu haline gelebilir. • Hidroperoksitlerin (ROOH) ayrışmasıyla ortaya çıkar. Bunun için süperoksit anyonu da gereklidir. • Üretildiği bölgeye yakın etki gösterir. Karbohidratlara, nükleik asitlere (mutasyonlar), lipitlere (lipit peroksidasyonu) ve amino asitlere (fenilalaninin m- ve o-tirozine dönüşümü) zarar verebilir. • Enzimatik bir reaksiyonla elimine edilemez.

• Hidrojen peroksit (H 2 O 2), geçiş metalleri (demir, bakır vb. ) ile reaksiyona girerek, hidroksil radikaline (HO. ) dönüşebilir. Buna “Fenton reaksiyonu” denir. • Okside olan transizyon metali, süperoksit anyonu ile redükte olabilir. • Genel reaksiyon, Haber–Weiss reaksiyonu olarak bilinir.

• Hidroksil radikali (HO. ), bir hidrojen çalarak suya dönüşebilir ve hidrojenini çaldığı molekülleri de radikal forma dönüştürebilir. • Burada RH herhangi bir biyolojik molekül olabilir (DNA, poliansatüre yağ asitleri, amino asitler vb. ). DNA’dan hidrojen çalınması, zincir kırıklarına neden olur.

Enerji Transfer Reaksiyonları ile ROS oluşumu • Bilirübin, retinal, riboflavin ve profirinler gibi moleküller, enerji absorbe ederek; bu enerjiyi moleküler oksijene transfer edebilir. • Bu durumda son elektron, dönüş yönünü değiştirerek yeni bir enerji seviyesine ulaşabilir. Böylece moleküldeki elektronlar eşleşir ve singlet oksijen (1 O 2) ortaya çıkar.

• Singlet oksijen sadece enerji transferiyle oluşmaz, aynı zamanda elektron transferiyle de oluşabilir.

Reaktif Nitrojen Türleri • Reaktif nitrojen türleri, genel olarak nitrik oksit kaynaklı reaktif moleküllerdir. • Oksidatif hasara yol açabilmelerinin yanı sıra, sinyal iletiminde de görev alabilecekleri anlaşılmıştır.

Nitrik Oksit • Nitrik oksit sentaz (NOS) enzimleri tarafından Larjininden sentez edilir. • 3 farklı NOS izoformu vardır: – Epitelyal NOS (e. NOS): Vazodilatasyon ve vasküler regülasyon ile ilişkilidir. Aktivitesi, kalsiyum-kalmodulin bağımlı bir mekanizmayla düzenlenir. – Nöronal NOS (n. NOS): İntrasellüler sinyallerle ilişkilidir. Aktivitesi, kalsiyum-kalmodulin bağımlı bir mekanizmayla düzenlenir. – İndüklenebilir NOS (i. NOS): Çeşitli sitokinlere ve endotoksinlere cevap olarak aktive olur. • Nitrik oksit reaksiyonları ile oluşan tüm ürünler topluca reaktif nitrojen türleri olarak adlandırılır.

Nitrik Oksit

• Nitrik oksit bir serbest radikal ve bir prooksidandır. • Yapılan çalışmalar, onun aynı zamanda, düşük konsantrasyonlarda, antioksidan özellikler gösterebileceğini de ortaya koymuştur.

Antioksidanlar • Enzimler – SOD – Katalaz – GPx • Non-enzim moleküller – vitamin E – vitamin C – koenzim Q – Karotenoidler – ürik asit

Süperoksit dismutaz (SOD)

Katalaz

Glutatyon Peroksidaz (GPx)

• Süperoksit dismutaz (SOD), süperoksit anyon radikalini (O 2. -), daha az reaktif bir tür olan hidrojen peroksite (H 2 O 2) dönüştürür. • Hidrojen peroksit (H 2 O 2), katalaz veya glutatyon peroksidaz (GPx) enzimleri tarafından tamamen zararsız bir molekül olan suya dönüştürülür.

• Süperoksit anyon radikali (O 2. -) ve hidrojen peroksit (H 2 O 2) varlığında Haber-Weiss reaksiyonu ile en reaktif oksijen türü olan hidroksil radikali (HO. ) oluşabilir. • Hidroksil radikali (HO. ) ile antioksidan enzimler tarafından doğrudan mücadele edilemez. Enzimler (SOD, katalaz, GPx) bu çok zararlı molekülün iki prekürsörü ile, yani süperoksit anyon radikali (O 2. -) ve hidrojen peroksit (H 2 O 2) ile mücadele eder. • Enzim olmayan antioksidan moleküller, hidroksil radikali (HO. ) ile doğrudan mücadele edebilir.