SERBEST RADKAL METABOLZMASI Prof Dr Orhan Canbolat MK

SERBEST RADİKAL METABOLİZMASI Prof. Dr. Orhan Canbolat MK

• • Reaktif oksijen türleri (ROT) ve serbest radikaller Hücrede reaktif oksijen türlerinin (ROT) kaynağı Serbest radikallerinin etkileri Serbest radikallere karşı hücresel savunma (antioksidanlar) • Oksidatif stres • Nitrik oksit (NO • ) metabolizması

STABLE CHEMICAL activation free radical scavenging antioxidant stable chemicals oxidation (disease)

Serbest radikallerin oluşma mekanizmaları 1. Kovalent bağın homolitik parçalanması: Bir molekülü oluşturan kovalent bağın homolitik kırılması sonucu eşlenmiş elektronların her birinin komşu atomlarda kalmasıyla serbest radikaller meydana gelmektedir. X : Y → X • + Y • 2. Normal bir moleküle tek bir elektronun eklenmesi: Radikal özelliği taşımayan bir moleküle bir elektron transferi ile son orbitalde ortaklanmamış elektron oluşuyorsa, bu indirgenme radikal oluşumu ile sonuçlanır. X + e- → X·- 3. Normal bir molekülün elektron kaybetmesi: Molekülün yapısındaki atomlardan birisinden elektron uzaklaştırılması sonucu oluşmaktadır. Radikal olmayan bir molekülden elektron kaybı sırasında dış orbitalinde ortaklanmamış elektron kalıyorsa, radikal formu oluşur.

MOLEKÜLER OKSİJENİN ÖZELLİKLERİ Oksijen (O 2) bütün canlılar için vazgeçilmez olmasıyla birlikte aynı zamanda toksik etki de gösterebilen bir elementtir. ↑↓

ÖNEMLI OKSİDANLAR • Superoxide radical (O 2 ) . - • Hydrogen peroxide (H 2 O 2) • • Hydroxyl radical (OH. ) Singlet oxygen 1 O 2 Hypochlorite (HOCl) Peroxynitrite (OONO-) • Free or loosely-bound iron, copper or heme • Nitric oxide (NO. ) • Peroksit radikalleri ( ROO • ), ( LOO • ) • Alkoksi radikalleri ( RO • ) • Tiyil radikalleri ( RS • ) • Sülfe(o)nil radikalleri ( RSO • )

REAKTIF OKSIJEN TÜRLERI (ROT) Oksijen temelli serbest radikaller

SÜPEROKSIT RADIKALI (O 2⋅−) ⋅− Mitokondrinin enerji metabolizması sırasında tüketilen oksijenin yaklaşık %1 -5’i süperoksit radikali yapımı ile sonuçlanır. +H+ MK

HIDROJEN PEROKSIT (H 2 O 2 ) Hidrojen peroksit radikal olmamasına rağmen hidroksil radikali (OH·) üretebilmesi nedeniyle radikal olarak sınıflandırılan zayıf bir okside edici ajandır. MK

FENTO VE HABER-WEİSS REAKSİYONLARI The Fenton reaction Fe 2+ + . . . -. . • ' H 2 02. • . . . . • The Haber- Weiss reaction I . • o-2 " '. , '" • • . . • + . ------, : H 20 2 : Fe 3+ +. . • • O H • • . . + - + , --. . . -- -- • O. . H • ' •

HİDROKSİL RADİKALİ (OH • ) En reaktif ve toksik etkili radikal hidroksil radikalidir. Fenton ve Haber. Weiss tepkimeleri sonucunda oluşur. Serbest oksijen radikalleri OH· radikallerine dönüşerek toksik etkilerini gösterirler. OH· serbest radikalle uyarılan doku hasarında son mediatördür. Son derece reaktif olan OH· canlı hücrelerde lipit, amino asit ve nükleotidler gibi moleküllerle reaksiyona girerek hasar oluşturur. MK

HÜCRELERDE SERBEST RADİKAL KAYNAKLARI

ENDOJEN KAYNAKLAR • • Mitokondrial elektron transport zinciri Mikrozomal elektron transport zinciri Membran elektron transport zinciri Fagositik hücreler (Myeloperoksidaz enzim sistemi) Endotel hücreleri Katekolamin oksidasyonları Oksidan enzimler

OKSIDAN ENZIMLER • • Ksantin oksidaz Triptofan dioksijenaz Galaktoz oksidaz Siklooksijenaz Lipooksijenaz Mono amino oksidaz D. Amino oksidaz

EKZOJEN KAYNAKLAR • • • Sigara Güneş ışığı ( UV) Gıda ürünleri İyonize radyasyon İlaçlar – Alloxan, halotan, gentamisin

Hücrede reaktif oksijen türlerinin kaynağı �Mitokondriyal elektron transport zincirinden elektron sızıntısı MK

Hücrede reaktif oksijen türlerinin kaynağı Araşidonik asit metabolizması "enzimatik lipid peroksidasyonu"

Aktive olmuş makrofajlar, nötrofiller ve eozinofillerde fagositik solunum patlaması MK

Nötrofil – MPO sistemi • • Mitochondrial respiratory Chain increased oxygen consumption produces more O 2. - and H 2 O 2. Xanthine oxidase Insufficient blood flow (hypoxia) leads to degradation of ATP to hypoxanthine producing. O 2 and H 2 O 2. Neutrophil (PMN) Respiratory burst by NADPH oxidase IL-1, IL-6 and TNF-α increases adhesion molecules and PMN infiltration Lipoxygenase/cycloxy genase Activated by cytokines, hormones and toxins MK

PÜRIN NÜKLEOTİDLERIN YIKIM YOLU

İskemi - Reperfüzyon ATP ADP AMP Adenozin KSANTĐ N DEHĐ DROGENAZ Đnozin PROTEĐNAZ ksantin oksidaz Hipoksanti n O 2 Ca 2+ O. -2 , H 2 O 2 , OH. Ürik asit MK

Serbest radikallerin hücresel etkileri Respiratory - ---. _ enzymes )<, . . . l'Q. ' ' r - - , Membrane damage DNA " " ' DNA damage Increased permeability Massive influx of ca 2+ L 1. p 1·d p e r o xi dat i o n

Serbest radikallerin lipidlere etkileri "nonenzimatik lipid peroksidasyonu"

SERBEST RADİKALLERIN PROTEİNLERE ETKILERİ • Doymamış bağ ve kükürt içeren triptofan, tirozin, fenilalanin, histidin, metiyonin, sistein gibi amino asitlere sahip proteinler duyarlı Özellikle sülfür radikalleri ve karbon merkezli organik radikaller oluşur.

Serbest radikallerin nükleik asitler ve DNA'ya etkileri DNA hasarı Hücre disfonksiyonu Hücre ölümü

Serbest radikallerin nükleik asitler ve DNA'ya etkileri

Serbest radikallerle ilişkili hastalıklar • • aterogenez amfizem/bronşit Parkinson hastalığı Duchenne tipi musküler distrofi • gebelik preeklampsisi • serviks kanseri • Alkole bağlı karaciğer hastalığı • diabetes mellitus • akut renal yetmezlik • Down sendromu • yaşlanma • retrolental fibroplazi • serebrovasküler bozukluklar • iskemi/reperfüzyon hasarı

OKSIDATIF STRES KARŞI SAVUNMA MEKANIZMALARI

Antioksidan savunma sistemleri Etki şekilleri: 1) toplayıcı etki 2) bastırıcı etki 3) zincir kırıcı etki 4) onarıcı etki MK

Antioksidan savunma sistemleri • • Hücre içi antioksidanlar Hücre dışı antioksidanlar Membran antioksidanları Farmakolojik antioksidanlar MK

HÜCRE İÇİ ANTİOKSIDANLAR • • • Süperoksit dismutaz (SOD) Glutatyon peroksidaz (GSH-Px) Glutatyon-S-Transferazlar (GST) Katalaz (CAT) Mitokondriyal sitokrom oksidaz sistemi Hidroperoksidaz MK

HÜCRE DIŞI ANTIOKSIDANLAR Transferrin Haptoglobilin Demir iyonlarını bağlar ve radikal reaksiyonlarını engeller Nötrofiller tarafından salgılanır ve demir iyonlarını bağlar Hemoglobini bağlar Hemopeksin Hem’i bağlar Seroplazmin Ferrooksidaz aktivitesi gösterir, bakır iyonlarını bağlar, süperoksit radikalini temizler Laktoferrin MK

HÜCRE DIŞI ANTİOKSİDANLAR Albumin Biluribin Ürik asit Glukoz MK Bakır iyonlarını ve hem’i bağlar, HOCI’yi temizler Albumine bağlı yağ asitlerini peroksidasyondan korur Metal bağlayıcı ve radikal temizleyicidir Hidroksil radikalini temizler

HÜCRE DIŞI ANTİOKSIDANLAR Askorbik asit E vitamini β-karoten Enzimler Vit E’yi rejenere eder böylece LDL’yi oksidasyondan korur, radikal temizleyicidir Zincir kırıcı antioksidandır, plazma lipoproteinlerini ve LDL’yi olsidasyondan korur LDL’nin yapısında yer alır onun oksidasyonunu engeller Hücre dışında çok az bulunur MK

MEMBRAN ANTIOKSIDANLARI α-tokoferol β-karoten Koenzim Q Membranın yapısal organizasyonu Zincir kırıcı antioksidandır, membranın yapısında bulunan doymamış yağ asitlerini perokisdasyondna korur Radikal temizleyicidir, singlet oksijeni inhibe eder Enerji metabolizmasındaki görevine ilaveten iyi bir radikal temşzleyicidir Fosfolipit/kolesterol oranı ve membran bütünlüğü için gerekli yağ asit ve fosfolipit tipleri antioksidan özellik taşır

ANTİOKSİDAN İLAÇLAR • Ksantin oksidaz inhibitörleri (allopürinol, oksipürinol • NADPH oksidaz inhibitörleri anestezikler, kalsiyum kanal blokerleri, nonsteroid antiinflamatuvar ilaçlar • Trolox-C (vitamin E analoğu) • Endojen antioksidan aktiviteyi artıranla GSH-Px aktivitesini artıran asetilsistein)

GIDALARDAKI EKSOJEN ANTİOKSIDANLAR • • • Butylated hydroxytoluene (BHT) Butylated hydroxyanisole (BHA) Sodium benzoate Ethoxyquin Propylgalate Fe-superode dismutase

SÜPEROKSIT DISMUTAZ (SOD) Süperoksit serbest radikalinin (O 2⋅−) hidrojen peroksit (H 2 O 2) ve moleküler oksijene (O 2) dönüşümünü katalizleyen antioksidan enzim Cu-Zn SOD sitozolde bulunur, dimerik yapıdadır, siyanidle (CN-) inhibe edilir. Mn SOD mitokondride bulunur, tetramerik yapıdadır, siyanidle inhibe olmaz.

GLUTATYON PEROKSIDAZ (GSH-PX) Hidroperoksitlerin indirgenmesinden sorumlu enzim H 2 O 2 + 2 GSH-Px GSSG + 2 H 2 O GSH-Px ROOH + 2 GSH � GSSG+ROH+H 2 O GSH-Px sitozolde bulunur, 4 selenyum atomu içerir, tetramerik yapıdadır.

GLUTATYON REDÜKTAZ GSH-Px vasıtasıyla hidroperoksitlerin indirgenmesi sonucu oluşan okside glutatyonun (GSSG) tekrar indirgenmiş glutatyona (GSH) dönüşümünü katalize eder

FOSF OLIPID HIDROPE ROKSIT GLUT AT YON PE ROKSIDAZ ( PLGSH- PX) Monomerik yapıdadır. Esas olarak membran fosfolipid hidroperoksitlerini alkollere indirger

Glutatyon redüktaz GSH-Px vasıtasıyla hidroperoksitlerin indirgenmesi sonucu oluşan okside glutatyonun (GSSG) tekrar indirgenmiş glutatyona (GSH) dönüşümünü katalize eder

GLUTATYON-S-TRANSFERAZLAR (GST) Başta araşidonik asit ve lineolat hidroperoksitleri olmak üzere, lipid peroksitlerine karşı selenyumdan-bağımsız GSH-Px aktivitesi göstererek bir antioksidan savunma mekanizması oluştururlar

KATALAZ (CAT) Hidrojen peroksidi (H 2 O 2) suya ve oksijene parçalar En fazla peroksizomlarda, daha az olarak sitozol ve mikrozomal fraksiyonlarda bulunur.

Mitokondriyal sitokrom oksidaz Solunum zincirinin son enzimidir, süperoksidi (O 2⋅−) detoksifiye eder

C VITAMIN(ASKORBIK ASIT) Güçlü indirgeyici aktivitesinden dolayı iyi bir antioksidandır ⋅− Süperoksit radikali (O 2⋅−) ve hidroksil radikalini (OH • ) temizler Antioksidan etkisinin yanında oksidan etkisi de vardır.

E VITAMIN (Α-TOKOFEROL) Hücre membran fosfolipidlerinde bulunan poliansatüre yağ asitlerini serbest radikal etkisinden koruyan ilk savunma hattını oluşturur Okside olduktan sonra ve parçalanmadan önce askorbik asit ve glutatyon tarafından yeniden indirgenebilmektedir

NİTRİK OKSİT METABOLIZMASI

NİTRİK OKSİT METABOLIZMASI

c. GMP Düz kas gevşemesi NMDA Reseptörleri NO nörotransmisyon Bakterisidal NO, NO 2, N 2 O 3, ONOO- Sitotoksik Enflamasyon LENFOSĐT aktivasyonu Lökosit migrasyonu Lökosit ADEZYONU MK

Yapısal olarak bazal düzeyde bulunur Ca++ bağımlıdır NO sentezi çok kısa sürede olur ve az miktardadır L-arginin analogları ile inhibe olur Kortikosteroitlerle inhibe olmaz Fizyolojik olayların devamında rol oynar Yapısal olarak bulunmaz Ca++ bağımsızdır NO sentezi için saatler gerekir, çok miktarda NO sentezlenir L-arginin analogları ile inhibe olur Kortikosteroitlerle inhibe olur Fizyopatolojik değişikliklere neden olur

İmmün sistem Viral replikasyonun inhibisyonu Transplant Rejeksiyonu GÜS Penil ereksiyon Preterm doğum Solunum Sistemi Bronkodilatasyon KVS Vazorelaksasyon NO Miyokard kasılması Mikrovasküler permeabilite SSS Hücre Çoğalması Öğrenme ve Hafıza Ağrı hassasiyeti Apopitozis Anjiogenesi. Nörodejenerasyon Tümör hücre büyümesi