Post on 15-Jan-2016
description
LIPIDPEROXIDÁCIÓ ÉS A BIOLÓGIAI LIPIDPEROXIDÁCIÓ ÉS A BIOLÓGIAI ANTIOXIDÁNS VÉDELEMANTIOXIDÁNS VÉDELEM
Life is a constant battle against becoming rancid...
(P. Cloud, 1979)
Szabad gyökök:Szabad gyökök:
azok a kémiai gyökök, amelyek külső elektronhéjukon egy
vagy több párnélküli elektront vagy antiparalell spinekkel
rendelkező elektronokat tartalmazó atomot tartalmaznak.
Oxigén szabad gyökökOxigén szabad gyökök:
azok a szabad gyökök, amelyekben a párnélküli elektron
vagy elektronok egy oxigén atom külső orbitálján helyez-
kedik el.
SzabadgyöSzabadgyökökkökSzuperoxid (O2 -): enzimatikus, auto-oxidációs, nem-enzi-matikus elektron transzfer reakciók során keletkezik. Vizes oldata oxidálja az aszkorbinsavat, redukálja a cito-krom c és más kelát vas atomját.
Hidroxil (OH) : rendkivül reaktiv gyök, amely minden bio-lógiai molekulát oxidál
Peroxil, alkoxil (RO2, RO) : tipikus szerves oxigén sza-bad gyök, amely a lipid peroxidáció során (is) keletkezik,amikor a hidroperoxidokat az átmeneti fémek redukálják. A szén-tetrakloridból képzõdõ gyök is ebbe a csoportbatartozik (CCl3O2)
Alkil-peroxil (ROO): az alkoxil gyök által indukált lánc-reakció során keletkezik a lipid peroxidáció folyamatasorán.
Nitrogén-oxidok (NO, NO2): a nitrogén-oxid in vivo az L-argininbõl keletkezik. A nitrogén-dioxid akkor keletkezik, amikor a NO oxigénnelreagál (pl. szmog, dohányfüst)
Nem sNem szabadgyözabadgyökökkökHidrogén-peroxid (H2O2): in vivo a dizmutázok és számosoxidáz hatására, valamint a hidroxil gyök és átmeneti fémjelenlétében is létrejöhet. Kis koncentrációban kevésséreaktiv, de nagyobb mennyiségben károsítja a sejtekenergia-felszabaditó rendszerét.
Hipoklór-sav (HOCl): a mieloperoxidáz hatására a neutro-fil sejtek termelik gyulladásos folyamatok során. Szuper-oxid anionnal reagálva hidroxil gyök is létrejöhet a neutrofilaktiváció során.
Ózon(O3): a légkörben keletkezik. Rendkivül reaktiv gáz. Avérplazma antioxidánsok közül oxidálja (bontja) a D- és E-vitamint és a húgysavat.
Szinglet oxigén (1O2): az oxigén külsõ két orbitálján lévõ
egyik elektron inverz spinnel rendelkezik, emiatt megválto-
zik a molekuláris oxigén kvantum-mechanikai stabilitása.
A fotoszintézis során a membránokhoz kötött oxigén szállí-
tás során keletkezik növényekben.
Szerves peroxid (ROOH): a lipidek oxidációs terméke a
lipidperoxidáció során, amely főképp szinglet oxigén
hatására keletkezik
AZ OXIGÉN SZABADGYÖKÖK FORRÁSAI
1. Mitokondriális és mikroszomális (kloroplasztisz)
elektron transzport - oxigén tetravalens redukciója
1O2 O2H+
h e- e-, H+ e-, H+ e-,H+
3O2 O2 - H2O2 OH H2O
2. Fagocitózis során a PMN leukocitákban
H2O H2O2
H2O + Cl- HOCl + H+
3. Enzimrendszerek működése során:
- NADP oxidáz
- Xantin – oxidáz
- Monoamin - oxidáz
- Citokrom P450 – oxidáz
4. Hidroxil gyök (OH) keletkezésének egyéb útja:
Fenton és Haber-Weiss reakciók révén (Fenton, 1894,
Haber és Weiss, 1934):
O2 + e- (O2)-
(O2)- + H2O2 + Mn HO- + (OH) + O2 + Mn+1
4. Szuperoxid anion (O2- ) keletkezésének fő útja:
citokróm rendszer
(gyorsan átalakul hidrogén-peroxiddá a piridoxamin-
foszfát-oxidáz, illetve a szuperoxid dizmutáz enzimek
hatására)
(O2)- + (O2)- + 2H+ H2O2 + O2
DNSDNS
LIPOPROTEINEKLIPOPROTEINEK
FEHÉRJÉKFEHÉRJÉK
TÖBBSZÖRÖSEN TELÍTETLEN TÖBBSZÖRÖSEN TELÍTETLEN ZSÍRSAVAKZSÍRSAVAK
REAKTÍV OXIGÉN GYÖKÖKREAKTÍV OXIGÉN GYÖKÖK
Deoxi guanozin
LDL oxidációLipid peroxidáció
Enzimek inaktivációja
A SZABADGYÖKÖK HATÁSA AZ EGYES A SZABADGYÖKÖK HATÁSA AZ EGYES LÉTFONTOSSÁGÚ MOLEKULÁKRALÉTFONTOSSÁGÚ MOLEKULÁKRA
A ROS SZÜKSÉGESA ROS SZÜKSÉGES:
1. SEJTMŰKÖDÉS SZABÁLYOZÁSÁBAN
2. SZIGNÁL TRANSZMISSZIÓS FOLYAMATOKHOZ
3. SEJTOSZTÓDÁSHOZ
4. GYULLADÁSOS FOLYAMATOKHOZ
5. APOPTOZISHOZ
APOPTÓTIKUS SZIGNÁLOK ROSSzignál transzmisszió : death receptors (TNF superfamily) + DD (death domain)
CASPASE-8 CASPASE- 3 Pro-caspase-3
MITOKONDRIUM D4-GDI (GDP dissociation inhibitor)
CITOKROM C KIÁRAMLÁS
CASPASE-9 AKTIVÁCIÓ
SEJTMAG GTP-ÁZOK
DNS FRAGMENTÁCIÓ MEMBRÁN (poli-(ADP)-ribóz szint )
CITOSZKELETON VÁLTOZÁSOK SOD kiáramlás
SEJTHALÁL
A lipid peroxidáció mechanizmusa
Lipid peroxidáció (oxidativ stressz):
a biológiailag aktív molekulák reakciója oxigén eredetű
molekulákkal és gyökökkel
A lipid peroxidáció folyamatának fő szakaszai:
(1) Iniciáció: szabadgyök képződés
(2) Propagáció: a szabadgyök képződés láncreakciószerű
kiteljesedése
(3) Termináció: (kvázi)stabil gyökök és molekulák
keletkezése
LIPID PEROXIDÁCIÓ – OXIDATÍV STRESSZ
LH (PUFA) LL + O2
- LOOH
ÁTMENETI FÉMEK (VAS/RÉZ) HATÁSA
LOOH + Fe(II) Fe(III) + OH- + LO
LOOH + Fe(III) Fe(II) + H+ + LOO
A C-18-as zsírsavak relatív oxidációs sebessége
(Varst, 2001 nyomán)
0
500
1000
1500
2000
2500
C18:0 C18:1 C18:2 C18:3
Sztearinsav
Olajsav
Linolsav
Linolénsav
A MEMBRÁNOK OXIDATÍV KÁROSODÁSA
ANTIOXIDÁNS VÉDELEM
NEM ENZIMATIKUS VÉDELEM E-VITAMIN ( - tokoferol) Hatása: biológiai membránok védelme kromángyűrű – fizikai kapcsolat a foszfolipidekkelfitil oldallánc – keresztkötések az arachidonil oldallánccal
OH gyök „akció radiusa” 10-9 sec = 2-3 nm
Egyes tokoferol és tokotrienol vegyületek oxidáció kinetikája
azobis iniciátor jelenlétében
TOKOFEROLOK OXIDÁCIÓJA
0
2
46
8
10
12
1416
18
20
A-T
G-T
D-T
TOKOTRIENOLOK OXIDÁCIÓJA
0
2
4
68
10
12
14
16
A-TR
B-TR
D-TR
C-VITAMIN (L-aszkorbinsav) HATÁSA: hidrogén donor redukáló tulajdonságú – tokoferol „regeneráció” - GSSG redukciója
TOC TQ + AH TOC + DHA GSSG + 2AH 2GSH + 2DHA
A gazdasági állatok képesek a C-vitamin szintézisére
DE szintézis kapacitás aktuális igény
CSIRKE VESE ASZKORBINSAV SZINTETIZÁLÓ KAPACITÁSA
0
5
10
15
ÉLETKOR (NAP)
MG
/NA
P
UBIQUINON (CoQ)
Hatása: szelén / E-vitamin hiány esetén
antioxidáns – elektron donor
Máj (hepatociták) védelme
KAROTINOIDOK (β-karotin)
Hatása: peroxil gyökfogó vegyület
máj, ovarium (c. luteum), here (Leydig sejtek) védelme
A-VITAMIN - önmagában nem antioxidáns
kémiai szerkezete alapján gyökfogó hatású
máj, ovarium, here védelme
Fémkötő (kelátképző) vegyületekFerritin (1 mol/ 45000 vas) – az állati szervezetben Idegsejtek és máj védelme
Metallothionein: Hg< Cu< Cd < Zn máj védelme (vesében felszabadul a fémion)
Egyéb antioxidáns vegyületekGlutation - -Glu-Cys-Gly Hatásai: fehérjék SH csoportjainak fenntartása
cisztein raktár
xenobiotikum konjugáció ( R + GSH GS-R + H)minden sejttípus védelme
ENZIMATIKUS VÉDELEM
Szuperoxid-dizmutáz
Cu-Zn – citoszol
Mn – mitokondrium
Fe – prokarioták
O2 + O2
+ 2H+ H2O2 + O2
minden sejttípus védelme (mitokondrium + citoszol)
Aktivitását befolyásoló tényezők:
oxidatív stressz esetén emelkedik
mikroelem hiány (Cu, Zn, Mn)
Kataláz Fe tartalmú
2H2O2 O2 + 2H2Ovörösvérsejtek, fehérvérsejtek védelme
Aktivitását befolyásoló tényezők: életkor (génexpressziója az öregedéssel csökken)takarmány megvonás (csökkenti az öregedés hatását)
Glutation-peroxidázok (aktív centruma SECIS element –szelenocisztein (TGA – UGA kodon) - Se tartalmú
2GSH + H2O2 GSSG + 2H2O
Klasszikus glutation-peroxidáz (Mills, 1957) –H2O2 (VVS)
Citoszol glutation-peroxidáz (Rotruck et al, 1973) - H2O2 +lipidperoxidok + koleszterol-7-;7-hidroperoxidokmáj-, harántcsíkolt izmok, érfal endothel sejtek, idegsejtek Foszfolipid-hidroperoxid glutation-peroxidáz (Ursini,1985) –foszfolipid-hidroperoxidok - monomer membrán kötöttenzim (madarak májában citoszol forma is)Minden sejt, spermium nukleusz GSH-Px (S-H S-S)
A "stem-loop" másodlagos mRNS 3' UTR szerkezet
felépítésének általános sémája [Low és Berry, 1996]
a.) a klasszikus glutation-peroxidáz mRNS-ében,
b.) a foszfolipid és az extracelluláris glutation-peroxidáz mRNS-ében
A szelenocisztein beépülésének sémája eukariotákban
(Berry et al., 1993)
Extracelluláris glutation-peroxidáz (Takahashi,1990) -H2O2 vérplazmában és szövetekben (extracelluláris térben)
Vérplazma glutation-peroxidáz (Avissar et.al., 1994) - H2O2
vérplazmában (szintézise: vese tubuláris rendszerében)
Gastrointestinalis glutation peroxidáz (Chu, Esworthy,1995)
H2O2 + lipid peroxidok és – hidroperoxidok vékonybél epithel sejtek
Mellékhere extracelluláris glutation peroxidáz (Williams,
1998) - H2O2 + lipid peroxidok és – hidroperoxidokmellékhere és szeminális plazma (spermium membrán)
Aktivitását befolyásoló tényezők- oxidatív stressz hatások (aktiváció gátlás)
- szöveti lokalizáció ( máj >>> agy )- endokrin hatások (androgének, melatonin) - életkor (az ivarérésig nő, az öregedéssel csökken)
- takarmányok zsírtartalma (nagy csökken az aktivitás)
- többszörösen telítetlen zsírsavak (növelik: n-6 zsírsavak)
- fehérjehiányos takarmányozás csökkenti
- szelénhiány (csökkenti - szívizomban akár 96 %-kal is)
(kivétel: agyszövet - viszonylag állandó)
- szükségletet meghaladó mennyiségű szelén kiegészítés (az élettani szint elérése felett tovább már nem fokozza sem az enzimfehérje szintézisét, sem aktivitását)
- E-vitamin (növeli a phGSHPx aktivitást a spermiumban)
5’-dejodinázok (aktív centrum SECIS element – szelenocisztein (21.aminosav) I. típus: pajzsmirigy, máj, vese, tobozmirigy II. típus: pajzsmirigy, placenta, tobozmirigy, központi idegrendszer, újszülött rágcsálók zsírszöveteIII. típus: bőr, placenta, központi idegrendszer
2HI + H2O2 I2 + 2H2O
Aktivitását befolyásoló tényezők Szelénhiány – csökkenti TSH – növeli
Glutation-S-transzferázok (specifikus GSH kötőhellyel rendelkeznek)
2GSH GST GSSG + 2H+
- szelén hiányos állapotokban aktiválódnak (nem szelén dependens glutation-peroxidázok) - hatékonyan redukálják a koleszterol-7-hidroperoxidokat - a GST A4-4 izoenzim hatékonyan redukálja a 4-hidroxi-2 nonenal-t (agyban) - phGSHPx aktivitást mutatnak
NÖVÉNYI EREDETŰ ANTIOXIDÁNSOK ÉTERIKUS OLAJOK ANTIOXIDÁNS
VEGYÜLETEI
HATÁSUK: ELEKTRON DONOR - ANTIOXIDÁNS MEMBRÁN CSATORNÁK VÉDELME
(ENTEROCITÁK FELSZÍVÓDÁS)
POLIFENOLOK: FLAVONOLOK – KVERCETIN, KEMPFEROL, MIRICETINFLAVONOK – APIGENIN, LUTEOLIN
TERPÉNSZÁRMAZÉKOK :CITRÁL, CITRONELLÁL, MENTON
SZINTETIKUS ANTIOXIDÁNSOK
HATÁSUK: - TAKARMÁNYOK ZSÍRSAVAINAK VÉDELME - TAKARMÁNYOK OXIDÁCIÓRA ÉRZÉKENY
BIOLÓGIAILAG AKTÍV VEGYÜLETEINEK VÉDELME - ENTEROCITÁK VÉDELE
HATÁSUKAT BEFOLYÁSOLJA: - ZSÍRSAVAK MENNYISÉGE - ZSÍRSAVAK TELÍTETLENSÉGE
- GYÁRTÁSTECHNOLÓGIA
AZ ANTIOXIDÁNS RENDSZER HÁROM VÉDELMI VONALA AZ ÁLLATI
SEJTEKBEN
ELSŐ VÉDELMI VONAL
a további szabadgyök képződés megelőzése
ANTIOXIDÁNS ENZIMEK
SZUPEROXID DIZMUTÁZ
GLUTATION-PEROXIDÁZ
KATALÁZ
FÉMKÖTŐ FEHÉRJÉK
MÁSODIK VÉDELMI VONALa láncreakció kiterjedésének megelőzése és
megállitása
ZSIROLDÉKONY ANTIOXIDÁNSOK A- ÉS E-VITAMIN, KAROTINOIDOK, UBIQUINOLOK
VIZOLDÉKONY ANTIOXIDÁNSOK C-VITAMIN, GLUTATION, HÚGYSAV
HARMADIK VÉDELMI VONAL
a makromolekulák károsodott szakaszainak
kivágása és helyreállitása
REPAIR ENZIMEK
LIPÁZOK – foszfolipáz A2
PEPTIDÁZOK – peroxiszóma enzimek
PROTEÁZOK – calpainok (kalcium efflux gáltás)
DNS REPAIR ENZIMEK – bázis (oxo-guanozin),
nukleotid repair Glutation-reduktáz
GSSG + 2NADPH GSSG-R 2GSH + 2NADP+
Az oxidativ stressz kialakulása fiziológiás és
patológiás folyamatok során
Oxidatív stressz: a prooxidáns és az antioxidáns anyagok egyensúlya eltolódik az előzőek javára
Az arányeltolódást előidézheti:
Külső tényezők: magas hőmérséklet – hőstressz UV sugárzás – fertőtlenítés, napfény hatása ionizáló sugárzás – fertőtlenítés
TAKARMÁNYOZÁSI HATÁSOK
Fémtoxikózisok (réz és a vas) Cu(II) + (O2)- Cu(I) + O2
Cu(I) + H2O2 Cu(II) + (OH) + OH- vagy NO + O2- ONOO- + ONOOH Cu(II) OH + NO2
vagy Fe(III) + (O2)- Fe(II) + O2
Fe(II) + H2O2 Fe(III) + (OH) + OH
Biológiai rendszerekbentiol-Fenton tipusu reakció:
Fe(III) + RSH Fe(II) + RS + H+ Fe(II) + H2O2 Fe(III) + (OH) + OH-
Glutation depléció
Előidézheti:
éhezés – baromfi fajoknál 24 óra elegendő!
metionin hiány
cisztein hiány
A-vitamin túladagolás
gátolja az E-vitamin felszívódását, illetve annak a májban
való tárolását
A-vitamin kiegészítés hatása a máj E-vitamin tartalmára brojlercsirkében
(Surai és Kuklenko, 2000 nyomán)
A-vitamin kiegészítés 42 napos 56 napos
(NE/kg) (g /g nedves szövet)
10 18,71 12,40
50 15,19 11,70
100 12,72 9,44
500 10,44 7,12
1000 8,19 5,11
2000 6,19 4,12
Nagy lipid peroxid tartalmú takarmányok felvétele: - közvetlenül kevéssé toxikus (májkárosodás, szaporodás-
biológiai zavarok, tumor képződés)
Peroxidált lipidek metastabil végtermékeinek hatása:
Alkanalok - malondialdehid
fehérjék tiol- valamint a szabad -lysil csoportjaival való
kapcsolódás - LDL oxidáció
Alkenalok - 4-hidroxi-nonenal
elektrofil vegyületek – reakcióba lép a glutationnal, fehérjék
-lysil csoportjaival.
Alkánok - pentán
kémiai reaktivitásuk kicsi
Nagy peroxid tartalmú takarmányok etetése
LIPID PEROXID TERHELÉS HATÁSA
0
50
100
150
GSHPx GSSG-R CYTP450 Cytc oxredkontroll
terhelt
Mikotoxinok jelenléte a takarmányokban
kémiailag reaktív molekulák (epoxi csoport: AFB1, T-2)
Csökkentik az antioxidánsok mennyiségét:
2GSH + O2- GSSG + H2O
Nutritív antibiotikum toxikus adagja a takarmányokban
gátolják a K+/Na+-ATP-áz működését
membrán csatornák zavara
Ca2+ efflux zavara
sejtanyagcsere zavara lipid peroxidáció
A GSH/GSSG arány alakulása T-2 toxin kezelés hatására
0
100
200
300
400
500
kontroll 3. nap 10. nap
csirke
kacsa
Nutritív antibiotikum toxikus adagja a takarmányokban
gátolják a K+/Na+-ATP-áz működését
membrán csatornák zavara
Ca2+ efflux zavara
„Mitochondrial swelling” lipid peroxidáció
A MÁJHOMOGENIZÁTUM MALONDIALDEHID TARTALMÁNAK VÁLTOZÁSA MONENZIN TOXIKÓZIS
SORÁN BROJLERCSIRKÉBEN
0
5
10
15
20
25
4 20 44 68
óra monenzin
kontroll
Akut vagy krónikus stressz hatások
- hideg környezet vagy az immobilizáció
gyökképző folyamatok intenzitása fokozódik
antioxidánsok mennyisége csökken
( pl. glutation, E-vitamin vagy aszkorbát)
Belső tényezők: fiziológiás folyamatok,
genetikai hatások,
fizikai terhelés
Fiziológiás folyamatok:
arachidonsav kaszkád metabolitokendoperoxidok (OOH)
prosztaglandinok vagy leukotriének szintézise során
ion pumpa müködésének - pl. kalcium efflux - zavara
öregedés folyamata
maximális élettartam a gerinces fajokban az in vivo gyök-
képződés függvénye
INDOMETACIN ILLETVE E-VITAMIN KEZELÉS HATÁSA A TOJÓTYÚK UTERUS PG ÉS MDA TARTALMÁRA
0
1
2
3
4
5
6
7
8
KONTR. INDO-1 INDO-2 EVIT-100 EVIT-200PGF2a
MDA
Genetikai hatások: szelekció fokozott anyagcsere intenzitás fokozottmitokondriális oxidáció fokozott szabadgyök képződés
INTENZÍV ANYAGCSERE
szelekció T4 / T3 átalakulás O2- termelés
Erőteljes fizikai terhelés: fokozott izommunka fokozott oxigénfelvétel fokozottszabadgyök képződés
gyulladásos folyamatok – tartástechnológia /fertőzések
NO NO2- mieloperoxidáz HOCl NO2Cl
Az egyes szövetek lipidperoxidáció iránti érzékenysége
AGYAGY - különösen érzékeny az oxidációs károsodásokra nagy lipid tartalom kiemelkedően nagy PUFA
tartalom gyenge antioxidáns védelemSZEM (retina)SZEM (retina) retina pigment epithel sejtjei - oxidatív hatások apoptózisEMÉSZTŐTRAKTUSEMÉSZTŐTRAKTUS ANTIOXIDÁNS VÉDELEM (glutation-peroxidáz aktivitás) gyomor>nyelőcső>vastagbél> vékonybél (kripta >>
bélbolyhok csúcsa) VÉREREK VÉREREK antioxidáns enzimek hiánya + arachidonsav kaszkád
VÖRÖSVÉRSEJTEK VÖRÖSVÉRSEJTEK oxigén “terhelés” kifejezett antioxidáns védelem(acatalasaemia (kataláz enzim hiánya) – letális)
FEHÉRVÉRSEJTEKFEHÉRVÉRSEJTEK jelentős antioxidáns (elsősorban aszkorbinsav) tartalomAszkorbinsav: T-lymphocyták > B lymphocyták >monocytákNeutrofil granulociták jelentős oxidatív terhelés H2O2 termelés – oxidatív burst
SPERMIUMOK SPERMIUMOK - rendkívül érzékenyek gyenge antioxidáns ellátottság mitokondriális rendszer fokozott aktivitása
A SZABADGYÖKÖK HATÁSA EGYES KÓROS A SZABADGYÖKÖK HATÁSA EGYES KÓROS FOLYAMATOKRAFOLYAMATOKRA
SZABAD GYÖKÖKSZABAD GYÖKÖK
SZÍVSZÍV
BŐRBŐR
TÜDŐTÜDŐ
TÖBB SZERVET ÉRINTŐTÖBB SZERVET ÉRINTŐ GASTRO-INTESTINALIS GASTRO-INTESTINALIS
RENDSZERRENDSZER
AGYAGYVESEVESE
ÍZÜLETEKÍZÜLETEK
VÖRÖSVÉRSEJTEKVÖRÖSVÉRSEJTEK
VÉREREKVÉREREK
Gyulladásos folyamatok, gyógyszer-mérgezések, vas toxikózis, táplálóanyag hiány, tumorképződés
SZEMSZEM
Microangiopathia, thrombosis
Dermatosis
RDS, szilikózis
Cataracta, Retinopathia
Diabetes, pancreatitis, intestinalis ischemia
Atherosclerosis
Oxidatív hemolízis
ArthrosisEncephalomalatia, hypoxia
Glomerulonephritis