Antioskidativna zaštita je fiziološki proces koji u zdravom organizmu funkcioniše neprekidno i ima za cilj da spreči štetno delovanje prooksidativnih faktora. Iako je kiseonik neophodan za život, to samo po sebi ne znači da on nije opasan za njegovo očuvanje. U procesu stvaranja energije ćelije koriste kiseonik, koji u reakciji oksidacije može da stvara „nusproizvode“ poznate pod nazivom slobodni radikali ili ROS-{Halliwell, B. & Gutteridge, J. M. C.(1989) , Oxford.}-. Slobodnim radikalima nedostaje najmanje jedan elektron i zato oni neprestano nastoje da prisvoje jedan elektron iz okoline. Ako ovo njihovo dejstvo nije neutralisano antioksidansima, koji imaju sposobnost da slobodnom radikalu predaju elektron, dolazi, do lančane reakcije stvaranja isparljivih slobodnih radikale, koji mogu oštetiti zid ćelije, zidove krvnih sudova, proteine, masti, pa čak i DNK u jedru ćelije.-{Halliwell, B. & Sies, H. (1993) Free Radical Research Com-mun vol 1-18.}--{Pryor, W. A. & Davies, K.J.A.(1993) Free Rad. Biol. Med. 1-14}- Prema tome, iako su oksidacione reakcije od suštinskog značaja za život, one mogu biti fatalne. Kao rezultat toga, životinje i biljke su razvili složene sisteme antioksidativne zaštite sa mnogim vrstama antioksidanasa.
Ovaj proces slikovito možemo objasniti istim procesom koji rasečenu polovinu jabuke prebojava braon bojom ili površinu metalne ploče prekriva rđom.
Savremena medicinska literatura sve više opisuje oko 70 hroničnih degenerativnih bolesti koje su rezultat ovog procesa. Bolesti kao što su koronarne bolesti, rak, šećerna bolest, Parkinsonova bolest, artritis, makularna degeneracija, MS, lupus, samo su neke od mnogobrojnih bolesti nastale kao rezultat akumulacije malih oksidativnih promena koje se dešavaju tokom dužeg vremenskog perioda.. London
Antioksidansi
мини|Struktura antioksidansa vitamina C. Antioksidansi, prema najšire prihvaćenoj definiciji bioloških antioksidanasa koju je dao -{Halliwellsu}- 1990Halliwell B., How to characterize a biological antioxidant, Free Radical Research Communications, 1990, su; “supstance koje prisutne u malim koncentracijama u odnosu na supstrat (biomolekul) koji se oksiduje, značajno usporavaju ili sprečavaju oksidaciju tog supstrata”.
Antioksidansi su definisani i kao supstance koje mogu štiti ćelije vlastitog organizma od štetnog delovanja oksidativnog stresa ili slobodnih radikala tj. (-{ROS}-)-aGordana Leposavić, Patološka fiziologija, Farmaceutski fakultet, Beograd 2008..
Antioksidansi mogu ispoljavati svoju aktivnost različitim mehanizmima zahvaljujući njihovoj sposobnosti da: deluju kao “hvatači” (skevindžer) slobodnih radikala, deluju kao donori elektrona, donori H-atoma peroksil ili hidroksil radikalima, ili da: deluju kao akceptori elektrona, akceptori H-atoma ugljenikovih slobodnih radikala.
Podela antioksidanata prema nivou i načinu delovanja
Či i sar. (2001)Shi H., Noguchi N., Niki E., Introducing natural antioxidants, In: Antioxidants in food, Practical applications, Pokorny J., Yanishlieva N., Gordon M., Woodhead Publishing Limited, EDS., Cambridge, England, 2001, 22-70. klasifikovali su antioksidante prema nivou i načinu delovanja u ljudskom organizmu na: Preventivne antioksidante, kojis sprečavaju nastanak slobodnih radikala. antioksidanti “Skevindžer” antioksidante, koji poseduju sposobnost da “hvataju” slobodne radikale. “Reparacione” antioksidante, koji deluju posebnim mehanizmima, obnavljajući ili uklanjajući oštećene vitalne biomolekule koji nastaju u uslovima oksidativnog stresa. U “reparacione” antioksidante ubrajaju se fosfolipaze, proteaze, enzimi koji obnavljaju DNK, transferaze, itdOhshima H., Yoshie Y., Auriol S., Gilbert I., Antioxidant and pro-oxidant actions of flavonoids: effects on DNA damage induced by nitric oxide, peroxynitrite and nitroxyl anion, Free Radical Biologz and Medicine, 1998, .
Podela antioksidanata prema mestu nastajanja
Prema mestu nastajanja antioksidanti značajni za ljudski organizam dele se na: endogene i egzogene. Endogeni antioksidansi predstavljaju antioksidanse koji nastaju u ljudskom organizmu. Egzogeni antioksidansi (kao što im naziv govori) unose se putem hrane ili lekova (npr. fenolna jedinjenjaRuberto G., Randa A., Daquino C., Amico V., et al., Polyphenol constituents and antioxidant activity of grape pomace extracts from five Sicilian red grape cultivars, Food Chemistry, 2007, su jedna od najvažnijih grupa prirodnih egzogenih antioksidanasa, čija je aktivnost uslovljena strukturnim karakteristikama).
Sistem antioksidativne zaštite Sistem antioksidativne zaštite obuhvata enzimske i neenzimske antioksidanse, a svi antioksidansi mogu se podeliti i na ćelijske, membranske i ekstraćelijske antioksidanse.
Sistem antioksidativne zaštite koji obuhvata enzimske i neenzimske antioksidanse, i deluje na sledećim nivoima u kojima: Uklanja kiseonik ili smanjuje njegovu koncentraciju Uklanja jone metala koji su katalizatori u reakcijama oksidativnog stresa Uklanja superoksidni anjon, vodonik peroksid i druge reaktivna vrste kiseonika ROS () Vezuje slobodne radikale kao što su: hidroksil— alkoksil— peroksil— Reagujući sa slobodnim radikalima, antioksidanti ih pretvaraju u neradikale dajući im elektron a sami postaju slabo reaktivni radikali.
Enzimski antioksidansi Enzimski antioksidansi spadaju u celularne antioksidanse. Nalaze se u zdravima arterijama, u ćelijama arterijskih zidova, dok je ekstracelularna tečnost siromašna enzimskim antioksidansima. U enzimske antioksidanse spadaju: Superoksid dizmutaza (SOD)• Katalaza • Glutation peroksidaza • Glutation reduktaze i transferaze • Tiol-disulfid oksidoreduktaze • Peroksiredoksini
Superoksid dizmutaza (SOD) Superoksid dizmutaza (SOD) je metaloenzim prisutan u svim eukariotskim ćelijama (ili u svim aerobnim ćelijama koje metaboliziraju kiseonik) i ekstracelularnoj tečnosti. Ona katalizuje dismutaciju superoksidnih anjona do vodonik peroksida i molekularnog kiseonika. center|500px
Kod sisara postoje tri izoforme superoksid dismutaze:
Citosolna (-{Cu,Zn}--SOD)
-{Cu, Zn-SOD}- se u suštini nalazi u svim ćelijama, gde je uglavnom lociran u citosolu, sa pojedinim aktivnostima i u lizozomima, peroksizomima, jedru i prostoru između unutrašnje i spoljašnje membrane mitohondrija. -{Cu}- predstavlja aktivno redoks mesto, a -{Zn}- je važan za strukturnu stabilizaciju aktivnog mesta. -{Cu}--helirajući agensi, kao što je dietilditiokarbamat inhibiraju -{Cu, Zn-SOD}-.
Mitohondrijska (-{Mn}-SOD) MnSOD (mangan-superoksid dismutaza, takođe poznata kao SOD2) je vitalni antioksidativni enzim koji se nalazi unutar mitohondrija ćelija. On štiti ćeliju pretvarajući štetne superoksidne radikale u bezbedan kiseonik i vodonik-peroksid. Мeosetljiva je na CN- i ispoljava 10% ukupne ćelijske aktivnosti .
Nalazi se u formi tetramera i ima glavnu ulogu u diferencijaciji ćelija, genezi tumora, kao i zaštiti od plućne intoksikacije izazvane hiperoksijom.
Vanćelijska (ekstracelularna) (-{EcSOD}-)
-{EC-SOD}- je lokalizovana u ekstracelularnom (vanćelijskom) prostoru. Ova izoforma takođe sadrži -{Cu}- i -{Zn}- u svom aktivnom centru i prisutna je u zidu arterija van ćelija. Enzim je vezan za heparin-sulfatne proteoglikane endotelnih ćelija. U srčanoj aorti enzim je smešten u vezivnom tkivu a proizvode ga glatke mišićne ćelije. Novija istraživanja ukazala su na to da je ovaj enzim prisutan u dva oblika, ali da je samo jedan od njih aktivan. Glatke mišićne ćelije vrše sintezu EC-SOD, koju regulišu citokini, faktori rasta, vazoaktivne supstance i oksidansi. Promene u enzimskoj aktivnosti EC-SOD mogu nagovestiti postojanje neke kardio-vaskularne bolesti. Na povećanje aktivnosti EC-SOD utiče angiotenzin II i hipertenzija. Aktivnost EC-SOD može biti inhibirana raznim agensima kao što su azidi, cijanid, dietilditiokarbamat i dr. EC-SOD je otporna na visoku temperaturu, ekstremne -{pH}- vrednosti i visoke koncentracije ureje.
Ključna uloga SOD je da zaštiti NO sintetisan od strane endotelnih ćelija. Naime, superoksidni anjon može da stupi u reakciju sa azot monoksidom pri čemu nastaje toksičan peroksinitritni anjon (-{ONOO}--). -{O2.- + NO. → ONOO-}- Reakcijom između O2.- i -{NO}-. ne dolazi samo do gubitka aktivnosti -{NO}-, već i do nastanka peroksinitritnog anjona koji je, kao moćan oksidans, uključen u mnoge patofiziološke procese. Pri fiziološkom -{pH}-, peroksinitrit se nalazi u obliku peroksinitritne kiseline. U zidu krvnog suda, peroksinitrit i peroksinitritna kiselina mogu doprineti lipidnoj peroksidaciji i oštećenju membrane.
-{NO}- je važan dilatator krvnih sudova koji inhibira poliferaciju vaskularnih glatkih mišićnih ćelija kao i agregaciju trombocita i na taj način pokazuje antiaterogena svojstva. Gubitak bioaktivnosti NO ima važnu ulogu tokom ranog procesa ateroskleroze.
Iz svega navedenog, može se zaključiti da SOD, kao antioksidans koji štiti NO, ima važnu protektivnu ulogu u nastanku ateroskleroze i drugih kardiovaskularnih bolesti.
Katalaza i peroksidaza Katalaza i peroksidaza su dva tipa enzima koja metabolišu H2O2 koji je nastao u rekcijama dismutacije O2.- ili u rekcijama koje katalizuju enzimi oksidaze uključujući i ksantin oksidazu.
Katalaza direktno razgrađuje H2O2 do vode i molekulskog kiseonika, dok peroksidaza eliminiše H2O2 tako što ga koristi za oksidaciju drugog supstrata.
Katalaza
-{2 H2O2 → 2 H2O + O2}-
Peroksidaza
-{Supstrat - H2 + H2O2 → Supstratox + 2 H2O}-
Katalaza je hem protein koji se nalazi u peroksozomima, osim u ćelijama kao što su eritrociti koji ne sadrže ove organele, gde je katalaza citoplazmatski enzim.
Glutation peroksidaza i reduktaza Glutation peroksidaza je tetramerni enzim za čiju je aktivnost neophodan selen. Ovaj seleno protein u svom aktivnom centru umesto normalnog cisteina, sadrži selenocistein. Selen, koji je zamenio sumpor u cisteinu, povećava nukleofilna svojstva i jonizuje brže da oslobodi proton, čime se postiže veća efikasnost enzima kao katalizatora.
Glutation peroksidaza, zajedno sa katalazom učestvuje u otklanjanju -{H2O2}- . U reakciji sa -{H2O2}- redukovani oblik glutationa -{(GSH)}- prelazi u oksidovani oblik -{(GSSG)}- i nastaje voda.
-{H2O2 + 2 GSH → 2 H2O + GSSG}-
Najvažnije što se tiče oksidativnih promena u zidu arterija je to što glutation peroksidaze mogu da katalizuju glutation -{(GSH)}- zavisne redukcije lipidnih peroksida -{(LOOH)}- do odgovarajućih alkohola -{(LOH)}-.
-{LOOH + 2 GSH → LOH + H2O + GSSG}-
Peroksidaze koji sadrže selen sačinjavaju familiju enzima kojoj pripadaju najmanje četiri tipa enzima. „Klasična“ glutation peroksidaza -{(cGPx)}- deluje na -{H2O2}- i hidroperokside masnih kiselina i holesterola, ali ne i na esterifikovane lipide kao što su oni prisutni u lipoproteinima . Fosfolipidna hidroperoksidna glutation peroksidaza -{(PHGPx)}- je jedini enzim za koji se zna da redukuje lipidne hidroperokside iz lipoproteina. Ova izoforma je vezana za membranu, i kao i -{cGPx}- se ne nalazi u ekstracelularnim tečnostima. center|500px
Glutation reduktaza ima ulogu o održavanju rezervi redukovanog glutationa u ćeliji, tako što koristi redukovanu energiju iz pentoza fosfatnog puta -{(NADPH)}-. Čak i kada su prisutne velike količine H2O2 ovaj enzim je veoma efikasan u održavanju ćelijskih rezervi glutationa.
-{GSSG + NADPH → 2 GSH + NADP+ + H+}-
Intracelularni odnos oksidovanog i redukovanog glutationa -{(GSSG/GSH)}- je odraz oksidativnog stanja ćelije i pokazatelj detoksikacionih kapaciteta ćelije.
Tiol-disulfid oksidoreduktaze Peroksiredoksini