Oxidačný a karbonylový stres Doc. MUDr. Ing. RNDr. Peter Celec, PhD., MPH petercelec@gmail.com www.imbm.sk

Úvod o  Oxidačný a karbonylový stres

n  Definície n  Zdroje a príčiny n  Dôsledky

o  Markery o  Úloha v patogenéze ochorení o  Terapeutické ovplyvnenie

Definície o  Voľný radikál o  Free radical

n  Častica s nespáreným – voľným elektrónom vo valenčnej vrstve

o  Reaktívny metabolit kyslíka/dusíka o  Reactive oxygen/nitrogen species – ROS/RNS

n  Vysoko reaktívna molekula

Kyslíkové ROS o  Voľné radikály

n  Superoxid .O2-

n  Hydroxyl .OH n  Peroxyl ROO.

n  Alkoxyl RO.

n  Hydroperoxyl HO2.

n  Molekulárny kyslík O2

o  Iné

n  Peroxid vodíka H2O2

n  Kyselina chlórna HClO n  Ozón O3

n  Singletový kyslík 1O2

Kyslíkové ROS

Kyslíkové ROS

Fentonova reakcia o  Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + .OH + OH-

o  .O2- + Fe3+ → O2 + Fe2+

o  .O2- + H2O2 → O2 + .OH + OH-

o  Katalytický účinok iónov prechodných kovov

Dusíkové RNS o  Voľné radikály

n  Oxid dusnatý .NO

n  Oxid dusičitý .NO2

o  Iné

n  Nitrozyl NO+

n  Kyselina dusitá HNO2

n  Oxid dusitý N2O3

n  Peroxynitrit ONOO-

n  Alkylperoxynitrit ROONO

Endogénne zdroje ROS – reakcie o  Autooxidácia (Fentonova reakcia)

n  Hemoglobín, myoglobín, redukované tioly, cytochróm C, katecholamíny

o  Respiračné vzplanutie n  NADPH oxidáza

o  Iná enzymatická produkcia n  Prostaglandín syntáza, lipoxygenáza,

myeloperoxidáza, xantín oxidáza

Endogénne zdroje ROS – organely o  Mitochondrie

n  Terminálna oxidácia & Oxidačná fosforylácia n  Elektrónový transportný systém – cytochróm

oxidáza n  Superoxidový aniónový radikál n  Hyperoxia / hypoxia

Endogénne zdroje ROS – organely o  Endoplazmatické retikulum

n  Oxidačno-redukčné reakcie n  Metabolizmus xenobiotík n  Cytochróm P450

o  Mikrozómy – Peroxizómy n  Metabolizmus mastných kyselín n  Peroxid vodíka

Exogénne zdroje ROS o  Lieky

n  Nitrofurantoín, antracyklíny, metotrexát, sulfasalazín

o  Žiarenie n  RTG, rádioterapia, UV

o  Fajčenie o  Ozón

Zdroje RNS o  NO syntázy

n  Endoteliálna n  Inducibilná n  Neuronálna

o  Reakcie .NO a .O2-

o  Znečistený vzduch

Fyziologické funkcie ROS o  Detoxifikácia xenobiotík

n  Monoxygenázy, cytochrómoxidázy o  Imunitná odpoveď & Fagocytóza

n  Myeloperoxidázy n  NADPH oxidáza

o  Signálne cesty

Fyziologické funkcie RNS o  Zatiaľ známe len pre .NO

o  Vazodilatácia o  Parakrinná komunikácia o  Neuromediátor

o  Nitrozylácia

Poškodenie spôsobené ROS o  Lipidy

n  Lipoperoxidácia o  XNA

n  Poškodenie báz – mutácie

o  Proteíny n  Karbonylácia proteínov n  Cross-linking

Antioxidanty – rozdelenia o  Antioxidačný status

n  Inhibícia produkcie

n  Vychytávanie, zhášanie

n  Korekčné mechanizmy

Antioxidanty – rozdelenia

o  Endogénne o  Exogénne

o  Nízkomolekulové (neenzymatické) o  Vysokomolekulové (enzymatické)

Vysokomolekulové antioxidanty

Enzymatické antioxidanty

Superoxid dizmutáza SOD

Kataláza CAT

Glutatión peroxidáza/reduktáza

Vysokomolekulové antioxidanty

Superoxid dizmutáza

Mitochondriálna MnSOD

Cytoplazmatická CuZn

Extracelulárna CuZn

SOD

o  U všetkých aeróbnych organizmov o  Aj u prokaryotov

o  .O2- + .O2

- + 2 H+ → H2O2 + O2

CAT

o  U všetkých aeróbnych eukaryotov v cytoplazme

o  Dizmutácia peroxidu vodíka

o  2 H2O2 → 2 H2O + O2

Glutatiónový systém o  Glutatión (GSH)

n  Glu-Cys-Gly o  -SH skupina na cysteíne o  Nízkomolekulový antioxidant o  Vychytávač voľných radikálov o  2 GSH + .O2

- → GSSG + H2O o  Najdôležitejší cytoplazmatický antioxidant

Glutatiónový systém o  Len u zvierat o  Glutatión peroxidáza

n  Obsahuje selenocysteín n  Redukuje peroxid vodíka pomocou glutatiónu n  2 GSH + H2O2 → GSSG + 2 H2O

o  Glutatión reduktáza n  GSSG + NADPH + H+ → 2 GSH + NADP+

Antioxidačná metabolická dráha

Nízkomolekulové antioxidanty o  Glutatión o  Vitamín C, E o  Karotenoidy o  Koenzým Q10

o  Taníny, Flavonoidy o  Prolín o  ...

Rovnováha

Oxidanty Antioxidanty

Oxidačný stres o  Nerovnováha medzi produkciou voľných

radikálov a antioxidačnými mechanizmami

o  Súčasť patogenézy... ...všetkého

Markery oxidačného stresu o  EPR

o  Poškodenie lipidov n  Malondialdehyd, 4-OH-2-nonenal, 8-izoprostán

o  Poškodenie DNA n  8-OH-guanín

o  Poškodenie proteínov n  Dityrozín, karbonylované proteíny

Diabetes mellitus

Karbonylový stres

o  Koncové produkty pokročilej glykácie o  Advanced glycation end products o  AGEs

Karbonylový stres o  Diabetická hyperglykémia

n  glykovaný hemoglobín (HbA1C) o  Alkohol o  Zlyhávanie obličiek o  Melanoidíny

o  Oxidačný stres

Synergizmus

Downov syndróm o  Trizómia 21

o  21q22.11 – gén pre SOD n  150% génová dávka

o  Zvýšený oxidačný stres

o  Prečo?

Antioxidačná metabolická dráha

Ateroskleróza

Starnutie o  Znížený antioxidačný status o  Lipoperoxidácia o  Tvorba lipofuscínu – stareckého pigmentu o  Cross-linking proteínov o  Indukcia chronického zápalu o  Kumulácia poškodení DNA o  Zníženie efektivity mitochondrií

Ako spomaliť čas?

Výhľad do budúcnosti o  Nové antioxidanty o  Kombinované prístupy o  Antioxidačná génová terapia o  Aminoguanidín a AGE-breakers

o  Klinické štúdie...

Referáty o  Aký význam majú antioxidanty pri liečbe

rakoviny? o  Čo môže spôsobovať nedostatok voľných

radikálov? o  Na aké diagnózy prebiehajú klinické štúdie s

antioxidačnou génovou terapiou? o  Je vitamín C účinný pri prechladnutí?