1

Bioenergetyka

2

Bioenergetyka – badania przemian energii zachodzących w żywych organizmach.

Żywy organizm - otwarty układ termodynamiczny,- może wymieniać z otoczeniem materię i energię.

Energia swobodna reakcji

Zmiana energii swobodnej (ΔG) w reakcji decyduje o jej spontaniczności.

reakcja samorzutna - ΔG<0 reakcja wymuszona - ΔG>0

3

Dwa główne pytania w biochemii to:

1.W jaki sposób komórki uzyskują energię z otoczenia?

2.Jak komórki syntetyzują cegiełki potrzebne do budowy makrocząsteczek, z których składa się nasz organizm?

4

Ze wzgledu na sposób odżywiania organizmy możnapodzielić na:

•autotrofy (samożywne) pobieraja ze srodowiska związki nieorganiczne (H2O, CO2, sole mineralne) przeksztalceją je w wysokoenergetyczne związki organiczne

•heterotrofy (cudzożywne) pobieraja ze środowiska bogate w energie związki organiczne przetwarzają je na własne związki organiczne

Organizmy auto- i heterotroficzne

5

Heterotrofom potrzebny jest pokarm, który służy: 1.jako paliwo, aby podtrzymywać procesy metaboliczne

2.jako żródło surowców do budowy własnych związków a także do wzrostu i rozmnażania się.

6

Szlaki metaboliczne w komórkach

1. Kataboliczne – dostarczające energii (przekształcanie związków złożonych na prostsze)

2. Anaboliczne – wymagające energii (prowadzące do wytworzenia bardziej złożonych związków)

7

Katabolizm i anabolizm u ludzi

8

METABOLIZM

ANABOLIZM KATABOLIZM

Reakcja Reakcja syntezyA + B = C

Reakcja rozpaduC = A + B

Energia Pobieranie energii Uwalnianie energii

Poziom energetyczny

komórki

Podwyższenie Obniżenie

Funkcja Powstawanie związków budulcowych, energetycznych i zapasowych

Powstawanie energii do syntez zw. chemicznych oraz energii umożliwiającej pracę

Porównanie katabolizmu i anabolizmu

9

Związki organiczne w pokarmach są utleniane zgodniez równaniem sumarycznym:

subst. pokarmowe + O2 H2O + CO2 + energia

Mechanizm utleniania – odrywanie atomów H od substratu i przenoszenie ich na O2.

Wodór - główny „materiał palny” organizmu.Im wiecej wodoru w cząsteczce tym większa jej kaloryczność.

10

Nagromadzenie się atomów H w substancjach pokarmowych odbywa się w procesie fotosyntezy.

Energia słoneczna –siła napędowa wszystkichprocesów życiowych.

11

Schemat przemian energetycznych w organizmie

wydaliny

Procesy anaboliczne

12

Związki wysokoenergetyczne

Związki wysokoenergetyczne - w komórkach służą jako przenośniki energii chemicznej. Zawierają łatwo ulegające rozerwaniu wiązanie.W wyniku jego rozerwania wydziela się dużo energii (-ΔG).

Wiązania wysokoenergetyczne:• bezwodnikowe (ATP)• tioestrowe (acetylo-CoA)• estrowe (fosfoenolopirogronian)

13

Najważniejszym związkiem dostarczającym energii wwyniku hydrolizy jest ATP.

Inne nośniki zawierające wiązania wysokoenergetyczne to np: - Fosfokreatyna - Acetylo-CoA - Fosfoenolopirogronian (PEP) -1,3-bifosfoglicerynian

14

Najważniejszym związkiem wysokoenergetycznym jestATP.

ATP - adenozynotrifosforan

adenina

ryboza

trifosforan

15

N

NN

N

NH2

O

OHOH

HH

H

CH2

H

OPO

OH

O

P

OH

O

OP

O

OH

HO

ATP

~~

A-P~P~P A-P~P + Pi + E

wiązania bezwodnikowe

16

Fosfokreatyna

Odnawianie zapasuenergii w mięśniach.

kreatyna

P~kreatyna

Fosfokreatyna

Kreatyna

~

17

Acetylo-CoA (wiązanie tioestrowe)

acetyl

merkaptoetyloamina

kwaspantotenowy

~

18

Fosfoenolopirogronian (PEP)

enolopirogronian pirogronian

wiązanie estrowe~

19

1,3-bisfosfoglicerynian

wiązanie bezwodnikowe

~

20

wiązanie estrowe

glukozo-6-fosforan 3-fosfoglicerynian

ΔG hydrolizy <0 , ale wiązania nie są wysokoenergetyczne

Niektóre estry fosforanowe charakteryzują się niską wartością -ΔG reakcji hydrolizy.

21

ATPFosfokreatynaFosfoenolopirogronianAcetylo-CoA

duża wartość -ΔGreakcji hydrolizyzw. wysokoenergetycze

Glukozo-6-fosforan3-fosfoglicerynian

mała wartość -ΔGreakcji hydrolizy

22

ATP odgrywa szczególną role w magazynowaniuenergii i przenoszeniu grup fosforanowych.

G hydrolizy grupy fosforanowej z ATP ma wartość pośrednią.

Układ ATP/ADP może więc być donorem i akceptorem grupy fosforanowej.

związek ΔG hydrolizy fosforanu

kJ/mol

fosfoenolopirogronian -61,9

fosfokreatyna -43,1

ATP -30,5

glukozo-6-fosforan -13,8

3-fosfoglicerynian -9,2

donor

akceptor

23

Rola wiązań wysokoenergetycznych:

• magazynowanie energii: np. ATP, fosfokreatyna• przenoszenie grup: np. ATP, acetylo-CoA

24

Najważniejszym dla ludzkiego organizmu źródłem ATP jest oddychanie komórkowe.

Skąd się bierze ATP?

25

Fosforylacja oksydacyjna i substratowa

Dwa sposoby syntezy ATP:

Fosforylacja substratowa – przeniesienie resztyfosforanowej ze związku ufosforylowanego – substratu – bezpośrednio na ADP przez kinazy. Bez udziału tlenu (np. w glikolizie i cyklu Krebsa). Fosforylacja ta pozwala, np. mięśniom szkieletowym funkcjonować sprawnie podczas dużego wysiłku fizycznego przy niedostatecznym dopływie tlenu. np. GTP + ADP GDP + ATP G-P~P~P + A-P~P G-P~P + A-P~P~P

26

Fosforylacja oksydacyjna – wytwarzanie ATP przyużyciu energii uwalnianej podczas utleniania zredukowanych nukleotydów (NADH+H+ i FADH2)w łańcuchu oddechowym.

ADP + Pi ATP

syntaza ATP

27

Energia zamknięta w ATP używana jest do:

1.Skurczu i ruchu mięśni2.Aktywnego transportu cząsteczek i jonów3.Syntezy biologicznie ważnych związków

28

energia ze słońca lub z pokarmu

energia dostępna dla komórek i do syntezy związków

wiązania bezwodnikowe

fosforannieorganiczny

Jak odtwarza się ATP?

29

Mitochondria - "siłownie" komórki będące głównym miejscem produkcji energii w formie ATP.

Gdzie odtwarza się ATP?

gładka,łatwo przepuszczalna

trudno przepuszczalna,tworzy do wnetrza grzebienie

30

Mitochondria są organellami półautonomicznymi: • zawierają własny, mitochondrialny DNA w formie podwójnej helisy nie związanej z białkami • rybosomy• enzymy syntezy DNA, RNA i białka

Macierz mitochondrialna: • enzymy cyklu Krebsa.Wewnętrzna błona mitochondrialna: • enzymy łańcucha oddechowego

31

Hans Krebs opisał 3 etapy produkcji energii przezutlenianie pożywienia:1.Rozbicie dużych związków na podstawowe składniki2.Przekształcenie ich w acetylo-CoA3.Końcowe utlenianie - cykl Krebsa i fosforylacja oksydacyjna – wspólne dla przemian białek, cukrów i tłuszczów.

Trzy etapy utleniania pożywienia

32 cyklKrebsa

fosforylacjaoksydacyjna

Trzy etapy przemian białek, cukrów i tłuszczów

I etap

II etap

III etap

+glicerol

33

Acetylo-CoA

białkaaminokwasy

cukrypirogronian beta-oksydacja

kw. tłuszczowych

synteza kw. tłuszczowych

aceton cholesterol sterydy

cykl Krebsakatabolizm

anabolizm

34

Cykl Krebsa

35

Lokalizacja cyklu Krebsa

W macierzymitochondrium

36

Funkcje cyklu Krebsa

37

związek 4-węglowy + 2-węglowy szczawiooctan acetylo-CoA

związek 6-węglowy cytrynian

szczawiooctan + 2CO2

wmitochondriach

Cykl Krebsa

Szczawiooctan odbudowuje się w każdym cyklu.

38

39

Reakcje cyklu Krebsa1. Kondensacja szczawiooctanu z acetylo-CoA

szczawiooctan + acetylo~CoA + H2O cytrynian + HS-CoA

syntaza cytrynianowa

2. Izomeryzacja cytrynianu do izocytrynianu

cytrynian izocytrynianakonitaza

3. Utlenienie i dekarboksylacja izocytrynianu

izocytrynian + NAD+ α-ketoglutaran + CO2 + NADH+H+

dehydrogenaza izocytrynianowa

Szybkość tej reakcji warunkuje szybkość działania cyklu Krebsa.

40

4. Oksydacyjna dekarboksylacja α-ketoglutaranu

α-ketoglutaran + CoA + NAD+ bursztynylo~CoA + CO2 + NADH+H+

dehydrogenaza α-ketoglutaranu

5. Fosforylacja substratowa

bursztynylo~CoA + GDP + Pi bursztynian + GTP + HS-CoA

GTP + ADP GDP + ATP

tiokinaza bursztynianowa

Dehydrogenaza α-ketoglutaranu –kompleks 3 enzymów i 5 koenzymów.

kinaza difosfonukleozydowa

41

6. Regeneracja szczawiooctanu (3 etapy)

bursztynian + FAD fumaran + FADH2

fumaran + H2O jabłczan

jabłczan + NAD+ szczawiooctan + NADH+H+

dehydrogenaza bursztynianowadehydrogenaza bursztynianowa

hydrataza fumaranowa

dehydrogenaza jabłczanowa

42

Sumaryczny zapis cyklu Krebsa to:

acetylo-CoA + GDP + Pi + 3NAD+ + FAD + 2H20

→ CoA + GTP + 3NADH+3H+ + FADH2 + 2CO2

43

Cykl Krebsa i zapotrzebowanie na tlen

•Tlen jest pośrednio potrzebny do cyklu kwasu cytrynowego w takim stopniu, jakim jest akceptorem elektronów na końcu łańcucha oddechowego, niezbędny do regeneracji NAD + i FAD.

•Sam cykl kwasu cytrynowego nie generuje dużej ilości ATP ani nie zawiera tlenu jako reagenta.Zamiast tego, cykl kwasu cytrynowego usuwa elektrony z acetylo-CoA i wykorzystuje te elektrony do tworzenia NADH i FADH2.

•W fosforylacji oksydacyjnej, elektrony uwolnione podczas reoksydacji NADH i FADH2 przepływają przez serię białek błonowych (określanych jako łańcuch transportu elektronów), aby wytworzyć gradient protononowy

•Cykl kwasu cytrynowego, w połączeniu z fosforylacją oksydacyjną, zapewnia ogromną większość energii zużywanej przez komórki tlenowe u ludzi, przekraczającą 95%.

44

Rola szczawiooctanu

•Cząsteczka czterowęglowego szczawiooctanu, który inicjuje pierwszy etap cyklu kwasu cytrynowego, jest regenerowana pod koniec jednego przejścia przez cykl.

•Szczawiooctan działa katalitycznie: uczestniczy w utlenianiu grupy acetylowej, ale sam zostaje zregenerowany

•Tak więc jedna cząsteczka szczawiooctanu może uczestniczyć w utlenianiu wielu cząsteczek acetylowych.

45

Cykl kwasu cytrynowego jest nie tylko ścieżką do utleniania jednostek dwuwęglowych, ale jest również główną drogą do wzajemnej konwersji metabolitów powstałych w wyniku transaminacji i deaminacji aminokwasów oraz dostarczenia substratów do syntezy aminokwasów przez transaminację, jak również do glukoneogenezy i syntezy kwasów tłuszczowych.Ponieważ działa zarówno w procesach katabolicznych, jak i anabolicznych, jest amfiboliczny.

Rola cyklu Krebsa

46

Funkcja kataboliczna

•Cykl kwasu cytrynowego jest ostatnią wspólną ścieżką utleniania węglowodanów, lipidów i białek, ponieważ glukoza, kwasy tłuszczowe i większość aminokwasów są metabolizowane do acetylo-CoA lub półproduktów cyklu.

•Funkcją cyklu kwasu cytrynowego jest pozyskiwanie wysokoenergetycznych elektronów z paliw węglowych.

•1 jednostka acetylowa generuje około 12 cząsteczek ATP na obrót cyklu.

47

Funkcja anaboliczna

Jako główny metaboliczny rdzeń komórki, cykl kwasu cytrynowego zapewnia również związki pośrednie do biosyntezy różnych związków.

Rola w glukoneogenezie - Wszystkie półprodukty tego cyklu są potencjalnie glukogeniczne, ponieważ mogą one powodować wzrost poziomu szczawiooctanu, a zatem i wytwarzanie glukozy netto (w wątrobie i nerce, narządach które prowadzą glukoneogenezę).

Ponieważ reakcje transaminacji są odwracalne, cykl służy również jako źródło szkieletów węglowych do syntezy niektórych aminokwasów, takich jak alanina, asparaginian, glutaminian, glutamina itp.

48

Bilans energetyczny cyklu Krebsa

syntaza cytrynianowa

Hans Krebs otrzymał Nagrodę Nobla w 1953 za odkrycie cyklu kwasu cytrynowego (cyklu Krebsa).

49

Regulacja cyklu Krebsa

1. Cykl Krebsa działa wyłącznie w warunkach tlenowych.2. Muszą być stale dostarczane przenośniki elektronów NADH+H+ i FADH2.3. Przenośniki te są regenerowane w łańcuchu oddechowym poprzez przekazanie elektronów na O2.

Regulacja cyklu Krebsa następuje przez:

1.Dostępność substratów2.Stosunek ADP/ATP3.Stan redoks nukleotydów NAD+/NADH i FAD/FADH2.

50

syntazacytrynianowa

Enzymy regulowane:

dehydrogenaza izocytrynianowa

dehydrogenaza α-ketoglutaranowa

- ATP i NADH+ ADP

- NADH,bursztynylo-CoA

- cytrynian ATP

51

NAD+ i FAD

Dwa bardzo ważne przenośniki elektronów wprocesach metabolicznych to NAD+ i FAD.

NAD+ + 2 e- + 2H+ �  NADH + H+

FAD + 2 e- + 2 H+  �  FADH2

NAD+ jest koenzymem, wiąże się odwracalnie z enzymami.

FAD jest grupą prostetyczną, związaną silnie z centrum aktywnym enzymu.

52

Dinukleotyd nikotynoamido-adeninowy (NAD+)

+2H+ + 2e-

NADH+H+

53

Dinukleotyd flawino-adeninowy FAD

FAD

54

Łańcuch oddechowy

Łańcuch oddechowy - ostatni etap utleniania biologicznego w oddychaniu tlenowym.

Zachodzi w wewnętrznej błonie mitochondrialnej.

Łańcuch oddechowy (łańcuch transportu elektronów)- zespół związków chemicznych uszeregowanych według wzrastających potencjałów oksydoredukcyjnych, co oznacza, że każdy następny pobiera elektrony od swego poprzednika w łańcuchu.

Potencjał redox substancji (E)– miara powinowactwa do elektronów.

55

Kolejne człony łańcucha odbierają elektrony od zredukowanych dinukleotydów (NADH, FADH2 ).

Powoduje to ich utlenienie.

E NADH+H+/NAD+ = -0.32V Ta różnica potencjałów jest siłą napędowąE O -/O2 = +0.82V przenoszącą elektrony na tlen.

56

Łańcuch oddechowy zbudowany jest z 4 kompleksówenzymatycznych i 2 przenośników elektronów:

I.Reduktaza NADH CoQ- przenośnik elektronówII. Reduktaza bursztynianowaIII.Reduktaza cytochromu c Cytochrom cIV. Oksydaza cytochromu c

Ostatni kompleks (IV) –oksydaza cytochromu c –przenosi elektrony na tlen, gdzie razem z jonami H+

tworzą wodę i wydziela się ciepło.

57

Przepływ elektronów:NADH+H+ kompleks I CoQ kompleks III cytochrom c kompleks IV O2

FADH2 /kompleks II CoQ kompleks III

cytochrom c kompleks IV O2

Elektrony z FADH2

Elektrony z NADH+H +

O2

58

59

NADH FMN Fe-S CoQ

60

Centra żelazowo siarkowe (Fe-S) są grupami prostetycznymi zawierającymi 1-4 atomów żelaza

Zawsze transportują tylko jeden elektron60

CENTRA ŻELAZOWO-SIARKOWECENTRA ŻELAZOWO-SIARKOWE

61

Kompleks-II Oksydoreduktaza Bursztynianowa

Bursztynian FAD Fe-S CoQ

62

Koenzym Q (CoQ, Q lub ubichinon) jest rozpuszczalny w lipidach. Rozpuszcza się w rdzeniu hydrofobowym membrany.Jedyny nośnik elektronów nie związany z białkiem.może przyjąć / przekazać 1 lub 2 e-. Q może pośredniczyć w e-

transferze między 2 e- i 1 e- nośnikami

62

UBICHINONUBICHINON

63CoQ Fe-S Cyt.b Cyt.c1 Cyt.c

64

•Cytochromy są nośnikami elektronów zawierającymi hem

•Hem w 3 klasach cytochromów (a, b, c) różni się podstawnikami na pierścieniu porfiryny.

•Niektóre cytochromy (b, a, a3) są częścią dużych integralnych kompleksów białek błonowych.

•Cytochrom c jest małym, rozpuszczalnym w wodzie białkiem.

CYTOCHROMY

65

Cyt.c Cyt.aa3 O2

66

NAD+, flawiny i CoQ przenoszą elektrony i H+

Cytochromy i białka żelazowe niehemowe przenoszą tylko elektrony.

NAD+i FAD podlegają tylko reakcjom 2 e-

Cytochromy podlegają tylko reakcji 1 e-

FMN i Q podlegają reakcji 1 i 2 e-

PRZENOŚNIKI ELEKTRONÓWPRZENOŚNIKI ELEKTRONÓW

67

Przestrzeń międzybłonowa

Motorem syntezy ATP jest różnica potencjałów po obu stronachbłony.

NADH+H+

NAD+

68

69

70

Protony są pompowane do przestrzeni międzybłonowejdzięki energii uwolnionej przez przenoszone wzdłuż łańcucha elektrony.

Protony wracają do matrix przez kanał zwany syntazą ATP. Energia pochodząca z ruchu tych protonówjest wykorzystywana do syntezy ATP.

Proces ten nosi nazwę fosforylacji oksydacyjnej.

Podczas wędrówki protonów i elektronów z: 1 cząsteczki NADH+H+ – 3 ATP 1 cząsteczki FADH2 – 2 ATP

71

SYNTAZA ATPSYNTAZA ATP

72

SIŁA PROTONOWA I ROTACJA PIERŚCIENIA C

72

73

TEORIA CHEMIOSMOTYCZNATEORIA CHEMIOSMOTYCZNA

74

                                                                                                

   Fosforylacja

75

76

Bilans obrotu cyklu Krebsaw połączeniu z łańcuchem oddechowymW wyniku całkowitego utleniania 1 cząsteczki acetylo-CoA:

w cyklu Krebsa - 1 ATP w łańcuchu oddechowym 3NADH + H+ x 3 ATP = 9 ATP FADH2 x 2 ATP = 2 ATP

12 ATP

Utlenianie grup acetylowych w cyklu Krebsa zużywa2/3 całkowitej ilości tlenu pobieranego przez człowieka i dostarcza 2/3 ATP powstającego w organizmie.

77

INHIBITORY ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGOINHIBITORY ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO

78

Oddychanie komórkowe – jest wielostopniowym biochemicznym procesem utleniania związków organicznych związanym z wytwarzaniem energii użytecznej metabolicznie w postaci ATP.

Oddychanie komórkowe

79

Oddychanie komórkowe 1.AH2 + 1/2 O2 → A + H2O + ciepło utlenianie

2. ADP + Pi + energia → ATP + H2O fosforylacja oksydacyjna

80

Utlenianie pozamitochondrialnego NADH+H+

NADH+H+

NAD+ glicerolo-3-P

dihydroksy-acetono-P

dihydroksy-acetono-P

FAD

błona mitochondrialna

cytoplazma mitochondrium

dehydrogenazaglicero-3-fosforanowa

dehydrogenazaglicero-3-fosforanowa

FADH2

glicerolo-3-P

81

82

TRANSPORTERY WEWNĘTRZNEJ TRANSPORTERY WEWNĘTRZNEJ BŁONY MITOCHONDRIALNEJBŁONY MITOCHONDRIALNEJ

82

83

REAKTYWNE FORMY REAKTYWNE FORMY TLENUTLENU

84

Jednymi z najważniejszych czynników biorących udział w regulacji fizjologii eukariotów są reaktywne formy tlenu (ang. reactive oxygen species - ROS), które pełnią między innymi rolę mediatorów w procesach wzrostu, dojrzewania i apoptozy komórek, jak również odpowiadają za istnienie stanu zapalnego oraz regulują poziom energii w komórkach.

Najprostsza definicja ROS obejmuje wszelkie indywidua chemiczne, które posiadają w swojej strukturze atom tlenu z niesparowanym elektronem.

Charakteryzują się także wysoką reaktywnością i stanowią często produkty reakcji redoks, zachodzących w ramach metabolizmu i procesów starzenia się organizmów.

ROSROS

85

O2 O2- O2

2- O- O-2

HO2- H2O2 HO* H2O

H+ 2H+ H+ 2H+

ē ē ē ē

Rodniki:

ponadtlenkowy

wodoronadtlenkowy

nadtlenek wodoru

hydroksylowy

Reakcje prowadzące do powstania ROS

86

Reakcje Fentona i Habera-Weissa

Cu+/ Fe2+ + H2O2 → HO* + OH- + Cu2+/ Fe3+

Reakcja Fentona

O2- + H2O2 → HO* + OH- + O2

Reakcja Habera-Weissa

Fe

87

Powstawanie rodników azotowych (RNS)

O 2

O 2 -

+e

NOS

L - arginina

NO *

NO 2 * + H 2 O NO 2

- + NO 3 - + 2H +

ONOO - + HCO 3 - + H + HCO 3

* + NO 2 * + OH -

H +

HONOO HO * + NO 2 *

Nadtlenoazotyn

88

Źródła ROS w komórce

Głównym organellum komórkowym odpowiedzialnym za syntezę ROS u eukariotów jest mitochondrium. Do uwalniania wolnych rodników dochodzi tam w procesie rozprzęgania mitochondriów, w następstwie pojawienia się stresu oksydacyjnego komórek. Rozprzęganie polega na zaburzaniu gradientu stężeń protonów po obu stronach błony mitochondrialnej. Gradient ten jest wyrównywany przez pompy protonowe, które wyrzucają ogromne ilości protonów z macierzy mitochondrialnej na zewnątrz. Zużyciu ulega wówczas znaczna część energii wytworzonej w łańcuchu oddechowym, co skutkuje spowolnieniem procesu oksydacyjnej fosforylacji i niedoborem ATP. Reaktywne formy tlenu powstają w wyniku reakcji redoks prowadzonych przez kompleks I i III łańcucha oddechowego. W przypadku kompleksu I elektrony są przenoszone na tlen cząsteczkowy, przy jednoczesnym utlenieniu NADH. Przyspieszenie procesu oddychania prowadzi do akumulacji ROS i aktywacji wielu białek odpowiedzialnych za utrzymywanie odpowiedniego poziomu ATP w komórkach.

89

Inne źródła ROS:

-Stany zapalne – wybuch oddechowy limfocytów (oksydaza NADPH)

-Metabolizm ksenobiotyków (cytochrom p450)

-Powstawanie prostaglandyn (lipooksygenaza)

-Niedokrwienie i reperfuzja (dehydrogenaza/oksydaza ksantynowa)

-Nadmiar żelaza i innych metali przejściowych w diecie

-Narażenie na promieniowanie

90

Powstawanie ROS w łańcuchu oddechowym

91

92

93

Stres oksydacyjny

Stres oksydacyjny pojawia się wówczas, gdy stężenie ROS wzrasta w komórce na tyle, że funkcjonujące w niej mechanizmy ochronne nie są w stanie znieść ich toksycznego działania i zapobiec szkodliwym zmianom wywołanym przez ten stres.

Jest to zaburzenie równowagi pomiędzy wytwarzaniem a unieczynnianiem reaktywnych form tlenu.

94

Skutki stresu oksydacyjnego

1. Uszkodzenia błon lipidowych

- Peroksydacja lipidów -kolejne reakcje utleniania nienasyconych wiązań w kwasach tłuszczowych, obecnych w błonach komórkowych. In vivo peroksydacji ulegają przede wszystkim wielonienasycone kwasy tłuszczowe (WKT), wchodzące w skład fosfolipidów, które są głównym składnikiem strukturalnym błon komórkowych

- Kumulacja toksycznych produktów peroksydacji - dialehyd malonowy

(MDA), 4-hydroksyalkenale, 2-alkenale

- Uszkodzenia błon komórkowych i DNA

95

2. Uszkodzenia białek

-Utlenianie grup SH

-Peroksydacja i inne modyfikacje oksydacyjne

-Karbonylacja

Końcowy efekt to zmiany w aktywności i strukturze białek

96

3. Uszkodzenia DNA

-Utlenianie zasad azotowych i rybozy

-Pęknięcia łańcucha

-Tworzenie wiązań poprzecznych z białkami

W konsekwencji mutacje i mniej stabilny genom

Stan zapalny

Stres oksydacyjny (Uszkodzenia tkanki)

Nowotwór

97

Bariera antyoksydacyjna

Białka sekwestrujące – wiążące jony metali -ceruloplazmina, transferryna, albuminy

Enzymy – dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydaza glutationowa, reduktaza glutationowa

Antyoksydanty drobnocząsteczkowe – glutation, tioredoksyna, kwas askorbinowy, kwas moczowy, tokoferol, retinol i jego pochodne oraz ubichinon, bilirubina, karotenoidy, flawonoidy

Enzymy naprawcze – usuwające uszkodzone białka i DNA

98

99

Fizjologiczna rola ROS

RFT uczestniczą w wielu procesach komórkowych. Są to, między innymi: •sprzężenie oksydacyjno-fosforylacyjne, które zachodzi w mitochondriach i dostarcza energii komórkom •apoptoza, czyli zaprogramowana autodestrukcja komórek •krzepnięcie krwi•szlaki sygnałowe np. dla proliferacji, różnicowania, migracji

100

Homeostaza pro i antyoksydacyjna

•obronie przed inwazją mikroorganizmów •walce z pasożytami •niektórych reakcjach metabolicznych, gdzie RFT pełnią rolę substratów (np. tworzenie tyroksyny – hormonu tarczycy) •reakcjach niektórych enzymów – też jako substraty (np. dioksygeneza indolowa) •terapiach, gdzie wykorzystywana jest hormeza radiacyjna (np. kąpiele i inhalacje radonowe) •procesach aktywowania niektórych enzymów •procesach aktywowania niektórych białek transportowych •modyfikowaniu szlaków przekazywania informacji do komórki •szeregu zastosowań tlenku azotu (np. nitrogliceryna, syldenafil) •procesie apoptozy – sygnalizowaniu, inicjowaniu i egzekucji programowanej śmierci komórki

Ma znaczenie w: