1 / 57

LIPIDPEROXIDÁCIÓ ÉS A BIOLÓGIAI ANTIOXIDÁNS VÉDELEM

LIPIDPEROXIDÁCIÓ ÉS A BIOLÓGIAI ANTIOXIDÁNS VÉDELEM. Life is a constant battle against becoming rancid... (P. Cloud, 1979). Szabad gyökök: azok a kémiai gyökök, amelyek külső elektronhéjukon egy vagy több párnélküli elektront vagy antiparalell spinekkel

xuan
Download Presentation

LIPIDPEROXIDÁCIÓ ÉS A BIOLÓGIAI ANTIOXIDÁNS VÉDELEM

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. LIPIDPEROXIDÁCIÓ ÉS A BIOLÓGIAI ANTIOXIDÁNS VÉDELEM Life is a constant battle against becoming rancid... (P. Cloud, 1979)

  2. Szabad gyökök: azok a kémiai gyökök, amelyek külsőelektronhéjukon egy vagy több párnélkülielektront vagy antiparalell spinekkel rendelkező elektronokat tartalmazó atomot tartalmaznak. Oxigén szabad gyökök: azok a szabad gyökök, amelyekben a párnélküli elektron vagy elektronok egy oxigén atom külső orbitálján helyez- kedik el.

  3. Szabadgyökök Szuperoxid (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 gyökis ebbe a csoportba tartozik (CCl3O2)

  4. Alkil-peroxil (ROO): az alkoxil gyök által indukáltlánc- reakció soránkeletkezik a lipid peroxidáció folyamata során. Nitrogén-oxidok (NO, NO2): a nitrogén-oxid in vivo az L-argininbõlkeletkezik. A nitrogén-dioxid akkor keletkezik, amikor a NO oxigénnel reagál (pl. szmog, dohányfüst)

  5. Nem szabadgyökök Hidrogén-peroxid (H2O2): in vivo a dizmutázok és számos oxidáz hatására, valamint a hidroxil gyök és átmeneti fém jelenlétében islétrejöhet. Kis koncentrációban kevéssé reaktiv, de nagyobbmennyiségben károsítja a sejtek energia-felszabaditó rendszerét. Hipoklór-sav (HOCl): a mieloperoxidáz hatására a neutro- filsejtek termelik gyulladásos folyamatok során.Szuper- oxidanionnal reagálvahidroxil gyök is létrejöhet a neutrofil aktiváció során. Ózon(O3): a légkörben keletkezik. Rendkivül reaktiv gáz. A vérplazmaantioxidánsok közül oxidálja (bontja) a D- és E- vitamint és a húgysavat.

  6. Szinglet oxigén (1O2): az oxigén külsõ két orbitálján lévõ egyik elektron inverz spinnel rendelkezik, emiattmegválto- zik a molekuláris oxigén kvantum-mechanikai stabilitása. Afotoszintézis során a membránokhoz kötött oxigén szállí- tássorán keletkezik növényekben. Szerves peroxid (ROOH): a lipidek oxidációs terméke a lipidperoxidáció során, amely főképp szinglet oxigén hatására keletkezik

  7. AZ OXIGÉN SZABADGYÖKÖK FORRÁSAI • Mitokondriális és mikroszomális (kloroplasztisz) elektron transzport - oxigén tetravalens redukciója 1O2O2H+ 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+

  8. 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

  9. 4. Szuperoxid anion (O2- ) keletkezésének fő útja: citokróm rendszer (gyorsan átalakul hidrogén-peroxiddá a piridoxamin- foszfát-oxidáz, illetve aszuperoxid dizmutáz enzimek hatására) (O2)- + (O2)- + 2H+ H2O2 + O2

  10. A SZABADGYÖKÖK HATÁSA AZ EGYES LÉTFONTOSSÁGÚ MOLEKULÁKRA DNS FEHÉRJÉK Enzimek inaktivációja Deoxi guanozin REAKTÍV OXIGÉN GYÖKÖK LIPOPROTEINEK TÖBBSZÖRÖSEN TELÍTETLEN ZSÍRSAVAK LDL oxidáció Lipid peroxidáció

  11. A ROS SZÜKSÉGES: • SEJTMŰKÖDÉS SZABÁLYOZÁSÁBAN • SZIGNÁL TRANSZMISSZIÓS FOLYAMATOKHOZ • SEJTOSZTÓDÁSHOZ • GYULLADÁSOS FOLYAMATOKHOZ • APOPTOZISHOZ

  12. APOPTÓTIKUS SZIGNÁLOK ROS Szignál 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 DNSFRAGMENTÁCIÓMEMBRÁN (poli-(ADP)-ribóz szint ) CITOSZKELETON VÁLTOZÁSOK SOD kiáramlás SEJTHALÁL

  13. 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

  14. LIPID PEROXIDÁCIÓ – OXIDATÍV STRESSZ LH (PUFA)  L L + O2- LOOH ÁTMENETI FÉMEK (VAS/RÉZ) HATÁSA LOOH + Fe(II)  Fe(III) + OH- + LO LOOH + Fe(III)  Fe(II) + H+ + LOO

  15. A C-18-as zsírsavak relatív oxidációs sebessége (Varst, 2001 nyomán)

  16. A MEMBRÁNOK OXIDATÍV KÁROSODÁSA

  17. ANTIOXIDÁNS VÉDELEM NEM ENZIMATIKUS VÉDELEM E-VITAMIN(  - tokoferol) Hatása: biológiai membránok védelme kromángyűrű – fizikai kapcsolat a foszfolipidekkel fitil oldallánc – keresztkötések az arachidonil oldallánccal OH gyök „akció radiusa” 10-9 sec = 2-3 nm

  18. Egyes tokoferol és tokotrienol vegyületek oxidáció kinetikája azobis iniciátor jelenlétében

  19. 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

  20. 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

  21. Fémkötő (kelátképző) vegyületek Ferritin (1 mol/ 45000 vas) – az állati szervezetben Idegsejtek és máj védelme Metallothionein: Hg<Cu< Cd < Zn máj védelme (vesében felszabadul a fémion) Egyéb antioxidáns vegyületek Glutation - -Glu-Cys-Gly Hatásai: fehérjék SH csoportjainak fenntartása cisztein raktár xenobiotikum konjugáció( R + GSH  GS-R + H) minden sejttípus védelme

  22. 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)

  23. Kataláz Fe tartalmú 2H2O2  O2 + 2H2O vörösvérsejtek, fehérvérsejtek védelme Aktivitását befolyásoló tényezők: életkor (génexpressziója az öregedéssel csökken) takarmány megvonás (csökkenti az öregedés hatását)

  24. 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-hidroperoxidok máj-, harántcsíkolt izmok, érfal endothel sejtek, idegsejtek Foszfolipid-hidroperoxid glutation-peroxidáz (Ursini,1985) – foszfolipid-hidroperoxidok - monomer membrán kötött enzim (madarak májában citoszol forma is) Minden sejt, spermium nukleusz GSH-Px (S-H S-S)

  25. 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

  26. A szelenocisztein beépülésének sémája eukariotákban (Berry et al., 1993)

  27. 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 – hidroperoxidok mellékhere és szeminális plazma (spermium membrán)

  28. 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

  29. - 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)

  30. 5’-dejodinázok (aktív centrum SECIS element – szelenocisztein (21.aminosav) I. típus: pajzsmirigy, máj, vese, tobozmirigy II. típus: pajzsmirigy, placenta, tobozmirigy, központi idegrendszer, újszülött rágcsálók zsírszövete III. típus: bőr, placenta, központi idegrendszer 2HI + H2O2  I2 + 2H2O Aktivitását befolyásoló tényezők Szelénhiány – csökkenti TSH – növeli

  31. 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

  32. NÖVÉNYI EREDETŰ ANTIOXIDÁNSOK ÉTERIKUS OLAJOK ANTIOXIDÁNS VEGYÜLETEI HATÁSUK: ELEKTRON DONOR - ANTIOXIDÁNS MEMBRÁN CSATORNÁK VÉDELME (ENTEROCITÁK  FELSZÍVÓDÁS) POLIFENOLOK: FLAVONOLOK – KVERCETIN, KEMPFEROL, MIRICETIN FLAVONOK – APIGENIN, LUTEOLIN TERPÉNSZÁRMAZÉKOK : CITRÁL, CITRONELLÁL, MENTON

  33. SZINTETIKUS ANTIOXIDÁNSOK HATÁSUK: • TAKARMÁNYOK ZSÍRSAVAINAK VÉDELME • TAKARMÁNYOK OXIDÁCIÓRA ÉRZÉKENY BIOLÓGIAILAG AKTÍV VEGYÜLETEINEK VÉDELME • ENTEROCITÁK VÉDELE HATÁSUKAT BEFOLYÁSOLJA: • ZSÍRSAVAK MENNYISÉGE • ZSÍRSAVAK TELÍTETLENSÉGE - GYÁRTÁSTECHNOLÓGIA

  34. 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

  35. MÁSODIK VÉDELMI VONAL a láncreakció kiterjedésének megelőzéseés megállitása ZSIROLDÉKONY ANTIOXIDÁNSOK A- ÉS E-VITAMIN, KAROTINOIDOK, UBIQUINOLOK VIZOLDÉKONY ANTIOXIDÁNSOK C-VITAMIN, GLUTATION, HÚGYSAV

  36. 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+

  37. Az oxidativ stressz kialakulása fiziológiás és patológiás folyamatok során

  38. 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

  39. 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 rendszerekben tiol-Fenton tipusu reakció: Fe(III) + RSH  Fe(II) + RS + H+ Fe(II) + H2O2 Fe(III) + (OH) + OH-

  40. 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

  41. 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

  42. 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

  43. Nagy peroxid tartalmú takarmányok etetése

  44. 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

  45. Nutritív antibiotikum toxikus adagja a takarmányokban gátolják a K+/Na+-ATP-áz működését  membrán csatornák zavara  Ca2+ efflux zavara  „Mitochondrial swelling”  lipid peroxidáció

  46. Akut vagy krónikus stressz hatások - hideg környezetvagy az immobilizáció gyökképző folyamatok intenzitása fokozódik  antioxidánsok mennyisége csökken ( pl. glutation, E-vitamin vagy aszkorbát)

More Related