From Wikipedia, the free encyclopedia
Reaktivne vrste kisika, slobodni radikali kisika, skr. ROS (eng. Reactive Oxigen Species), su slobodne radikalske čestice kisika, atoma, molekula ili iona koje imaju jedan ili više nesparenih elektrona u svojoj strukturi. Nastaju kao međuproizvod u toku metabolizma kisika, jer su nestabilne i veoma reaktivne, zbog čega mogu izazvati lančane reakcije u organizmu.[3][4] Ove (nestabilne) čestice (ROS) zbog puno nesparenih elektrona u spoljašnjoj orbiti, veoma agresivno traže druge molekule, u nastanku da iz njih ozmu njihove elektrone, stvarajući tako nove radikale i tako održavaju oksidativni ciklus. Sama molekula kisika ima dva nesparena elektrona sa istim spin skim brojevima u sponskim orbitama i tehnički prema elektronskim par donora.
Reaktivne vrste kisika u organizmu ispoljavaju pozitivna i negativna dejstva. Nastale kao sporedni proizvod normalnog metabolizma kisika, ROS imaju važnu ulogu u ćelijskoj signalizaciji; leukociti koriste mehanizme borbe protiv različitih mikroorganizama, zbog njihovih citotoksičnih aktivnosti itd. S druge strane, izloženost negativnim uticajima na životno okruženje organizma (npr. izloženost radioaktivnom, mikrotalasnom ultraljubičastom ili radiotalasnom zračenu)[5] ili toploti, može uticati na značajno povećanje ovih spojeva, koji u velikim koncentracijama može izazvati obimno oštećenje ćelijskih struktura kao što je citoskelet.
Reaktivne vrste kisika (ROS) su visoko reaktivne hemikalije nastale od O2. Primjeri ROS uključuju perokside, superokside, hidriksilne radikale, jednoatomski kisik,[6] i alfa-kisik.
Redukcijom molekulnog kisika (O2) nastaje superoksid (•O−
2), koji je prekursor većine reaktivnih vrsta kisika:[7]
Dismutacija superoksida proizvodi vodik-peroksid (H2O2):[7]
Vodik-peroksid se zauzvrat može djelomično reducirati, stvarajući tako hidroksidne ione i hidroksilne radikale (•OH), ili potpuno reducirati u vodu:<:[7]
U biološkom kontekstu, ROS su nusproizvodi normalnog metabolizma kisika. ROS imaju uloge u ćelijskoj signalizaciji i homeostazi].[8][9] ROS su suštinski za ćelijsko funkcionisanje i prisutni su na niskim i stacionarnim nivoima u normalnim ćelijama. U povrću, ROS su uključeni u metaboličke procese koji se odnose na fotozaštitu i toleranciju na različite vrste stresa.[10] Međutim, ROS može uzrokovati nepovratna oštećenja DNK, jer oksidiraju i modificiraju neke ćelijske komponente i sprječavaju ih da obavljaju svoje izvorne funkcije. Ovo sugerira da ROS ima dvostruku ulogu; da li će djelovati kao štetni, zaštitni ili signalni faktori ovisi o ravnoteži između proizvodnje ROS-a i odlaganja u pravo vrijeme i na pravom mjestu.[11] Drugim riječima, toksičnost kisika može nastati i zbog nekontrolirane proizvodnje i zbog neefikasne eliminacije ROS putem antioksidativnog sistema. Tokom trajanja okolinskog stresa, nivoi ROS mogu dramatično porasti.[8] To može dovesti do značajnog oštećenja ćelijskih struktura. Kumulativno, ovo je poznato kao oksidativni stres. Na proizvodnju ROS-a snažno utiču reakcije faktora stresa u biljkama; ovi faktori koji povećavaju proizvodnju ROS-a uključuju sušu, salinitet, hlađenje, odbranu od patogena, nedostatak nutrijenata, toksičnost metala i UV-B zračenje. ROS se također generirajuu iz egzogenih izvora kao što je ionizirajuće zračenje[12] stvarajući nepovratne učinke u razvoju tkiva i kod životinja i kod biljaka.[13]
ROS se proizvode biohemijskim reakcijama koje se javljaju tokom procesa disanja i fotosinteze u organelama kao što su mitohondrije, peroksizomi i hloroplasti.[14][15][16] Tokom procesa disanja, mitohondrije pretvaraju energiju za ćeliju u upotrebljiv oblik, adenozin-trifosfata (ATP). Proces proizvodnje ATP-a u mitohondrijama, zvani oksidativna fosforilacija, uključuje transport protona (ioni vodika) kroz unutrašnju mitohondrijsku membranu pomoću transportnog lanca elektrona. U lancu transporta elektrona, oni prolaze kroz niz proteina, putem oksidaciono-redukcionih reakcija, pri čemu svaki akceptor protona duž lanca ima veći potencijal redukcije od prethodnog. Posljednje odredište elektrona duž ovog lanca je molekula kisika. U normalnim uslovima, kisik se redukuje da bi se proizvela voda; međutim, u oko 0,1-2% elektrona koji prolaze kroz lanac (ovaj broj proizilazi iz studija u izolovanim mitohondrijama, iako se tačna stopa u živim organizmima tek treba u potpunosti dogovoriti), umjesto toga, kisik se prerano i nepotpuno reducira, kako bi se dobio superoksidni radikal (•O−
2), najbolje dokumentovan za kompleks I i kompleks III.[17]
Ostali izvor proizvodnje ROS-a u životinjskim ćelijama su reakcije prijenosa elektrona koje kataliziraju mitohondrijski P450 sistemi u steroidogenim tkivima.[18] Ovi P450 sistemi zavise od transfera elektrona sa NADPH na P450. Tokom ovog procesa, neki elektroni "cure" i reaguju sa O2, stvarajući superoksid. Da bi se nosili s ovim prirodnim izvorom ROS-a, steroidogena tkiva, jajnici i testisi, imaju veliku koncentraciju antioksidansa, kao što su vitamin C (askorbat) i β-karoten i anti-oksidativni enzimi.[19]
Ako je u mitohondrijama prisutno previše oštećenja, ćelija prolazi kroz apoptozu ili programiranu ćelijsku smrt.[20][21]
Osim toga, ROS se proizvodi u signalizaciji imunskih ćelija, putem NOX-a. Fagocitne ćelije kao što su neutrofili, eozinofili i monojedarni fagociti proizvode ROS kada su stimulirani.[22][23]
U hloroplastima, reakcije karboksilacije i oksigenacije koje katalizira rubisco osiguravaju da se funkcioniranje lanca transporta elektrona (ETC) odvija u okruženju bogatom O2 . Curenje elektrona u ETC-u će neizbježno proizvesti ROS unutar hloroplasta.[11] Nekada se vjerovalo da je ETC u fotosistemu I (PSI) jedini izvor ROS u hloroplastima. Prema Huang et al.[24] tok elektrona iz pobuđenih reakcionih centara usmjerava se na NADP i oni se redukuju u NADPH, a zatim ulaze u Calvinov ciklus i reduciraju konačni akceptor elektrona, CO2. U slučajevima kada postoji preopterećenje ETC-a, dio toka elektrona se preusmjerava sa feredoksina na O2, formirajući superoksidni slobodni radikal (Mehlerova reakcija). Osim toga, curenje elektrona u O2 može se dogoditi i iz klastera 2Fe-2S i 4Fe-4S u PSI ETC. Međutim, PSII također pruža lokacije curenja elektrona (QA, QB) za O2 koje proizvode O2.[25][26] Superoksid (O2-) generira se iz PSII, umjesto iz PSI; QB je prikazano kao lokacija za generaciju O2•-.[25]
Formiranje ROS može biti stimulirano raznim agensima kao što su zagađivači, teški metali,[2] duhan, dim, lijekovi, ksenobiotici ili zračenje. U biljkama, pored djelovanja suhih abiotskih faktora, visoka temperatura, interakcija s drugim živim bićima može utjecati na proizvodnju ROS.
Ionizirajuće zračenje može stvoriti štetne intermedijere putem interakcijed s vodom, proces koji se naziva radioliza. Budući da voda čini 55-60% ljudskog tijela, vjerovatnoća radiolize je prilično visoka pod prisustvom ionizujućeg zračenja. U tom procesu voda gubi elektron i postaje vrlo reaktivna. Zatim, putem lančane reakcije u tri koraka, voda se sekvencijski pretvara u hidroksilni radikal (•OH), vodik-peroksid (H2O< sub>2), superoksidni radikal (•O−
2), i na kraju kisik (O2).
Hidroksilni radikal je izuzetno reaktivan i odmah uklanja elektrone iz bilo koje molekule na svom putu, pretvarajući je u slobodni radikal i na taj način šireći lančanu reakciju. Međutim, vodik-peroksid je zapravo štetniji za DNK od hidroksilnog radikala, budući da niža reaktivnost vodik-peroksida daje dovoljno vremena da molekula otputuje u ćelijsko jedro, a zatim reaguje sa makromolekulama kao što je DNK.
U biljkama, proizvodnja ROS događa se tokom abiotskog stresa koji dovodi do smanjenja ili prekida metaboličke aktivnosti. Naprimjer, povećanje temperature i suša su faktori koji ograničavaju dostupnost CO2 zbog zatvaranja stoma, povećavajući proizvodnju ROS, kao što je O2sub>·- i 1O2 u hloroplastima.[27][28] Proizvodnja 1O2 u hloroplastima može uzrokovati reprogramiranje ekspresije jedarnih gena koji dovodi do hloroza i programirane ćelijske smrti.[28] U slučajevima biotskog stresa, stvaranje ROS se u početku događa brzo i slabo, a zatim postaje čvršće i trajnije.[29] Prva faza akumulacije ROS povezana je sa infekcijom biljke i vjerovatno je nezavisna od sinteze novih enzima koji stvaraju ROS. Međutim, druga faza akumulacije ROS-a povezana je samo sa infekcijom nevirulentnim patogenima i indukovana je reakcija koja zavisi od povećane iRNK enzima koji kodiraju transkripciju.
Učinci ROS-a na ćelijski metabolizam dobro su dokumentirani kod raznih vrsta.[2] Uključuju ne samo uloge u apoptozama (programiranoj ćelijskoj smrti) već i pozitivne efekte kao što je indukcija odbrane domaćinskih [30][31]gena i mobilizacija ionskih transportera. To implicira kontrolu nad ćelijskom funkcijom. Konkretno, trombociti uključeni u popravku rana i homeostaze krvi oslobađaju ROS za regrutaciju dodatnih trombocita na mjesta povreda. Oni takođe omogućavaju vezu sa aptivnim imunskim sistemom putem regrutacije leukocit.
Reaktivne vrste kisika uključene su u ćelijsku aktivnost na različite upalne odgovore uključujući kardiovaskularne bolesti. Mogu biti uključeni i u oštećenje sluha putem pužničnog oštećenja uzrokovanog povišenim nivoima zvuka, u ototoksičnosti lijekova kao što je cisplatin i u urođenoj gluhoći i kod životinja i kod ljudi. ROS su također uključene u posredovanje apoptoze ili programirane ćelijske smrti i ishemijske povrede. Konkretni primjeri uključuju moždani udar i srčani udar.
Općenito, štetni efekti reaktivnih vrsta kiseonika na ćeliju su najčešće:[32]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
