Voľné radikály

dopravaHydroxylový radikál je jedna z najreaktívnejších zlúčenín. Jeho doba života je merateľná v nanosekundách, reaguje prakticky na mieste svojho vzniku. Na tvorbe voľných radikálov sa môžu podieľať aj komplexy prechodných prvkov viažuce kyslík. Reaktívne formy kyslíka poškodzujú všetky typy biologických molekúl, vrátame nukleových kyselín, lipidov, proteínov a sacharidov. Živé, zdravé bunky a organizmy sú vybavené viacerými ochrannými systémami, ktoré zabezpečujú kontrolu nadprodukcie voľných kyslíkových radikálov. Predovšetkým sú to enzýmy, ktoré premieňajú voľné kyslíkové radikály na molekulový kyslík a vodu. Napríklad enzým superoxiddismutáza zmení kyslíkový radikál za vzniku peroxidu vodíka (a), ktorý odstráni enzým kataláza.

Človek za 70 rokov života spotrebuje asi 17 000 kg kyslíka a vytvorí 800 – 1700 kg voľných kyslíkových radikálov len endogénnym metabolizmom. V organizme sa na odstraňovaní voľných radikálov v cytoplazme zúčastňujú aj neenzýmové antioxidanty, medzi ktoré zaraďujeme predovšetkým alfa-tokoferol (viatamín E), kyselinu askorbovú (vitamín C), beta-karotén, kyselinu močovú, sulfhydrylové skupiny bielkovín, ceruloplazmín, redukovaný glutation (GSH), polyfenolické flavonoidy, ale aj selén. V rastlinách sa vyskytujú látky, ktoré sú známe antioxidačnými aktivitami, napr. štandardizovaný extrakt z listov artičoky zeleninovej (Cynara scolymus) s obsahom cynarínu (kyselina 1,5-dikavoyl-D-chinová). Výťažok získaný z 1 mg cesnaku siateho (Allium sativum) má rovnaký antioxidačný účinok ako 30 nmol vitamínu C, alebo 3,6 nmol vitamínu E.

Voľné kyslíkové radikály, ako poukazujú mnohé výskumy, sa podieľajú na vzniku rozličných ochorení, napr. na poškodení srdca a ciev pri kardiovaskulárnych ochoreniach, aj sliznice tráviaceho ústrojenstva. Pacienti s cukrovkou, zápalovými reumatickými ochoreniami, rozličnými poškodeniami mozgu (Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba), bronchiálnou astmou a pod., majú v plazme zvýšené koncentrácie voľných kyslíkových radikálov. Medzi tkanivá s najvyššou antioxidačnou schopnosťou, t. j. najlepšie odolávajúce nežiadúcemu pôsobeniu voľných radikálov, patrí pľúcne tkanivo.

Nevyvážená a prechemizovaná strava tiež prispieva k tvorbe voľných kyslíkových radikálov. Až v posledných rokoch vedci zistili, že vysoký podiel polynenasýtených mastných kyselín, ktoré sú v niektorých rastlinných olejoch (repkovom, slnečnicovom a kukuričnom) môže byť zdrojom peroxidácie tukov za vzniku voľných kyslíkových radikálov.

cigaretový dymVeľké množstvo voľných radikálov sa do organizmu dostáva fajčením.

Jedno vdýchnutie cigaretového dymu obohatí fajčiara až o 1014 voľných kyslíkových radikálov.

Živé organizmy využívajú voľné radikály na ničenie baktérií a vírusov. Napríklad zvýšenie koncentrácie voľných radikálov sa zistilo v hnise. T-lymfocyty využívajú voľné radikály na usmrcovanie nádorových buniek. Voľné radikály sa podieľajú aj na prasknutí folikuly pri ovulácii. Oplodnenie vajíčka spermiou je umožnené narušením vajíčka práve pôsobením voľných radikálov.

Súčasné výskumy zamerané na štúdium reaktívnych kyslíkových zlúčenín (superoxid, peroxid vodíka, hydroxylový radikál) zisťujú, že okrem negatívnych účinkov na organizmus, pôsobia pri prenose informácií vo vnútri buniek. Najpreštudovanejšia je informačná funkcia aktívnych kyslíkových zlúčenín v rastlinách napadnutých baktériami. V tomto prípade hrá kľúčovú úlohu peroxid vodíka, ktorý pôsobí nie len priamo bakteriálne, ale aktivuje špeciálne gény vyvolávajúce odolnosť organizmu proti patogénom. Výskumy prebiehajú aj na živočíchoch. Cieľom výskumu je objasnenie vzťahu medzi jednotlivými reaktívnymi kyslíkovými zlúčeninami pri prenášaní signálov a odhalenie reakčného mechanizmu.

             voľné radikály

                                                                                                                                                                  

Voľné radikály, ktoré vyvolávajú veľký záujem bádateľov, sú atómy, molekuly alebo ich časti schopné samostatnej existencie a majú jeden alebo viac neviazaných elektrónov. Prítomnosť voľného elektrónu umožňuje voľným radikálom, aby boli veľmi reaktívne. V snahe elektrónov viazať sa s inými, čo môže nastať úbytkom alebo prechodom elektrónov z iných molekúl, prebiehajú vlastné chemické reakcie voľných radikálov. Prítomnosť voľného elektrónu ukazuje, že voľné radikály majú paramagnetické vlastnosti následkom slabého priťahovania magnetického poľa. Voľné radikály vznikajú v procesoch homolitického rozrušovanie väzieb alebo následkom presunu elektrónov medzi molekulami chemických zlúčenín. Tieto procesy sú podmienené ionizujúcim, ultrafialovými, teplotnými a svetelnými zmenami. Voľné radikály môžu vznikať v redukčno-oxidačných reakciách, reakciách katalýzou niektorých kovov, alebo enzýmov v metabolických procesoch.

Ako už bolo povedané majú voľné radikály jeden alebo viac nepárných elektrónov, ktorých kvantový spin môže dosiahnuť hodnoty - 1/2 alebo + 1/2. Keď sa stretnú dva voľné radikály môžu mať ich nepárové elektróny rovnaký spin, ktorý sme uviedli ako trojvrstvový konfiguráciu alebo protikladný spin jednomocné konfigurácie. Môžu prejsť cez vnútorného krížového systému (intersystem krossing) do jednoväzobnej konfigurácie, ktorá vedie k vznikajúcim väzbám medzi nimi. Je zrejmé, že takáto schopnosť je tiež vlastní voľným radikálom, ktoré majú nepárové elektróny s opačnými nábojmi. Vnútorný krížový systém môže byť chránený veľmi slabými elektromagnetickými poľami. To spôsobuje zníženie kapacity krížového systému, čo vedie k zníženiu počtu radikálov prechádzajúcich do jednoväzbovej konfigurácie a zachovávajú si súčasne rovnaké množstvo alebo počtovo narastajú. Magnetické polia sa takto pokladajú za faktory, ktoré môžu generovať voľné radikály.

Reaktívne formy kyslíka

Z biologického hľadiska majú veľký význam voľné kyslíkové radikály, ktoré vznikajú v živých organizmoch. Je potrebné uviesť radikál nadkyslíkový, skupina anionových radikálovov a najreaktívnejšia skupina hydroxilové. Tieto tvoria skupinu pod názvom reaktívne formy kyslíka.

Do tejto skupiny patria tiež molekulárny kyslík jednomocný, ozón (O3), peroxid vodíka (H2O2), oxid dusnatý (NO), oxid dusičitý (NO2), kyselina dusičná (HONO2) a kyselina chlórna (HOCl).

Zdroje reaktívnych foriem kyslíka sú:

- Bunkové dýchacie procesy

- Katalyzované oxidačné reakcie

- Niektoré bielkoviny (napr. Hemoglobín, mioglobin)

- Autooxidácia nízkomolekulových väzieb (napr. adrenalin)

- Procesy mikrosomatickej hydroxilácie niektorých liekov

- ionizačné, ultrafialové a svetelné žiarenie

- pôsobenie ultrazvuku

- ionizačné pôsobenie niektorých kovov (napr. meď)

Reaktívne formy kyslíka vykazujú živé bunky. Ich pôsobením dochádza k peroxidácii bunkových blán, inaktivácii enzýmov, poškodzovanie chromozómov, štiepenie DNA, zmenám v molekulách bielkovín a uhľohydrátov a na rade iných škodlivých procesov. V evolúcii vytvorili aeróbne organizmy obranné mechanizmy proti pôsobeniu reaktívnych foriem kyslíka. (peroxidácia lipidov a usmerňovače voľných radikálov)

Obranné mechanizmy:

Patria sem neenzymatické obranné mechanizmy, ku ktorým radíme:

1. Väzby tlmiace budené molekuly (karotenoidy - vitamín A)

2. Antiokysličovadlá (glutatión, priedušnice, tokoferol - vitamín E, kyselina askorbová - vitamín C)

3. Usmerňovače voľných radikálov (adrenalín, kyselina močová, mannitol, glukóza)

4. Enzymatické obranné mechanizmy zahŕňajúce dismutáciu, katalázu (CAT) a glutatinovú peroxidázu Gpx)

Oxidačný stres

V podmienkach medzi vznikom reaktívnych foriem kyslíka a ich znehybnením sa objavuje spravidla stav rovnováhy. Prevaha prooxidačných procesov vyvoláva stav označovaný ako oxidačný stres.

To je považované za činiteľa podieľajúceho sa na vzniku mnohých chorôb, napr. zápalov, nedokrvenia, kôrnatenia ciev, cukrovky, chorôb ústrednej nervovej sústavy, nervovej sústavy, chorôb krvi, novotvarov, AIDS, chorôb autoimunitného ochorenia a rôznych nákazlivých chorôb.

Okrem toho sa voľné radikály podieľajú na procese apoptózy (programovaná bunková smrť). Tento zoznam určite nie je úplný, ale je len zbežným výpočtom úlohy voľných radikálov v patogenéze týchto ochorení.

Logicky vzniká otázka, či je teda oxidačný stres činiteľom vyvolávajúcim choroby a procesy predčasného starnutia nášho organizmu? Odpoveď je nie.

Voľné radikály majú tiež dobré vlastnosti

Pre úplnú objektivitu treba poznamenať, že voľné radikály plnia aj kladné funkcie v organizme. Urýchľujú rast kostí, hojenie rán a hlavne majú antibakteriálne účinnosť. Je zistené, že pri fagocytóze značne znižujú granulocyty a tiež monocyty a makrofágy množstvo kyslíka. Tento jav sa nazýva "dýchacie explózie", v priebehu ktorej uvoľňujú fagocyty veľké množstvo anionradikálu nadkysličníkového, ktorého dizmutácia vedie k vytváraniu kyslíka a H2O2 silno antibakteriálne pôsobiacich.

Oxidačný stres indukuje veľké zmeny v aktivite rôznych antioxidačných enzýmov. Napríklad granulocyty majú ešte jednu zbraň -  mieloperoxidázu, ktorá okysličí chlórové ióny na chlórnan a ten reaguje s amínmi a mení ich chloraminy - väzby so silnými antibakteriálnymi vlastnosťami. Tomuto systému zodpovedá systém granulocitov kyseliny soľnej, zvaný tiež chloroperoxidáza. V sline má ochrannú funkciu vylučovaná slinnými žľazami a granulocyty mieloperoxidáza, podieľajúce sa na vzniku chlórnanu a stávajú sa radikálom tiokyanatanu.

Metabolické účinky voľných radikálov, zdroj: prof. MUDr. Paluszak – Magnetická pole a volné radikály