SERBEST OKSİJEN RADİKALLERİ VE ANTİOKSİTAN SİSTEMLER
Biyolojik sistemlerde elektron alıcı moleküller serbest radikaller olarak adlandırılırlar. Serbest radikallerden aktif oksijen türevlerine kısaca oksitanlar denir. Oksitanlar çeşitli biyolojik reaksiyonlarda önemli roller üstlenirken, aynıı zamanda da bir çok hastalıkların patojenezinde etken oldukları hakkında veriler mevcuttür. Canlıda değişik patolojilere yol açan serbest radikaller, normal hücresel biyolojik olaylar esnasında ve makrofajlar tarafından üretilirler. Oksitanların sebep olduğu hasarların mekanizması oldukça karmaşıktır.
Oksitanlar ve insan hastalıkları arasındaki ilişki oksitan ve antioksitan arasındaki dengeye bağlıdır. Vücutta oksitanların artması (oksitatif stres) veya antioksitanların azalması sonucu oksitanlar normal biyolojik makromoleküllerle kolaylıkla etkileşebilecektir . Bu etkileşim kritik moleküllerde ve yeterli şiddette meydana geldiğinde doku harabiyeti oluşabilecektir .
Hedef moleküllerden elektron alma yetenekleri nedeniyle oksitanlar, bu hedef yapının yapısını ve/veya fonksiyonunu değiştirebilir, bu şekilde oksitanlar hücre membranın, genetik materyali (DNA, RNA) ve değişik enzimatik olayları etkileyerek hücre hasarı yapabilirler. Oksitanlar aynı zamanda bağ dokusu komponentleri, proteazlara karşı koyucu doku komponentleri olan antiproteazlar ve hücreler arası haberleşme ajanları gibi ekstraselluler bölgeyi de etkileyebilirler.
Bu oksitanlar organizmada sitoplazmik, mitokondriyal ve ekstraselluler formlar olan süperokstit dismutaz (SOD), katalaz (CAT) ve glutatyon peroksitaz (GSH-Px) gibi enzim sistemleri ile seruloplazmin, transferrin, indirgenmiş glutatyon (GSH), metiyonin, vitamin E ve vitamin C gibi antioksitanlar tarafından yıkılırlar.
Oksijen ve Serbest oksijen radikalleri:
Özellikle anaerobik şartlara adapte olmuş organizmalar dışında tüm hayvan ve bitkiler enerji Üretimi için oksijene ihtiyaç duyarlar. Oksijen yeryüzünde en çok bulunan elementtir , kuru havada yaklaşık %21 orannda bulunur. Oksijen ayrıca deniz, göl, nehir ve diğer su yataklarında çözünmüş olarak bulunur. Moleküler oksijen hem iyi huylu, hem de kötü huylu bir moleküldür. Normalden fazla oksijen içeren havaların bitkiler, hayvanlar ve aerobik bakteriler için toksik olduğu uzun zamandan beri bilinmektedir. Yüksek konsantrasyonlardaki oksijen hayvanlarda bazı endokrin bezlerin etkisini uyaran genel stres reaksiyonlarına yol açar.
Moleküler oksijenin toksik etki göstermesi oluşan reaktif ürünlere bağlıdır. Biyolojik sistemlerde oksijenin metabolizmasıı sonucu oluşan bu ürünlere Reaktif oksijen türleri (ROT) denilmektedir. ROT
Süperoksit radikali (O2-)
Hidroksitv radikali (HO.)
Hidrojen peroksit (H202)
Hipokloröz asit (HOCI)
Singlet oksijen (singlet O2 dir
Serbest radikal bir veya birden çok eşlenmemiş elektron içeren bir maddedir. Bir veya birden çok çiftlenmemiş elektronun bulunması o maddenin magnetik bir alana çekilmesine yol açar ve bazen o maddenin son derece reaktif olmasına neden olur. Serbest radikaller, radikal olmayan bir atom veya molekülden bir elektron çıkmasıyla veya radikal olmayan bir atom veya moleküle bir elektron ilavesiyle oluşurlar. Bir moleküldeki kovalen bağ kırılır ve elektronlardan birisi bir atomda diğeri de öbür atomda kalarak kolayca bir radikal oluşabilir, bu olay homolitik fizyon olarak bilinir. Bu kovalen bağların ayrışması enerji isteyen bir olaydır ve ısı, elektromagnetik radyasyon gibi kuvvetlerle yapılabilir. Birçok kovalen bağ sadece yüksek ısıda ayrışır.Homolitik fizyon olay kovalen bağlı su molekülünde de gerçekleşebilir ve bu olay sonucu hidrojen radikali (H.) ile bir OH radikali meydana gelir. Homolitik fizyonun tersi heterolitik fizyon olaydır ve moleküldeki atomlardan birisi kovalen bağın açılması esnasında iki elektronu da kendisi alır.
Başlıca Serbest Radikal Kaynakları:
Reaktif oksijen türevleri aerobik organizmalarda bazı fizyolojik olaylar esnasında oluşurlar.
1. Mitokondriyal Elektron Transport Zinciri: ROT nin fizyolojik şartlardaki başlıca kaynağı mitokondriyal elektron transport zinciridir. Genellikle hücrelerce kullanılan oksijenin %95'i mitokondrilerde kademeli olarak dört elektron ilavesiyle suya indirgenir. Normal şartlar altında bu mitokondriyal olay esnasında oksijenin %l-2'si de (O2-)'e dönüştürülür.
Hayvan mitokondrisinin en önemli görevi Krebs döngüsü esnasında üretilen indirgenmiş nikotinamid adenin dinükleotid (NADH+H+) ve indirgenmiş flavin adenin dinükleotid (FADH2)'in oksitasyonu, yağ asitlerinin 13-oksitasyonu ve diğer metabolik olaylardır.
2. Endoplazmik Retikulum: Bir çok hayvan ve bazı bitki dokularındaki endoplazmik retikulum başlıca sitokrom P-450 olarak bilinen sitokromlar ihtiva eder. Sitokrom P-450 moleküler oksijeni kullanarak bir çok substrat oksitler. Oksijen molekülünün bir atomu substrata bağlanır, diğer atomu ise su oluşturur, bu yüzden mono-oksijenaz veya karşık fonksiyonlu oksitaz (KFO) reaksiyonu olarak da adlandırılır. Sitokrom P-450 reaksiyon esnasında indirgenecek bir ajana (RH2) ihtiyaç duyar ve bu amaçla indirgenmiş nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (NADPH)'ı kullanır.
3. Redoks Döngüsü :Kimyasallardan serbest radikal oluşumu için diğer bir mekanizma da redoks döngüsüdür. Bu reaksiyonlar P-450 gerektirmez. Menadion, parakuat, dikuat, nitrofurant(O2-)in, adriamisin, bleomisin ve furosemid gibi bileşikler altenatif bir redoks siklusuna girerler. Bu bileşikler ilave bir çiftlenmemiş elektron kazanma eğilimindedirler. Bu ajanlardan oluşan radikal tekrar ana bileşiğe dönüşmek için kolayca oksijenle oksitlenir ve sonuçta da O2-oluşur. Oluşan hem ksenobiyotik radikali, hem de O2- intrasellüler ferritin depolarından demiri serbest hale getirebilme özelliğine sahiptirler. Sitozole salınan demir, serbest radikallerden daha fazla reaktif olan ve dolayısıyla daha fazla yıkıcı olan HO gibi ikincil radikallerin oluşmasında katalitik bir rol oynar.
4. Araşidonik Asit Metabolizması: Araşidonik asit metabolizması da reaktif oksijen metabolitlerinin önemli bir kaynıağıdır. Fagositim hücrelerin uyarılması, fosfolipaz ve protein kinazın aktivasyonuna ve plazma membranında araşidonik asit salınımına yol açar. Araşidonik asitin enzimatik oksitasyonuyla da çeşitli serbest radikal ara ürünler meydana gelmektedir, aynı zamanda bazı ksenobiyotiklerden de bu esnada reaktif ara ürünler oluşmaktadır. Bu ara ürünler de hedef yapılarla etkileşerek toksisite gösterebilirler. Bu reaktif türler enzim ve protein gibi hayati makromoleküllerle, lipitlerle ve nükleik asitlerle (DNA ve RNA) reaksiyona girip hücre yapısı ve fonksiyonunu bozarak birçok patolojik olaylarda rol oynarlar.
Serbest radikallerin hücresel hasar yaptığının en iyi tanımlandığı durumlar şunlardır: Pulmoner oksijen toksisitesi, post iskemik reperfizyon hasar, iltihabi durumlar, radyasyon hasarı, birçok kimyasalların toksik etki göstermesidir. Bunlara ilaveten Alzheimer’e hastalığı, diyabet, ateroskleroz, yaşlanma, karsinojenezis, göz hasar ve diğer birçok patolojik durumlarda serbest radikallerin rol oynadığı gösterilmiştir. Özellikle bazı kimyasalların serbest radikaller yoluyla hücre hasar yaptığı çok iyi bilinmektedir. Bunlardan en çok çalışılmış olanlar, halojene hidrokarbonlar özellikle en tipik olan karbon tetraklorür, aromatik halojene hidrokarbonlar, sigara duman, alkol, diquat, parakuat, dioksinler, asetaminofen, halotan, demir, adriyamisin, bleomisin, nitrofurant (O2-) in, furosemid, asbest, ozon, menadiondur.
Bazen de fizyolojik olarak koruyucu işlev görürler. Aktive olmuş fagositlerden serbest radikal oluşur. Stres durumlarında katekolamin düzeyi artar, katekolaminlerin oksitasyonuyla da serbest radikaller oluşur. Tiyoller, hidrokinonlar , flavinler , tetrahidropterinler ve antibiyotikler gibi küçük moleküllerin otooksitasyonuyla, ksantin oksitaz ve triptofan dioksijenaz enzimi aracıyla, peroksizomlar ile plazma membranındaki lipoksijenazlar ve prostoglandin sentetazlar aracıyla çeşitli serbest radikaller üretilir. Peroksizomlar ise çok önemli hücre içi H2O2 kaynağıdırlar.
1. Süperoksit Radikali (O2-)
O2-, moleküleri oksijene ekstra bir elektron bağlanmasıyla meydana gelir. Milisaniyelik bir yar ömrüyle zayıf bir oksitan fakat güçlü bir redüktazdır, (O2-) oksijen toksisitesinde önemli bir faktördür ve SOD enzimi de buna karşı organizmayı korur. Zayıf bir oksitan olarak (O2-)'nine kendi başına önemli bir hücre hasarına yol açması muhtemel görülmemektedir. (O2-)oluştuktan sonra tiyol gruplarıyla reaksiyon verebilir ve böylece ya GSH tüketilmesine yol açarak hücreyi ileri bir oksitatif strese sokar veya enzim ve diğer hücresel proteinler üzerindeki tiyol gruplarıyla reaksiyon vererek onları inaktive eder. Çok kısa yarı ömürlü olması nedeniyle oluşan (O2-)'nine oluştuktan sonra sadece hemen yakınındaki tiyol gruplarıyla reaksiyon vereceği tahmin edilmektedir. Bununla birlikte (O2-) aynı zamanda önemli bir oksitatif strese yol açabilen bir dizi reaksiyonlar da başlatabilir. Bu önemli reaksiyonlardan bir tanesi Haber-Weiss reaksiyonu olarak bilinen, (O2-) ve H2O2'in demir varlığında etkileşerek son derece reaktif HO' vermesi reaksiyonudur. Üretilen bu HO., çok önemli hücresel hasarlara yol açar.
(O2-) intraselluler demir depolarından demiri serbest hale getirir, Ferritin +3 değerli demir içerir ve 02-", bunu +2 değerli demire dönüştürerek serbest hale geçirebilmektedir, Serbest hale geçen demir iyonu Haber-Weiss reaksiyonu gibi demir bağımlı olan ve radikal üreten reaksiyonlarda kullanılabilir veya diğer önemli serbest radikal aracılıklı hücre hasarlarında rol oynayabilir, ilaveten (O2-), Fe+3 ile reaksiyona girerek oksitleyici perferril radikalini oluşturur, Fakat (O2-) çok sınırlı bir yarı ömre sahip olduğu için çoğunlukla bu bahsedilen reaksiyonlara uğrayamaz. Derhal dismutasyon reaksiyonuyla H2O2 ve oksijene dönüşür.
Bu dismutasyon reaksiyonu spontan olarak oluşabileceği gibi SOD enzimi ile de hızlandırılır.
Bitki ve bakterilerde bulunan peroksitazlar oksitasyon esnasında (O2-) üretirler . Beyaz kök mantarında bulunan sellobioz oksitaz enzimi F AD ve b tipi sitokrom içerdiğinden ve disakkaridleri oksite eder ve bu esnada oluşan primer oksijen ürünü, (O2-) dır. Barsallarda ve iskemik dokularda bulunan ksantin oksitaz, bir tür mantarda bulunan ve 2-nitropropan asetona oksitleyen nitropropan dioksijenaz enzimi ve birçok hayvansal dokuda bulunan ve triptofan ve seratonin gibi bileşiklerin indol halkasını yaran indolamin dioksijenaz (O2-) üretirler. Triptofan dioksijenaz, galaktoz oksitaz, aldehid oksitaz enzimleri de katalitik işlevleri esnasında (O2-) üretirler.
Gliseraldehid, indirgenmiş riboflavin, flavin adenin mononükleotid (FMN), flavin adenin dinükleotid (FAD), adrenalin, tetrahidropteridinler ve sistein gibi tyol bileşikleri oksijen varlığında oksitlenerek (O2-) verirler. Bu oksitasyon reaksiyonlar esnasında oluşan in vivo (O2-) miktarını veya önemini tahmin etmek zordur. Fakat bu oksitasyonlardan önemli olan birisi oksihemoglobin oluşumudur. Hemoglobin molekülü dört protein alt ünitesine sahiptir ve bunlardan ikisi alfa amino asit zinciri ve iki tanesi de beta zinciridir . Her zincir oksijeni reversibl olarak bağlayabilen bir ''hem'' grubu içerir. Hemoglobin, oksijeni bağlanmadan önce Fe+2 iyonu içerir. Fakat oksijen bağlandığı zaman bir ara yapı oluşur ve bir elektron, demir iyonu ve oksijen arasında yer değiştirir. Bu şekilde oluşan oksihemoglobin dekompozisyona uğrayabilir ve (O2-) salabilir.
Böylece geride kalan Fe+3,ü yap, normal hemoglobin gibi oksijen bağlayamayan ve biyolojik olarak inaktif olan methemoglobin adını alır. Bu şekilde bir günde insan eritrositlerinde bulunan hemoglobinin %3 'ü oksitasyona uğrayıp (O2-) meydana getirir ve bu hücreler devamlı olarak bir (O2-) etkisine maruz kalırlar. Yetişkin memeli eritrosit hücreleri, nükleus veya mitokondri taşmadıkları için proteinleri ve membran lipitlerini sentezleyemezler. Hiç bir sentez faaliyeti olmaksızın ortalama 120 gün ömürlü olan insan eritrositleri kendilerini, (O2-) ve H2O2e karşı bakır-çinko SOD (CuZn SOD), katalaz, GSH-Px ve başta glukoz-6-fosfat dehidrojenaz (G6PD) olmak üzere pentoz-fosfat yola enzimleri vasıtasıyla korurlar. Eritrositler aynı zamanda methemoglobin redüktaz enzimi (MR) ile de methemoglobini normal hemoglobin haline dönüştürüp reaktive edebilirler. Hemoglobin oksitasyonu geçiş metali iyonlar varlığında özellikle bakır ve N(O2-) varlığında hızlanır. Bazı bölgelerdeki su şebekelerinde fazla miktarda bulunan NO3-, mamayla beslenen bebeklerde sorun yaratabilir. Çünkü, bu NO3- barsak bakterileri tarafndan NO2-e indirgenerek methemoglobin oluşturur ve bazı dokuların oksijenleşmesi engellenebilir. Talasemide olduğu gibi bazı mutant hemoglobinler normal hemoglobinden daha kolay oksitlenebilir.
(O2-), triptofan amino asitinin ve melaninlerin ultra viyole ışığa maruziyetiyle de oluşabilir. Triptofan, lens proteinlerinden olduğu için gözde sık rastlanır.
Son olarak, deniz suyundaki organik bileşiklerin fotokimyasal ayrışmasıyla da 02-. ve H2O2 üretilir ve eser miktarlarda H2O2 birçok tabii su kaynaklarında bulunmaktadır.
2. Hidroksil Radikali (HO'): HO., biyolojik sistemlerde bulunan en güçlü radikaldir, (O2-) ve H2O2'in demir iyonu varlığında reaksiyonuyla oluşturulur. Bu reaksiyona Haber-Weiss reaksiyonu denilmektedir. Yaşayan canlı hücrelerinin başlıca bileşeni su olduğu için bu hücrelerin X-ışını veya gama ışınlar gibi iyonize edici radyasyona maruz kalmaları, su molekülünden hidrojen radikali (H') ve HO. meydana getirir.
Vücudun dışından böbrek taş kırma olayında da yüksek enerjili şok dalgalar kullanılmasıyla in vitro olarak radikal üretimi olduğu gösterilmişse de fakat bu radikallerin in vivo olarak biyolojik etkileri hakkında henüz yeterli veri yoktur . Dondurma, kurutma ve dondurarak kurutma işlemleri esnasında da radikal üretimi olabilmektedir. H2O2'in Fe+2 ve muhtemelen de Cu+ ile reaksiyona girmesiyle de HO. oluşabilmekte ve H2O2 toksisitesinin büyük çoğunluğunun temelinin de bu oluşan HO. olduğu düşünülmektedir. Yine H2O2'in UV ışına maruz kalmasıyla homolitik fizyon oluşup HO" oluşturması da muhtemeldir , böylece iyonize edici radyasyona bağlı hasarın çoğundan sorumludur. HO., hidrojen peroksit ve redoks-aktif demir varlığında süperoksitin oluşumu ile biyolojik sistemin kendisi tarafndan da oluşturulabilir.
HO" hemen hemen tüm hücresel makromoleküllerle reaksiyon verebilir, fakat başlıca ve en önemli etkileri lipitler, proteinler, sitokromlar ve nükleik asitler (DNA ve RNA) üzerine olan etkileridir. iskemik kalp hastalığı ve inme (strok) gibi hastalıkların patogenezinde önemli bir role sahiptir. HO.'nin DNA 'da bulunan deoksriboz gibi şeker moleküllerine atak yaparak çok çeşitli ürünler oluşturduğu ve bunların bazılarının da bakteriyel test sistemlerinde mutajen olduğu gösterilmiştir. Yine HO', aromatik halkaya katılma özelliği gösterir, DNA ve RNA 'da bulunan pürin ve pirimidin bazılarına katılarak radikal oluşturur.
Radikaller , aldehitler ve diğer lipit peroksitsasyon ürünleri membran proteinlerinde ciddi hasarlara yol açarlar. Karaciğer veya eritrosit membranlarının, peroksitasyonunun membranda yüksek molekü1er kütleli protein agregatları oluşumuna yol açtığı bilinmektedir. Bunun sonucu olarak hepatosit membran permeabilitesi artmakta, hepatositler ölmekte ve eritrositler parçalanmaktadır . Hücrenin hormonal uyarlara cevap vermesine imkan sağlayan yüzey reseptörleri lipit peroksitasyon esnasında inhibe edilebilir, bunlar arasında g1ukoz-6-fosfataz ve hücre içi iyon dengesini sağlayan Na+K+ATPaz gibi enzimler vardır.
Genel olarak lipit peroksitasyonu membran akışkanlığını azaltır, normalde hücre içine geçemeyen maddelerin membrandan hücre içine girişlerini arttırır. (Ca+2 iyonu gibi), membrana bağlı enzimleri inaktive eder , protein sentezini inhibe eder, DNA replikasyonunu önler ve mitokondriyal solunumu durdurur. Membranda ya asiti yan zincirinin devamlı olarak aldehidler ve pentan gibi hidrokarbon üretmesi membran bütünlüğünün tamamen kaybolmasına yol açar. Bu yolla lizozom membranlarının yırtılmasıyla hidroliktik enzimler hücrenin geri kalan kısmına boşalır ve hasarına artmasına yol açar . Eritrosit membranın lipit peroksitasyonu, eritrositin kap ilerlerden geçerken şekil değiştirme ve sıkışma yeteneğinin kaybolmasına yol açar ve sonuçta hemolize neden olur. Memeli spermlerinin 37 °C de uzatılmış inkübasyonuyla canlılıklarının yitirmesinin de peroksitasyon ürünlerinin birikmesine bağlı olduğu öne sürü1müştür. Hücre membranına yakın veya membrana yapışık olan DNA 'lar da peroksitasyon esnasında hasar görebilmektedir.
Peroksitasyona uğramış lipitlerin deney hayvanlarına enjeksiyonu kalp hasarına ve karaciğer yağlanmasına yol açar. Farelere linoleat hidroperoksit verilmesi Lenfoid doku hasarı yapmıştır. Membranlardaki kolesterol lipit peroksitasyon esnasında oksitlenebilir ve bunun sonucu kolesterol- 7 - hidroperoksitler , epoksitler ve kolestandioller meydana gelebilir. Kolesterolün bu oksitasyon ürünlerinin hücre toksisitesindeki yeri çelişkili olup bunun sebebi de muhtemelen tek ürün yerine karışımların kullanılmasıdır.
3. Hidrojen Peroksit (HO)
HO, son derece güçlü bir oksitleyici ajan olmasına rağmen nispeten yavaş reaksiyon verir. (O2-).'nin dismutasyon reaksiyonuyla veya direk olarak oksijenin indirgenmesiyle meydana gelir. Dismutasyon reaksiyonu spontan olarak meydana gelebildiği gibi SOD enzimi aracılığıyla da katalize edilebilir. Kimyasal olarak radikal özelliği göstermese de ROT içinde bahsedilmektedir ve serbest radikal biyokimyasında önemli bir rol oynar. Bu şekilde oluşan H2O2 ortamdaki oksijen miktarının artmasıyla artar. Aynı zamanda serbest (O2-).'ne ihtiyaç duymadan bazı eroksizomal enzimler de bol miktarda H2O2 üretirler. Bunlar glikolat oksitaz, D-aminoasit oksitaz, ürat oksitaz, L-hidroksil asit oksitaz ve ya asiti açil-CoA oksitaz enzimleridir. Ancak peroksizorilarda katalaz aktivitesi de oldukça yüksek olduğu için sitozole geçen miktar bilinmemektedir. Karaciğerde H2O2'i yıkan etkili mekanizmalar varlığı nedeniyle üretilen H2O2 miktar devamlı 10-7-10-9 moVI oranında tutulur. Diğer hayvan hücrelerinde daha az etkili H2O2 yıkıcı mekanizmalar nedeniyle daha fazla H2O2 bulunur. Örneğin insan göz lensi 10-25 moVL H2O2 ihtiva ederken tavşan spermatozoalar ortama bol miktarda H2O2 verir. H2O2, fotosentez ve fagositoz esnasında da üretilir. H2O2 buhar insan solunum havasında da tespit edilmiştir .
H2O2 oluştuktan sonra ya direkt olarak oksitatif hasar yapabilir veya (O2-). gibi daha reaktif serbest radikal oluşturarak hasara yol açabilir. H2O2 zayıf oksitan bir ajandır ve kendisinin oluşturduğu hasar protein tiyollerini oksitleme ve DNA 'da zincir kırılmalar meydana getirme yeteneği nedeniyledir. Bu yolla glikolitik yolak enzimlerinden olan gliseraldehit-3- fosfat dehidrojenaz enzimini (GAPDH) inaktive eder. Yüksek dozda H2O2'e maruziyet glikolizin inhibisyonu nedeniyle A TP boşalmasına yol açar
H2O2 bu etkisini ya dorudan GAPDH üzerine atak yaparak GAPDH enzimi kofaktörü olan nikotinamid adenin dinükleotid (NAD) seviyesinde azalma ya da hücrelerde pH değişikliği yaparak gösterir. NAD seviyesindeki düşme, poli-(ADP-riboz) polimeraz içeren hücrelerde önemlidir. H2O2'e maruziyet p(O2-)imeraz aktive eder ve polmerazm substrat olan NAD tüketilir. ATP'nin ikinci sentez yola olan mitokondriyal oksitatif fosforilasyon, oksitanlardan özellikle de H2O2'den etkilenmektedir. Yüksek konsantrasyonlarda (100-300 .M) H2O2 net mitokondriyal ATP sentezinde artış yapmıştır. Bununla beraber aynı dozda veya daha yüksek H2O2, ATP sentetaz aktivitesini düşürmüştür. H2O2'e maruziyetle saniyeler içinde DNA zincir kırılmalarının meydana geldiği gösterilmiştir, ortamdan H2O2'in uzaklaştırılmasıyla büyük oranda DNA kırılması tamir edilmiştir. H2O2 hücre membranın geçebildiği için DNA hasar yapma riski fazladır ve sitoplazmadaki katalaz enziminin inhibisyonu hasar artmıştır. insan periferal lenfositlerinde yapılan çalışmada bu hücrelerin bazı oksitanlar ürettiği ve DNA zinciri kırılması yaptığı gösterilmiştir. Ortama katalaz ilavesiyle DNA hasar tamamen önlenebilirse de SOD ilavesiyle bu hasar önlenememiştir. Böylece de H2O2'in DNA kırılmalarına sebep olan başlıca oksitan olduğu ortaya konulmuş olmaktadır. H2O2, piruvat gibi bazı ketoasitleri nonenzimatik olarak oksitler. Bu etkiler H2O2'in verdiği reaksiyonun yavaş olması nedeniyle hafif geçebilir. H2O2, yüksek konsantrasyonlarda dezenfektan olarak kullanılır. Bazı bakteriler buna çok duyarlıdırlar. Genelde düşük konsantrasyonlarda (.M düzeyde) platelet agregasyonunu inhibe ederken, yüksek konsantrasyonda (mM düzeyde) uyarıcı etki gösterir.
(O2-). hücre membranlarından geçmez halbuki H2O2hücre membranların kolaylıkla geçer. H2O2, hücre içinde Fe+2 ile reaksiyon vererek son derece güçlü oksitan olan HO. oluşur, bu reaksiyon Fenton reaksiyonu (10 nolu reaksiyon) olarak bilinir. Yine H2O2, 02-. ile reaksiyon vererek de HO. oluşturur ki bu reaksiyon Haber-Weiss reaksiyonu olarak bilinir Böylece H2O2'in toksik etkisinin orijininde, oluşan bu HO. yatmaktadır ve hücre toksisitesinin temelinde yatan lipit peroksitasyonu başlatır. H2O2'in bakteri sporların öldürmesinin ortamdaki geçiş metal iyonu konsantrasyonuna bağlı olduğu ortaya konulmuştur. Staphylococcus aureus hücrelerinin H2O2 ile öldürülmesi yüksek demir içerikli ortamda daha fazla olmuştur. Yine plazma örneğin Fe+2 ve H2O2 ile birlikte inkübasyonuyla plazmada lipit peroksitasyon ürünlerinin arttığı gözlenmiştir.
H2O2 ve UV radyasyonuna birlikte maruziyet etkilenmeyi arttırır. Çünkü UV ışın H2O2'de homolitik fizyona yol açarak HO. oluşturur. H2O2 ile oluşturulan hasar katalaz ve GSH-Px enzimleri aracılığı ile önlenir.
4. Hipokloröz Asit (HOCI)
HOCI de radikal olmadığı halde ROT arasında yer almaktadır. HOCI fagositim hücrelerin bakterileri öldürmesinde önemli bir rol oynar. Aktive edilen monositler , nötrofiller , euzinofiller ve tüm makrofajlar (O2-). Üretirler . Radikal Üretimi fagositik hücrelerin bakterileri öldürmesinde çok önemlidir. Özellikle nötrofiller içerdikleri miyeloperoksitaz enzimi aracılığıyla (O2-).'nin dismutasyonuyla oluşan H2O2 molekülünü klorür iyonuyla birleştirerek güçlü bir antibakteriyel ajan olan HOCI'e dönüştürür.
Bu durum kronik granülomatozlu hastalarda şu şekilde açıklanmıştır: Kronik granülomatoz hastalığı doğuştan olan bir durumdur ve fagositlerinde (O2-). üreten sistem olan NADPH-oksitaz sistemi çalışmamaktadır. Bununla birlikte bu hastaların fagositleri bakterileri fagositoz yoluyla bünyelerine alabilmekte, fakat (O2-) üretilemediği, dolaysıyla da H2O2 ve HOCI yapılarındaki için bakteriler ölmemekte ve fagosit hücresi yıkıldığı zaman yaşayan bakteriler tekrar ortama salınmakta ve hasta devamlı enfeksiyonlara maruz kalmaktadır.
5. Singlet Oksijen (Singlet 02)
Oksijen molekülünün daha reaktif bir türü olan singlet 02'ler moleküler oksijenin enerji almasıyla meydana gelirler. Bunların delta ve sigma olmak üzere iki tipi vardır. Delta tipinde ternel haldeki moleküler oksijene göre 22.4 kcal'lik bir enerji varken, sigma tipinde 37.5 kcal'lik bir enerji vardır ve sigma tipi daha reaktiftir. sigma tipi daha reaktif olduğu için hızla delta tipine dönüşür. Bu yüzden biyolojik sisternlerde delta tipinden bahsedilir. Delta tipi bir radikal olmamasına rağmen bazı radikal reaksiyonlarında meydana gelebilir .Laboratuarda H2O2 ve soğuk alkali çözeltisi üzerinden klor gaz geçirilmesiyle oluşan hipoklorit iyonu (OCI) karşımından da singlet 02 üretilebilmektedir
Bu reaksiyon biyolojik olarak önemlidir. Zira HOCI bahsinde de anlatıldığı gibi, fagositik hücrelerde miyeloperoksitaz aracılığıyla biyolojik ortamlarda HOCI üretilmektedir
Singlet 02, yine laboratuarda fotosensitizasyon reaksiyonuyla üretilmektedir .Akridin turuncusu, metilen mavisi, bengal gülü ve toluidin mavisi gibi boya molekülleri ile riboflavin ve türevleri olan FAD ve FMN, klorofil a ve b, biluribin, retinal, porfirin gibi biyolojik moleküller üzerine belirli bir dalga boyunda şık gönderildiği zaman singlet 02 meydana gelmektedir .Böylece flavinler turuncu renklerini, klorofiller yeşil renklerini kaybederler .Yine flavin içeren proteinler ve here proteinleri bakımından zengin olan mitokondride de hasara yol açarlar .Örneğin katalaz gibi hern grubu içeren enzimler inhibe edilir .Göz retinası sürekli ve yoğun şekilde ışığa maruzdur ve retinada bulunan retinal pigmenti şa maruziyetle singlet 02 üretebilir ve gözde harabiyete yol açabilir.Çünkü retinal pigmentinin bulunduğu kısımda yüksek oranda doymamış lipitler mevcuttur ve singlet 02 bu lipitlere kolaylıkla atak yaparak hasar oluşturabilir .Singlet 021er , biyolojik olarak önemli proteinlerin ve metiyonin, triptofan, histidin veya sistein gibi aminoasitlerin kalıntılarıyla reaksiyon vererek önemli hasarlar oluşturur.
SERBEST RADİKALLERE KARŞI KORUYUCU SİSTEMLER
Canlı organizmada normal metabolizma sırasında ya da patolojik yolla ortaya çıkan serbest radikaller ve bunlara karşı koruyucu sistem olan antioksitan savunma sistemi arasındaki dengenin serbest radikaller lehine kayması ''oksitadif stres'' olarak adlandırılır. Normal fizyolojik şartlarda serbest radikal ürünleri ve peroksitler etkili antioksitan sistemler tarafndan dengelenir. Bu antioksitan moleküller serbest oksijen radikallerinin temizlenmesinde ve dolaysıyla oksitatif hasarın önlenmesinde oldukça önemlidirler.
Hücreler oksitatif hasara karşı enzimatik ve nonenzimatik olan antioksitan sistem ve moleküllerle korunurlar. Hücresel seviyede etkili olan enzimatik sistemler içinde birincil olan antioksitan enzimler arasında SOD, katalaz (CAT), GSH-Px ve selenyum bağımsız GSH-Px olan glutatyon S- transferaz (GST) bulunur. Bu birincil enzimlerden başka dolaylı olarak antioksitan sistem içinde yer alan glutatyon redüktaz (GR) ve G6PD enzimleri de vardır ve bunlara ikincil olan antioksitan enzimler denilmektedir.
Enzimatik olmayan küçük moleküllü antioksitanlar ise glutatyon, N- asetilsistein ve tiyoller gibi protein olmayan sülfidriller, vitamin C, A ve E, metallotiyonein ve daha başka moleküllerdir.
1. Enzimatik Olan Koruyucu Sistemler
a. Süperoksit Dismutaz (SOD) (EC 1.15.1.1)
Bakır Çinko içeren Süperoksit Dismutaz (CuZn SOD)
Mangan içeren Süperoksit Dismutaz (Mn SOD)
Demir içeren Süperoksit Dismutaz (Fe SOD)
b. Katalaz
c. Selenyum bağımlıGluttatyon peroksidaz(Se GSH Px)
d. Glutatyon redüktaz
e. Glutatyon S-transferazlar(GST)
2. Enzimatik Olmayan Koruyucu Sistemler
a. Glutatyon (GSH)
b. C Vitamini (Askorbik asit)
c. E vitamini
d. Karotenoidler
e. Ürik Asit
f. Deferokısamid (DFO)
g. Melatonin
h. Sistein: k. Haptoglobinler
i. Albumin
j. Seruloplazmin
k. Haptoglobinler
l. Transferrin ve Laktoferin
m. Bilirubin
n. Ferritin
o. Mannitol
p. Oksipurinol
r. Probukol
s. Butillenmiş hidroksi toluen, butillenmiş hidroksi anizol, propofol, tiyopalmitik asit
a. Glutatyon (GSH)
GSH'un H2O2 yıkan enzimler olan Se GSH-Px ve dehidıroaskorbat redüktaz enzimlerinin substratıdır. Bunlara ilaveten GSH, HO. ve singlet 02 temizleyicisidir. Bir çok hücrede yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Yüksek konsantrasyonda oksijene maruz kalarak inaktive olmuş bazı enzimleri rejenere edebilir. GSH yetersizliği hayvan hücrelerinde hemoliz gibi ciddi sonuçlar doğurur.
GSH, gliokısalaz, maleilasetoasetat izomeraz, prostoglandin endoperoksit izomeraz ve DDT (bir insektisit) dehidroklorinaz gibi değişik metabolizma, yolaklarımdaki enzimlerin kofaktörü olduğu gibi, tir(O2-)d hormon sentezinde de rol oynamaktadır .Kolesterol biyosentezinde hız kısıtlayıcı basamak olan hidroksimetil glutaril KoA redüktaz enziminin kofaktörüdür .Bazı moleküllerin hücre içerisinde taşınmasında aracılık eder .Memelilerde insülin degredasyonu yanında herbisid, pestisid ve diğer yabancı kimyasal maddelerin metabolizmasında rol oynar .Memelilere verilen birçok yabancı kimyasal madde karaciğerde metabolize edilerek merkaptürik asit haline dönüştürülür ve idrarla atılır .Bu olaydaki ilk basamak, yabancı kimyasal maddenin glutatyon S-transferaz enzimi katalizörlüğünde GSH ile konjugasyonudur (ªekil-l2).
Merkaptürik asite dönüştürülen bileşikler arasında kloroform, brombenzen, naftalen ve parasetamol vardır .Bu bileşiklere maruziyet karaciğerdeki GSH konsantrasyonunu azaltır, böylece karaciğerin H2O2 ve diğer oksijen radikallerine karşı korunma yeteneği azalır. Bir doku fazla miktarda H2O2 ve/veya HO.'ne maruz kalırsa GSH/GSSG oran düşer ve GSSG birikir. Biriken GSSG bazı enzimlerin inaktivasyonu yanında aynı zamanda protein sentezini de inhibe eder
b. C Vitamini (Askorbik asit): C vitamini kapalı formülü C6HgO6 olan bir ketolaktondur. Suda eriyen vitaminlerden olan askorbik asit özellikle yeşil renkli taze sebze, meyve ve turunçgillerde bol miktarda bulunur. ince barsaklardan kolayca emilir. Isıtılmaya dayanıksız olup dondurulmaya ise dayanıklıdır .Plazma konsantrasyonu 0.5-1.5 mg/dl kadardır (54)
C vitamini organizmada birçok hidroksilasyon reaksiyonlarında:91 indirgeyici ajan olarak görev yapar. Çok güçlü bir indirgeyici ajan olan askorbik asit, semihidroaskorbat radikal ara ürünü üzerinden kolaylıkla dehidroaskorbik aste oksite olur. Güçlü indirgeyici aktivitesinden dolay aynı zamanda güçlü bir antioksitandır. O-. ve HO. ile kolayca reaksiyona girerek onlar temizler. Semidehidroaskorbat da antokstan etki gösterir. Tokoferoksil radikalinin <I-TOKOFEROLE
C vitamininin diğer özelliği antioksitan etkisi yanında oksitan etki de göstermesidir. Çünkü C vitamin Fe+3,ü Fe+2,ye indirgeyen O-. dışındaki tek hücresel ajandır. Bu yolla askorbat ya proteine bağlı Fe+3,ü uzaklaştırarak, ya da do~"udan Fe+3,ü indirgeyerek Fenton reaksiyonunda H2O2 ile etkileşmeye uygun olan Fe+2,ye dönüştürür. Yani O-. üretimine katkıda bulunur. Bu özelliğinden dolay C vitamini serbest radikal reaksiyonlarının önemli bir katalisti veya bir pro-oksitan olarak değerlendirilir (46 nolu reaksiyon) (4,23,150).
C vitamininin Fe +3 ile dorudan reaksiyonunda C vitamini radikali (dehdroaskorbat radikal anyonu, vitamin C de meydana gelir. Bu şekilde meydana gelen C vitamini radikali çok reaktif değildir. Ya NADH redüktaz tarafndan indirgenir ya da iki proton alarak serbest radikal reaksiyonlarının ilerlemesini durdurur
Ancak aynı radikal başka bir Fe+3,ü indirgeyerek kendisi .dehidroaskorbata dönüşürken bu arada yine Fenton reaksiyonu için gerekli olan Fe+2,yi aça çıkarabilir
Bunlardan başka C vitamininin oksitasyonunda dorudan H2O2 de meydana gelebilir
Böylece c vitamini tarafndan hem H2O2, hem de Fe+2 sentezi Fenton reaksiyonuna yani radikal üretimine katkıda bulunur. Ancak bu tip etkisinin sadece düşük konsantrasyonlarda (0.2 mM'dan az) görüldüğü, daha yüksek konsantrasyonlarda ise güçlü bir antioksitan olarak etkidiği kaydedilmiştir
Oksitadif stres sırasında reaktif moleküIIer çevreye yayılarak mutasyonlara, hücre hasarına, inflamasyona, koruyucu enzimlerin inaktivasyonuna ve lenfosit proliferasyonunun inhibisyonuna sebep olurlar. C vitamini reaktif bakterisidal moleküllerinin hücre içi konsantrasyonlarında azalmaya sebep olmadan oksitatif parçalanma ürünlerinin zarar verici etkilerini engeller. Askorbik asit düzeyinin düşük olması tüm kronik inflamatuar hastalıklarda ve lipit peroksitasyonun arttığı durumlarda önemli rol oynar. Diyetle C vitamini alınımının akut sigara içimi ile oluşan düşük dansiteli Iipoprotein (LDL) oksitasyonunu azalttığı tespit edilmiştir. Kronik intlamasyonlarda vitamin katabolizması artmıştır. çünkü normal metabolizma sürekli oksitatif stres altındadır .n vivo olarak GSH askorbatın indirgenmiş durumunu sürdürmek için gereklidir.
C vitamini çoğu dokuda ve plazmada askorbat şeklinde bulunur. Dehidroaskorbat, fizyolojik pH' da ya GSH ile, ya da enzimatik olarak glutatyon-dehidroaskorbat oksitoredüktaz tarafndan askorbata indirgenir.
Memelilerde C vitamini ve glukoz fizyolojisi birbiriyle ilişkilidir. insan hücreleri dehidroaskorbat alp, hemen askorbata indirgerler. D-glukoz ve D- glukoz analoglan eritrositler ve lökositler tarafından dehidroaskorbat alınımının yanaşmalı olarak inhibe ederler. Diyabetli kişilerde diyabetli olmayanlara göre lökositlerin dehidroaskorbat alınımının hızlanması daha yavaştır. Bundan dolay, bu hücrelerde dehidroaskorbat transportunun muhtemelen D-glukozun membran difiizyonunu sağlayan aynı taşıyıcılar vastasıyla oldu,u düşünülmektedir . insülin miktarındaki akut artışların askorbik asitin lökosit içine aktif transportunu in vitro olarak stimüle ettiği görülmüştür. Doku askorbat eksikliğinin diyabetes mellitusta doku patolojisini arttırdığı ve bu yüzden fazla miktarda C vitamini alınması gerektiği ileri sürülmüştür
c: E vitamini: E vitamini tokoferol yapısında olup ilk olarak 1922 yılında izole edilmiştir ve a, 13, y ve Ö olarak adlandırılan dört tokoferol karşımdır. (X- tokoferol doğal dağılımı en geniş ve biyolojik aktivitesi en fazla olandır. Antioksitan etkisi en fazla olan a-tokoferoldür. Yapısında bulunan fenolik hidroksil gruplu aromatik halka vitaminin kimyasal olarak aktif kısmının alfaTokoferol dokularda değişik konsantrasyonlarda bulunur. En yüksek vitamin E konsantrasyonlar mitokondri ve mikrozomlar gibi membrandan zengin hücre kısımlarında bulunur. Miyokard membranlarındaki miktar da fazladır. Bitkisel yağar ve tohumlar zengin E vitamini kaynaklıdır, en çok yer fıstığı, badem, pamuk ya ve keten tohumunda, eser miktarda da zeytin yanda bulunur.
Diyetle yada çözünmüş olarak alınır, ya sindirimi sırasında aça çıkar ve emilir. Herhangi bir taşıyıcı protein olmadan pasif diffüzyonla emilir. E vitamininin en önemli depolanma yeri ya dokusu olup plazma konsantrasyonu 0.5-1.8 mg/dl arasındadır .
Çok güçlü bir antioksitan olan E vitamini hücre membran fosfolipitlerinde bulunan çoklu doymamış yağ asitlerini serbest radikal etkisinden koruyan ilk savunma elemandır. Bir molekül E vitamini : molekül ya asiti peroksitasyonunu engelleyebilir. E vitamini 02., H singlet 02, lipit peroksi radikallerini ve diğer radikalleri temizler. Tokoferol etanol, karbon tetraklorür, dikuat, parasetamol, kalsiyum boşalması ve diğer uyarcılarla oluşan hepatosit lipit peroksitasyonu inhibe eder.
GSH-Px ile E vitamini birbirlerini tamamlayıcı bir antioksitan t gösterirler. GSH-Px, teşekkül etmiş olan peroksitleri ortadan kaldırırken vitamini peroksitlerin sentezini engeller. E vitamini Se+2 metabolizmasında da önemli rol oynar. Se+2, E vitamini ve lipitlerin emcilimi için gereklidir. Ayrıca vitamin Enin lipoproteir içinde tutulmasına yardımcı olur. E vitamini ise Se+2,un organizma( kaybını önleyerek veya onu aktif halde tutarak Se+2 ihtiyacını azaltır.
E vitamini, lipit peroksi radikallerini (LOO.) yıkarak lipit peroksitas) zincir reaksiyonları sonlandırılmadan zincir kırıcı bir antioksitan olarak bilinir (50 nolu reaksiyon)
Sonuçta oluşan tokoferoksil radikali ( a-tokoferol-O") stabildir ve kendi kendine lipit peroksitasyon başlatmak için yeterince reaktif değildir. oksitasyon ürünü glukuronik asitle konjugasyona uğrayarak safra yolu atılır.
E vitamini oksite olduktan sonra ve parçalanmadan önce askorbik asit GSH tarafndan yeniden indirgenebilmektedir
E ve C vitamini verilmesinin yaşlı kişilerde ortalama kan lipit peroksit konsantrasyonlarında bir azalmaya neden olduğu gösterilmiştir
Deneysel olarak oluşturulan beyin iskemisinde E vitamini miktarınım azaldığı, reperfüzyonda ise dışardan verilen E vitamininin peroksitatif hasar önlemede yardımcı olduğu gösterilmiştir
Serbest radikallerin kanserin başlamasında rol aldığı ve E vitamini ile diğer antioksitanların antikanserojen etki göstererek kanserin yayılmasını ve tümörün gelişmesini önlediği bildirilmiştir
E vitamininin insan granülositlerinde NADPH oksitoredüktaz enzim sisteminin selektif bir inhibitörü olarak görev yapabileceği bildirilmiştir .Bu bulgu, yoğun E vitamini alınımının takiben enfeksiyonların arttığını gösteren çalışmalarla desteklenmektedir.
E vitamini verilmesinin sıçanlarda ve diyabetik hastalarda hemoglobin glikozilasyonunu azalttığı bildirilmiştir. E vitamini düzeylerinin plazma kolesterolü ve apolipoprotein B ihtiva eden lipoproteinler ve özellikle de LDL kolesterol düzeyi ile pozitif bir korelasyon gösterdiği de tespit edilmiştir
d. Karotenoidler: L A vitamininin metabolik ön maddesi olan f3-karoten, bitkilerdeki kloroplast membranının bir bileşenidir. Son derece güçlü singlet 02 temizleyicisi olup ayrıca HO., peroksi ve alkoksi radikalleriyle de dorudan reaksiyon vererek lipit peroksitasyon zincir reaksiyonunu önleyebilir. Karotenoidlerinsan barsamdan absorbe edilirler ve vücutta antioksitan olarak etki gösterirler. Örneğin yüksek dozlarda f3-karoten anormal porfirin birikimi olan hastalarda şa duyarlılığını azaltırken yüksek dozda insanlarda kanser gelişimini önleyebilir .Kloroplastlardaki karotenoidler, karotenler ve kısantofiller olmak üzere başlıca iki tiptirler. Karotenoidlerşa maruz , kaldıklarımda derhal parçalanırlar.
e. Ürik Asit: insan dokular ürat oksitaz içermez, bu yüzden purin metabolizmasında son ürün olarak oluşan ürik asit birikir. Ürik asit insan plazmasında 0.25-0.45 mM konsantrasyonda bulunur .Ürik asit, singlet 02, peroksil radikalleri {R(O2-)), HO., ozon ve HOCI için güçlü bir temizleyicidir ve in vivo antioksitan olarak kabul edilmektedir. Japon araştırmacılar lipit peroksitasyonun ürik asitle önlendiğini bildirmişlerdir.
Ürik asitin HO. ile reaksiyonunda karbon merkezli radikaller ve bunların da oksijenle reaksiyonuyla ürat peroksil radikalleri meydana gelmektedir
Ürattan türeyen radikaller HO.'inden daha az reaktif olsalar da tam olarak zararsız kabul edilemezler. Örneğin bu radikaller alkol dehidrojenaz ve insan a-antiproteinaz enzimlerini inhibe ederler
f. Deferokısamid (DFO)
Demir iyonunun serbest radikal reaksiyonlarında önemli rolünün olduğu II.D.2.b. bölümünde bahsedilmişti. Buradan hareketle teorik olarak metal şelatörleri kullanılmasının bu reaksiyonlar durdurabilmesi muhtemeldir ..Bu yüzden DFO ile birçok çalışma yapılmış ve etkinliğinin olduğu bulunmuştur. Bu şelatör ajan başlıca demir için spesifiktir , ancak çok az miktarda diğer metalleri de bağlayabilir. DFO, Fe+3,ü bağlar ve oluşan kompleksteki demiri indirgemek SOD derece zordur. 02-. veya peroksitlerle yavaş reaksiyon verir ve nispeten stabil olan nitroksit radikalini verir. Bir çok sistemde ise lipit peroksitasyonu önlemektedir. Demir bağımlılığı olan H2O2'den HO. oluşumunu inhibe eder .Fe +2 solüsyonlarının oksitasyonunu arttırır ve sonuçta oluşan Fe+3 ile birleşir. Peroksil radikalleri için de iyi bir temizleyicidir. Karbon tetraklorürle olan karaciğer harabiyetini demir bağımlılığı lipit peroksitasyon dekompozisyonunu inhibe ederek azaltır .Antienflamatuar etkinlik gösterir , allokısan ve paraquat'ın hayvanlardaki serbest radikal aracılıklı toksik etkilerini inhibe eder .Kalp, böbrek, barsak ve deride iskemi sonrası reoksijenasyon hasarı, oluşan HO.'ini temizleyerek önlemektedir.
g. Melatonin: Melatonin, HO.'ni temizleyen güçlü bir antioksitandır. Günümüze kadar bilinen antioksitanların en güçlüsü olarak kabul edilmektedir. Melatonin, HO. ile reaksiyona girdikten sonra bir indolilkatyon radikaline dönüşür ki, bu da ortamdaki (O2-).'ni tutarak antioksitan aktivite gösterir. Safrol'ün serbest radikal oluşturarak DNA hasar meydana getirmesi melatonin tarafndan önlenir. Lipofilik bir madde olduğu için kan-beyin bariyeri de dahil bir çok kompartmana girerek geniş bir antioksitan aktivite gösterir ki, bu özellik diğer antioksitanlara karşı bir üstünlüktür .Melatoninin diğer bazı antioksitanlar gibi prooksitan etkisi yoktur .Y aşlanma ile birlikte melatonin de azaldığı için yaşlanma ve yaşlanmaya bağlı bazı hastalıkların patojenezinde önemli rolü olabileceği bildirilmiştir. Sonuç olarak melatoninin klinik açıdan etkili bir antioksitan ve dolaysıyla antikanserojen olduğuna inanılmaktadır.
h. Sistein: 02-. ve HO. temizleyicisidir.
ı Albumin: Plazma proteinlerinden olan albumin bakır iyonların sık olarak bağlar ve bakır bağımlı lipit peroksitasyonunu ve HO. oluşumunu inhibe eder. Plazmada 40-60 mg/ml gibi yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Albumine bağlı bakır bazı oksitan oluşumlarda bulunabilirse de oluşan radikaller biyolojik olarak önemsizdir. Albumin aynı zamanda etkin bir HOCI temizleyicisidir , kanda serbest ya asitlerini taşır ve safra pigmentlerinden olan bilirubini bağlar. Bu bağlı bilirubinin antioksitan etki gösterdiği bildirilmiştir (54,92).
j. Seruloplazmin: Bakır içeren protein olan seruloplazmin Fe+2,yi, Fe+3,e yükseltmeyerek Fenton reaksiyonunu ve böylece serbest radikal oluşumunu inhibe eder. Demir ve bakır bağımlı lipit peroksitasyonu inhibe eder. insan plazmasının antioksitan aktivitesinin önemli bir kısım seruloplazmin nedeniyledir. Bu bir akut faz proteini olup insan vücudu enfeksiyonlar, inflamasyon veya immun siste{ü aracılıklı hastalıklara karşı akut faz cevaplar verir. Bu cevaplar arasında ateş, karaciğerde akut faz proteinleri denilen bir dizi proteinlerin sentezinin artması, albumin sentezinde azalma, plazma demir ve çinkosunda azalma ve negatif azot dengesi vardır .Akut faz cevabının bazı özellikleri ölçülebilmektedir .Akut faz proteinlerin fonksiyonu tam bilinmiyorsa da seruloplazmin ve haptoglobindeki bir artış hücre hasarına karşı antioksitan cevaptaki artışın bir göstergesi olabilir.
k. Haptoglobinler: Hemoglobin, gerek dekompozisyonla ortama demir vererek, gerekse dorudan peroksitlerle etkileşerek lipit peroksitasyonu stimüle edebilmektedir. İzole edilmiş ''hem'' proteini güçlü bir peroksitasyon stimulatörudur .Plazma, haptoglobin adlı hemoglobin bağlayan protein ve ''hem'' bağlayan hemopeksin adlı proteinleri içerir. Haptoglobinlere hemoglobin bağlanması veya hemopeksinlere ''hem'' bağlanması bu demir bileşiklerinin lipit peroksitasyon stimulasyonunu önlemektedir.
l. Transferrin ve Laktoferin: Normal insan plazmasında bulunan bir proteindir. Demir iyonların bağlayarak serbest demir miktarını azaltır. Transferrine bağlı olan demir HO. oluşumunda rol oynamaz ve böylece lipit peroksitasyonu önlenmiş olur . Fagositik hücrelerden salınan laktoferrin adlı protein de aynı mekanizmayla antioksitan etki gösterir (53).
m. Bilirubin: ''Hem'' katabolizması sonucu oluşan bir safra pigmenti olan bilirubin albumine bağlı olarak bulunur ve taşınır .Albumine bağlı yağ asitlerini peroksitasyona karşı korur.
n. Ferritin: Dokulardaki demiri bağlayarak serbest radikal reaksiyonlarında yer almasını engellerler.
0. Mannitol:Küçük molekül artıklı bu molekülün HO. temizleyebileceği bildirilmiştir, fakat lipit peroksitasyonu önleyememesi koruyucu rolü hakkında soru işaretlerine neden olmaktadır
p. Oksipurinol:Allopurinol metaboliti olup dorudan HO. ve HOCl radikallerini azaltıcı etki gösterir.
r. Probukol:Probukol, kan kolesterolünü düşürmede kullanılan bir ilaç olup güçlü bir antioksitan etkinliği vardır. Bu etkisi muhtemelen yapısının bazı fenolik antioksitanlara benzemesi nedeniyledir. Amerikalı ve Japon bilim adamlarınca yapılan çalışmalarla bu ilacını anti-aterojenik etkisinin kolesterol düşürücü etkisinden daha fazla olduğu bulunmuştur .Bu etkisinin de arteriyel duvarda antioksitan etkinliğiyle LDL 'deki oksitatif değişimleri önleyerek yaptığı bildirilmiştir
s. Butillenmiş Hidroksi Toluen, Butillenmiş Hidroksi Anizol, Propofol, Tiyopalmitik Asit: Radikal temizleyici özellikleri vardır.
SERBEST RADİKALLER VE HASTALIKLAR
Serbest radikaller birçok patobiyolojik olaylarda rol oynamaktadır. Pulmoner oksijen toksisitesi, iskemi sonrası reperfiizyon hasarı, iltihabi hastalıklar, otoimmun hastalıkları, kanser, radyasyon hasar, göz rahatsızlıklar, yaşlanma, Alzheimer's hastalığı, diyabet, hemolitik hastalıklar, malarya ve bir çok kimyasal maddenin (parasetamol, parakuat, karbon tetraklorür , bleomisin, fenilhidrazin, adriyamisin v.s.) toksisite göstermesinde serbest radikallerin etkili olabileceği bildirilmiştir. Canlı organizmada serbest radikal hasarına hedef olan yapılar tabloda verilmiştir.
Hedef yapı Hasar Sonuç
DNA/RNA Deoksiriboz halkasıyarılması baz hasarı, zincir kırılması Muasyonlar, translasyonel, hatalar protein sentezi inhibisyonu
Protein Agregasyon ve çapraz bağlanma, parçalanma ve kırılma tiyol grupları modifikasyonu İyon transportunun değişmesi, hücre içine kalsiyum girişi, artışı, enzim aktivitelerinde değişmeler
Çoklu doymamış yağ asitleri lipit peroksitasyon ürünleri olan MDA ve 4- hidroksi- 2,3-trans nonenal oluşumu lipit akışkanlığının değişmesi, membran permeabilitesinde değişme membrana balğlı olan enzirmlerin etkilenmesi,
1. Demir Aracılıklı Oksitatif Hasarın Etkileri
Fazla demir sağlıklı organizmada bile toksik olabilir. İskemik zedelenme veya inflamasyonla ilişkili oksitatif stres varlığında, toksisite yukarda tanımlanan mekanizmalarla hasar ortaya çıkar. Demir yüklenmiş hayvanların kalpleri normal hayvanların kalplerine göre iskemi-reperfiizyona maruz kaldığında belirgin olarak daha fazla hasara uğrar. Postiskemik reperfiizyon, kardiyak fonksiyonlar önemli oranda değiştirir. Bu olayda en önemli mediatör oksijen radikalleri ve nötrofillerdir. Akımın yeniden sağlanması ile oluşan büyük miktarda oksijen radikalleri hücresel savunma sistemini bozar ve oksitatif hasarı arttırır, proinflamatuar mediatörlerin ve direkt olarak doku hasarına yol açan litik enzimlerin salınmasına neden olur. Nötrofiller kapillerleri tıkayarak akımı mekanik olarak da bloke eder. Oksitanlar, NO oluşumu, PAF (platelet agrage edici faktör) metabolizması, doku faktörü sentezi ve adezyon moleküllerine maruz kalma gibi doku hasarına yol açan çeşitli olayları da düzenler. Hidroksil radikalleri endoplazmik retikulum Ca+2 ATP-az enzimini inhibe ederek miyokard kasılma ve gevşemesinde bozulmaya neden olur. Bir beta bloker olan carvedilol kısmen hidroksil radikali oluşumuna bağlı kasılma bozukluğunu önleyebilmektedir.
Reperfiizyon hasarı kreatin fosfokinaz gibi önemli enzimlerin salınması, lipit peroksitasyonu, konjuge olmuş diğer ürünlerinin ortaya çıkması veya kontraktilite kaybı gibi çeşitli şekillerde ortaya çıkabilir. İskemi-reperfizyon olayı demirin metabolize olmasına veya yeniden dağılımına neden olabilir. Desferoksaminin koruyucu etki göstermesi reperfiizyon sırasında serbestleştirilmiş demirin aktif rolü olduğunu gösterir. Güçlü bir demir şelatörü olan bu molekül F+2,den daha çok Fe+3 için güçlü afiniteye sahiptir ve bu nedenle demirin indirgenmesinde ve kimyasal reaksiyonlara katılmasının engellemesinde yararlı olabilir.
2. Oksitatif Stres, Demir Metabolizması ve Karsinogenez
Demir yukarda belirtilmiş olan bir çok mekanizmalar vastasıyla oksitatif stres aracılıklı hasarı hızlandırabilir. Demir ve süperoksitin DNA hasarına ilave olarak lipit peroksitasyonunu da başlattır. Bakteriler geri dönüşümlü olarak demir bağlayabilen ve organizmada demir durumunun göstergesi olarak kabul edilen ''ferrik emilmeyi düzenleyen protein (FuR)'' üretirler.
FuR genindeki mutasyonlar, letal mutasyonları da içeren DNA hasarı, oksitatif stres ve aşırı demir birikimine neden olan demir emilmesinde yapısal değişikliğe yol açar. Bu mutantlarda SOD'ın aşırı ekspresyonu kısmi bir koruma sağlar.
Memeli hücrelerinde demir emilimi ve dağılımı ''demir-responsive element bağlayan protein (İRE-BP)'' olarak adlandırılan bir protein tarafından kontrol edilir. Demir az olduğunda İRE-BP demirin tutamaz ve aktif RNA bağlayan protein haine dönüşür ve ferritin mRNA 'ya bağlanır. Bu durumda translasyon engellenir ve böylece hücrenin bu depolayıcı proteini üretmesi azalır. Aynı zamanda RNA bağlayıcı protein transferrin reseptör için mRNA 'ya bağlanarak transkripsiyonu düzenler ve böylece transferrin reseptörü üretimini önler. Çünkü artmış reseptör molekülü sayısı hücrenin demir emilimini arttırır.
İRE-BP’ de bulunan demir-sülfür kümesi sadece demirin varlığında değil, aynı zamanda hidrojen peroksit gibi hücre oksitanlarına maruz kalmaya da duyarlıdır. İRE-BP ile süperoksit arasındaki karşılıklı etkileşime ait bilgi yoktur, fakat süperoksitin akonitazı inaktive ettiği bilinir.
Demir-sülfür kümesi dağılmamışsa protein akonitaz aktivitesine sahiptir. Eğer demir-sülfür kümesi dağılmışsa bir RNA bağlayan protein (İRE-BP) oluşur. Süperoksitin hücresel aşırı üretimi veya SOD'ın yetersiz üretimi, önce emilimde artışa, daha sonra da demir depolarında azalmaya neden olan İRE- BP aktivasyonuna neden olabilir.
Süperoksit radikali direkt olarak DNA ile etkileşmez. DNA hasarın hem süperoksit, hem de redoks aktif Fe+2, nin varlığında ortaya çıktığı düşünülür. Karsinogenez iki durumda daha etkin bir şekilde ortaya çıkar ki, bunlar;
1) Süperoksitin üretiminde artma ve temizlenmesinde azalma
2) Artmış hücresel uptake, azalmış depo ve süperoksit artışına sekonder redoks-aktif demir miktarında artma durumlardır .
Hem demir, hem de oksitatif stresin mutajenez ve karsinojenez ile olan ilişkileri kanıtlanmıştır. Kronk inflamasyonda süperoksit üreten çok fazla sayıda aktive olmuş nötrofil ve makrofaj birikimi söz konusudur. Diğer taraftan kronik inflamasyon sıklıkla kansere yol açar ki, bunun bir örneğin kronik inflamatuar barsak hastalığı olanlarda kolon kanseri gelişme riskinin yüksek olmasıdır.
3.Demir, Serbest Radikaller ve Yaşla İlişkili Hastalıklar
Demir metabolizmasının ilginç yönü, insanların demirin emilmesi için spesifik bir mekanizmaya sahip olmalarına rağmen, fazla demiri elimine etmek için bir mekanizmaya sahip olmaması gerçeğidir . Gerçekten kan kaybı vücudun demir kaybetmesinin tek yoludur.
İnsanlar üzerindeki klinik bilgiler yüksek demir depolarının birçok hastalıkta riski artığı ile birlikte olduğunu göstermektedir . Kalp hastalığı olanlarda artmış depo demiri düzeyleri bir risk faktörü olarak kabul edilmektedir . Küçük hücreli akciğer kanseri olan ve tanı sırasında düşük serum ferritin düzeyine sahip olan hastaların sürvileri ferritini yüksek olanlara göre daha uzundur. Oksitatif stresin neredeyse tüm hastalıkların patogenezinde önemli rol oynadığı düşünülür. Demir depoları yaşla birlikte arttığı için hastalığına bağlı hasarın gençlere göre yaşlılarda daha fazla olması beklenebilir .
4. Serbest Radikaller ve Nörodejeneratif Hastalıklar
Parkinson hastalığının patogenezinde demirin rolü önemlidir. Hastaların substansia nigrasının pars kompakta bölgesinde demir düzeyleri artmış olarak bulunmuşsa da, mekanizması bilinmemektedir. Parkinson hastalığında, demir birikiminin predispozon faktör olduğu sanılmaktadır. Substansia nigra, monoamin oksitaz yoluyla hidrojen peroksit oluşturan dopamin oksitasyonunun artmasına bağlı olarak daha kolay zedelenebilir. Oksitatif stres nigral hücre ölümüyle ilişkilidir ve parkinsonlu hastaların substansia nigra'sında lipit peroksitasyonunun artmış olduğu gösterilmiştir.
