Adaptace organismů na kyslík r \/ r PRVNÍ zive organismy Anaerobní Adaptace Smrt Únik do anaerobního prostředí Adaptace organismů na kyslík • antioxidační obranné mechanismy • enzymy využívající kyslík a transportní řetězce elektronů • účinnější oxidace složek potravy, vytvářející více energie na jednotku hmoty potravy Prooxidanty Oxidatívni stres Antioxidanty 1 1 /\ Antioxidační obranné mechanismy Antioxidant = jakákoliv látka, která oddaluje nebo inhibuje oxidatívni poškození cílové molekuly Látka, označovaná jako antioxidant by měla splňovat následující kritéria: - musí mít schopnost reagovat s biologicky odpovídajícími oxidanty a radikály - produkt odvozený z její reakce s radikálem musí být fyziologicky méně nebezpečný než odstraněný radikál - musí být přítomna v dostatečně vysoké koncentraci alespoň v určitých tkáních, aby mohla zajistit kvantitativně odpovídající úroveň reakce Antioxidační obranné mechanismy Primární antioxidanty: Prevence tvorby volných radikálů Sekundární antioxidanty: Vychytávání a odstranění vytvořených volných radikálů Terciární antioxidanty: Náprava oxidativního poškození makromolekul Primární antioxidanty Pevence tvorby volných radikálů: • Vyvázání iontů přechodných kovů - transferrin (Fe) - lactoferrin (Fe) - haptoglobin (haemoglobin) - hemopexin (heme) - ceruloplasmin (Cu) - albumin (Cu) • Regulace aktivity enzymů Sekundární antioxidanty Sekundární antioxidanty: • Kompartmentalizace volných radikálů • Vychytávače volných radikálů - Antioxidační enzymy (SOD, kataláza, glutathion peroxidáza a glutathion reduktáza) - Chain-breaking antioxidanty (vitamin C, kyselina močová, SH skupiny, vitamin E aj.) Sekundární antioxidanty Superoxid dismutáza SOD Výskyt u organismů Subbuněčná lokalizace u člověka Cu,Zn-SOD Téměř všichni aerobní eukaryonti, některé bakterie Cytosol, jádro, snad peroxisomy Mn-SOD Mnohé bakterie, většina aerobních eukaryontů Mitochondrie, někdy též v cytosolu Fe-SOD Mnohé bakterie, některé vyšší rostliny U člověka není přítomna Sekundární antioxidanty Superoxid dismutáza 202- + 2H+ -> H202 + 02 Enzym-Cu2+ + 02*~ —> Enzym-Cu+ + 02 Enzym-Cu+ + 02#" + 2H+ -> Enzym-Cu2+ + H202 tato reakce probíhá při pH 7.4 pomalu SOD ji zrychlují 10 OOOx. Sekundární antioxidanty Kataláza 2H202 -> 2H20 + 02 H202 + ROOH -> H20 + ROH + 02 kataláza-Fe3+ + H202 —> compound-I + H20 compound-I + H202 —> kataláza-Fe3+ + H20+ 02 - aktivní místa: železo vázáno na hem - peroxisomy (ale i v mitochondriích). - jeden z nejaktivnějších známých enzymů Sekundární antioxidanty Peroxidázy SH2 + H202 -> S + 2H20 • 'nespecifické' peroxidázy (oxidují velice širokou škálu molekul) - křenová peroxidáza - peroxidázy z dělohy a žaludku • specifické peroxidáza - glutathion peroxidáza Sekundární antioxidanty Glutathion peroxidáza 2GSH + ILO. -> GSSG + 2H.O Glutathion reduktáza GSSG + NADPH + H+ -> NADP+ + 2GSH Sekundární antioxidanty Glutathion glu f) o o 2x cys f > SH —► Q— s s -o giy C ) o o 2 GSH + ROOH -> GSSG + H20 + ROH Sekundární antioxidanty ionty přechodných kovů R-OOH ROH^. kataláza ~~ H20 + 02 R R-SG t glutathion- S-transferáza NADP toxicita glutathion peroxidáza t glutathion reduktáza glukózo-6-P dehydrogenáza ^ GSSG NADPH H20 Sekundární antioxidanty Chain breaking antioxidanty R(L)00* + AH-----> R(L)OOH + A* R(L)00* + A*-----> inactive products Antioxidanty rozpustné ve vodě: - SH-skupiny - kyselina močová - kyselina askorbová - bilirubin Antioxidanty rozpustné v tucích: - oc-tokoferol - ubiquinol-10 - melatonin Sekundární antioxidanty Thioly a disulfidy • Glutathion - vysoká koncentrace ve všech savčích buňkách (1-10 mmol/1) - jeden z nejvýznamnějších redoxních purrů buněk - odstraňuje RMK - udržuje v redukované formě sulfhydrylové skupiny proteinů - regeneruje askorbát a tokoferol • Albumin • Homocystein • Kyselina lipoová Sekundární antioxidanty Kyselina močová konečný produkt odbourávání purinů u primátů nejhojnější antioxidant plazmy 90% se reabsorbuje v ledvinových tubulech NH H + NH — o - +R- O^ NH wn / C — O + RH -ŕ^ ^^NH O^ NH Nti / Sekundární antioxidanty Kyselina askorbová - kofaktor enzymů při syntéze kolagenu a při přeměně dopaminu na noradrenalin - redukuje anorganické i organické radikály - regeneruje tokoferol - může redukovat Cu a Fe na formy katalyzující Fentonovu reakci a vyvolat oxidatívni poškození tkání Sekundární antioxidanty Bilirubin - degradační metabolit hernu - volný nebo vázaný na albumin - inhibuje peroxidaci lipidů tím, že regeneruje a-tokoferol obsažený v lipoproteinech a-To kofe rol H3C HO CH, CM3 M ^J^3 -H ^^3 ^ :$ a-To kofe rol Tokoferoly inhibují lipidovou peroxidaci, protože vychytávají lipidové peroxylové radikály mnohem rychleji než mohou tyto radikály reagovat se sousedními bočními řetězci mastných kyselin nebo membránovými proteiny: oc-tokoferol + lipid-02* —> oc-tokoferoľ + lipid-02H Ubiquinol (redukovaný koenzym Q) • látka přítomná v membráně • hraje důležitou úlohu v mitochondriálním elektronovém transportu • může rovněž působit jako chain-breaking antioxidant lipid-02 + CoQH2 -> lipid-02H + CoQH * Sekundární antioxidanty Melatonin • lipofilní molekula • hormon epifyzy - řídí sezónní reprodukční cykly, zasahuje do nástupu puberty, řídí spánkový cyklus • vychytává hydroxylové radikály Terciární antioxidanty Terciární antioxidanty: Náprava oxidativního poškození makromolekul Terciární antioxidanty Oprava oxidačního poškození • DNA - glykosylázy specifické pro určité oxidované báze - nespecifické excision opravné enzymy • Proteiny - proteolytické enzymy • Lipidové hydroperoxidy - glutathion peroxidáza Flavonoidy • sekundární rostlinné metabolity • významná součást lidské stravy (zelenina, ovoce, čaj, víno) • výhodná struktura pro jednoelektronové oxidoredukční reakce • chelatujíFe Jednotlivé třídy flavonoidu o o o o OH O O Flavon Flavon-3-ol Isoflavon o o o OH OH O O Flavanon Flavan-3-ol Anthocyanidin Metabolismus polyfenolů Polyfenoly v potravě 1 r Tenké střevo Játra Tkáně v zluc i ' ^r k Tlusté střevo ^ Ledviny Výkaly Moč Metabolismus polyfenolu Polyfenol sacharid CBG - cytosolic ß-glucosidase LPH - lactase phlorizin hydrolase COMT - catechol-O-methyltransferase UDPGT - UDP glucuronosyl transferase SULT - phenol sulfotransferases CBG/LPH Polyfenol COMT 1 Polyfenol methyl UDPGT kys. glukuronová t~*i T TT r ■ T sulfát kys. glukuronová SULT Polyfenol methyl Polyfenol methyl