Adaptace organismů na kyslík PRVNÍ ŽIVÉ ORGANISMY Anaerobní SmrtAdaptace 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 Oxidativní stres AntioxidantyProoxidanty Antioxidační obranné mechanismy Antioxidant = jakákoliv látka, která oddaluje nebo inhibuje oxidativní 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, katalasa, glutathion peroxidasa a glutathion reduktasa) – Chain-breaking antioxidanty (vitamin C, kyselina močová, SH skupiny, vitamin E aj.) Sekundární antioxidanty Superoxid dismutasa 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 dismutasa 2O2 •- + 2H+ H2O2 + O2 Enzym-Cu2+ + O2 •- Enzym-Cu+ + O2 Enzym-Cu+ + O2 •- + 2H+ Enzym-Cu2+ + H2O2 – tato reakce probíhá při pH 7.4 pomalu – SOD ji zrychlují 10 000x Sekundární antioxidanty Katalasa 2H2O2 2H2O + O2 H2O2 + ROOH H2O + ROH + O2 kataláza-Fe3+ + H2O2 compound-I + H2O compound-I + H2O2 kataláza-Fe3+ + H2O+ O2 – aktivní místa: železo vázáno na hem – peroxisomy (ale i v mitochondriích) – jeden z nejaktivnějších známých enzymů Sekundární antioxidanty Peroxidasy SH2 + H2O2 S + 2H2O  ‘nespecifické’ peroxidasy (oxidují velice širokou škálu molekul) – křenová peroxidasa – peroxidasy z dělohy a žaludku  specifické peroxidasy – glutathion peroxidasa Sekundární antioxidanty Glutathion peroxidasa 2GSH + H2O2 GSSG + 2H2O Glutathion reduktasa GSSG + NADPH + H+ NADP+ + 2GSH Sekundární antioxidanty Glutathion 2 GSH + ROOH GSSG + H2O + ROH S S2x SHcys gly glu Sekundární antioxidanty glutathion peroxidasa O2 •-1O2 H2O2 ROH SOD ionty přechodných kovů toxicita a n t i o x i d a n t yX X katalasa H2O + O2 R-OOH ROH GSSG GSH glutathion reduktasa NADP NADPH glukózo-6-P dehydrogenasa glutathion-S-transferasa R R-SG H2O Sekundární antioxidanty Chain breaking antioxidanty R(L)OO• + AH R(L)OOH + A• R(L)OO• + A• neaktivní produkt Antioxidanty rozpustné ve vodě: – SH-skupiny – kyselina močová – kyselina askorbová – bilirubin Antioxidanty rozpustné v tucích: – -tokoferol – ubiquinol-10 – melatonin Sekundární antioxidanty Thioly a disulfidy  Glutathion – vysoká koncentrace ve všech savčích buňkách (1 – 10 mmol/l) – jeden z nejvýznamnějších redoxních pufrů 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 + R• + RH H+ - • 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 oxidativní poškození tkání Sekundární antioxidanty Bilirubin – degradační metabolit hemu – volný nebo vázaný na albumin – inhibuje peroxidaci lipidů tím, že regeneruje -tokoferol obsažený v lipoproteinech α-Tokoferol 2 4’ 8’ HH O HO H3C CH3 CH3 CH3 CH3CH3CH3 CH3 α-Tokoferol 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: -tokoferol + lipid-O2 • -tokoferol• + lipid-O2H Ubiquinol (redukovaný koenzym Q)  látka přítomná v membráně  hraje důležitou úlohu v mitochondriálním elektronovém transportu  může rovněž působit jako chain-breaking antioxidant lipid-O2 • + CoQH2 lipid-O2H + CoQH• Sekundární antioxidanty Melatonin  lipofilní molekula  hormon epifýzy – řídí sezónní reprodukční cykly, zasahuje do nástupu puberty, řídí spánkový cyklus  vychytává hydroxylové radikály Indolová struktura Sekundární antioxidanty Melatonin 5-Hydroxytryptophan L-tryptophan 5-hydroxytryptamine MAO 5-hydroxyindoleacetic acid N-acetyl-5-hydroxytryptamine N-acetyl-5-methoxytryptamine Terciární antioxidanty Terciární antioxidanty: Náprava oxidativního poškození makromolekul Terciární antioxidanty Oprava oxidačního poškození  DNA – glykosylasy specifické pro určité oxidované báze o tzv. base excision repair (BER) pathway o 8-oxoguanin-DNA glykosylasa (OGG1) o homolog 1 endonukleasy III (NTH1) – nespecifické excision opravné enzymy global genome repair (GGR) and transcription-coupled repair (TCR) Terciární antioxidanty Oprava oxidačního poškození  DNA Terciární antioxidanty Oprava oxidačního poškození  DNA – PARP - Poly (ADP-riboso) polymerasa o DNA ligasy (DNA ligasa III) o DNA polymerasa (DNA pol beta) Terciární antioxidanty Oprava oxidačního poškození  Proteiny – proteolytické enzymy – thioredoxin/thioredoxin reduktasa – glutaredoxin/glutathion/glutathion reduktasa – methionin sulfoxid reduktasy  Lipidové hydroperoxidy – glutathion peroxidasa Flavonoidy  sekundární rostlinné metabolity  významná součást lidské stravy (zelenina, ovoce, čaj, víno)  výhodná struktura pro jednoelektronové oxidoredukční reakce  chelatují Fe A B C 8 6 5 4 3 2‘ 7 3‘ 4‘ 5‘ 6‘ 1‘ 2 Jednotlivé třídy flavonoidů Flavon Flavon-3-ol Isoflavon Flavanon Flavan-3-ol Anthocyanidin Metabolismus polyfenolů Polyfenoly v potravě Tlusté střevo Tenké střevo Výkaly Játra Tkáně Ledviny Moč žluč Metabolismus polyfenolů Polyfenol sacharid Polyfenol Polyfenol methyl kys. glukuronová Polyfenol methyl sulfát kys. glukuronová Polyfenol methyl CBG/LPH COMT UDPGT SULT CBG – cytosolic -glucosidase LPH – lactase phlorizin hydrolase COMT – catechol-O-methyltransferase UDPGT – UDP glucuronosyl transferase SULT – phenol sulfotransferases