1

Reaktivniacute formy kysliacuteku

v lidskeacutem těle

Antioxidačniacute ochrana

MUDr Jan Plaacuteteniacutek PhD

Uacutestav leacutekařskeacute biochemie 1LF UK

Co je volnyacute radikaacutel

- molekula atom nebo ion schopnyacute

samostatneacute existence kteryacute obsahuje alespoň

jeden nepaacuterovyacute elektron

O2middotndash

radikaacutel ion

molekula

2

K čemu vlastně potřebujeme kysliacutekPřenos elektronů (oxidace) z organickyacutech laacutetek na kysliacutek uvolňuje obrovskeacute množstviacute energie

Př Glukosa

CC66HH1212OO66 + 6 O+ 6 O22 rarrrarrrarrrarr 6 CO6 CO22 + 6 H+ 6 H22OO

∆∆∆∆∆∆∆∆GGoorsquorsquo = = ndashndash 2820 2820 kJkJ mol mol (180 g glukosy)(180 g glukosy)

Reaktivitu kysliacuteku lze naviacutec regulovat katalyacutezou přechodnyacutemi kovy (železo měď)

Hořiacute cukr

3

4

Spinovaacute restrikce kysliacutekubull Normaacutelniacute (triplet) O2 je

biradikaacutel s vysokou afinitou k elektronům

bull Ale přiacutejem elektronu vyžadujeaby jeden ze staacutevajiacuteciacutechnepaacuterovyacutech elektronů změnilsvůj spin což je relativněpomalyacute proces

bull Bez teacuteto restrikce bychom v kysliacutekateacute atmosfeacuteře planetyokamžitě shořeli

bull Singletovyacute O2 je excitovanaacute vysoce reaktivniacute forma kysliacuteku

DyacutechacDyacutechaciacuteiacute řřetetěězec vnitzec vnitřřnniacuteiacutemitochondrimitochondriaacuteaacutelnlniacuteiacute membrmembraacuteaacutenyny

5

elektrony proudelektrony proudiacuteiacute po sppo spaacuteaacutedu du redoxnredoxniacuteiacutehohopotencipotenciaacuteaacutelu a konlu a konččiacuteiacute na kyslna kysliacuteiacutekuku

celkovaacute reakce

NADH + H+ + 12 O2 rarrrarrrarrrarr NAD+ + H2O

∆∆∆∆∆∆∆∆GGoorsquorsquo = = ndashndash21925 kJ mol21925 kJ mol--11

ZZaacuteaacuteroveroveňň s proudem elektrons proudem elektronůů se pumpujse pumpujiacuteiacute protony a vzniklyacute protony a vzniklyacute protonovyacute gradient pak pohprotonovyacute gradient pak pohaacuteaacutenniacuteiacute syntsynteacuteeacutezu ATPzu ATP

6

Reaktivniacute formy kysliacuteku (ROS bdquokysliacutekoveacute radikaacutelyldquo) lze odvodit od meziproduktů redukce kysliacuteku na vodu

O2

2H2O

+4 e-

(+4 H+)

O2middotndash

superoxid

H2O2peroxid vodiacuteku

OHmiddothydroxylovyacute

radikaacutel

+3 e-

(+3 H+)

+2 e-

(+2 H+)

+1 e-

( +H2O )

7

Superoxidbull Zdroje v těle

ndash Uacutenik elektronů na kysliacutek

- Dyacutechaciacute řetězec v mitochondriiacutech

- Jineacute podobneacute redoxniacute systeacutemy např mikrosomaacutelniacutecytochrom P450 monooxygenasa

ndash NAD(P)H Oxidasa

- Fagocyty (rdquorespiratory burstrdquo)

- Nefagocytaacuterniacute buňky

ndash Některeacute enzymy

- Xanthinoxidasa

- Cyklooxygenasa

- Lipoxygenasa

ndash Reakce FeII-hemoglobinu s kysliacutekem

ndash Autooxidace (reakce s kysliacutekem) různyacutech laacutetek (askorbaacutet glutathion a jineacute thioly katecholaminy)

O2middotndash

Produkce superoxidu v dyacutechaciacutem řetězci

bull 1-2 z celkoveacutespotřeby O2

bull Uacutenik elektronů z redoxniacutech centerkomplexů I a III předevšiacutem zesemiubichinonu

8

Respiračniacute vzplanutiacute fagocyta

Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu

Štiacutepek S et al Antioxidanty a volneacute radikaacutely ve zdraviacute a nemoci GradaPublishing Praha 2000

9

Superoxid

bull Vlastnosti

- Nepřiacuteliš reaktivniacute oxidačniacute i redukčniacute činidlo

- Omezenaacute možnost průchodu přes membraacuteny (jenskrz aniontoveacute kanaacutely nebo ve sveacute protonovaneacuteformě)

- Uvolňuje železo z Fe-S clusterů

bull Osud

ndash Dismutace

ndash Reakce s oxidem dusnatyacutem

O2middotndash

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

NO + O2middotndash rarr OONOndash (peroxynitrit)

Peroxid vodiacuteku

bull Tvorba v těle

ndash Dismutace superoxidu (spontaacutenniacute nebokatalyzovanaacute superoxiddismutasou)

ndash Přiacutemo činnostiacute některyacutech enzymůbull Xanthinoxidasa

bull Monoaminooxidasa (MAO)

H2O2

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

2

K čemu vlastně potřebujeme kysliacutekPřenos elektronů (oxidace) z organickyacutech laacutetek na kysliacutek uvolňuje obrovskeacute množstviacute energie

Př Glukosa

CC66HH1212OO66 + 6 O+ 6 O22 rarrrarrrarrrarr 6 CO6 CO22 + 6 H+ 6 H22OO

∆∆∆∆∆∆∆∆GGoorsquorsquo = = ndashndash 2820 2820 kJkJ mol mol (180 g glukosy)(180 g glukosy)

Reaktivitu kysliacuteku lze naviacutec regulovat katalyacutezou přechodnyacutemi kovy (železo měď)

Hořiacute cukr

3

4

Spinovaacute restrikce kysliacutekubull Normaacutelniacute (triplet) O2 je

biradikaacutel s vysokou afinitou k elektronům

bull Ale přiacutejem elektronu vyžadujeaby jeden ze staacutevajiacuteciacutechnepaacuterovyacutech elektronů změnilsvůj spin což je relativněpomalyacute proces

bull Bez teacuteto restrikce bychom v kysliacutekateacute atmosfeacuteře planetyokamžitě shořeli

bull Singletovyacute O2 je excitovanaacute vysoce reaktivniacute forma kysliacuteku

DyacutechacDyacutechaciacuteiacute řřetetěězec vnitzec vnitřřnniacuteiacutemitochondrimitochondriaacuteaacutelnlniacuteiacute membrmembraacuteaacutenyny

5

elektrony proudelektrony proudiacuteiacute po sppo spaacuteaacutedu du redoxnredoxniacuteiacutehohopotencipotenciaacuteaacutelu a konlu a konččiacuteiacute na kyslna kysliacuteiacutekuku

celkovaacute reakce

NADH + H+ + 12 O2 rarrrarrrarrrarr NAD+ + H2O

∆∆∆∆∆∆∆∆GGoorsquorsquo = = ndashndash21925 kJ mol21925 kJ mol--11

ZZaacuteaacuteroveroveňň s proudem elektrons proudem elektronůů se pumpujse pumpujiacuteiacute protony a vzniklyacute protony a vzniklyacute protonovyacute gradient pak pohprotonovyacute gradient pak pohaacuteaacutenniacuteiacute syntsynteacuteeacutezu ATPzu ATP

6

Reaktivniacute formy kysliacuteku (ROS bdquokysliacutekoveacute radikaacutelyldquo) lze odvodit od meziproduktů redukce kysliacuteku na vodu

O2

2H2O

+4 e-

(+4 H+)

O2middotndash

superoxid

H2O2peroxid vodiacuteku

OHmiddothydroxylovyacute

radikaacutel

+3 e-

(+3 H+)

+2 e-

(+2 H+)

+1 e-

( +H2O )

7

Superoxidbull Zdroje v těle

ndash Uacutenik elektronů na kysliacutek

- Dyacutechaciacute řetězec v mitochondriiacutech

- Jineacute podobneacute redoxniacute systeacutemy např mikrosomaacutelniacutecytochrom P450 monooxygenasa

ndash NAD(P)H Oxidasa

- Fagocyty (rdquorespiratory burstrdquo)

- Nefagocytaacuterniacute buňky

ndash Některeacute enzymy

- Xanthinoxidasa

- Cyklooxygenasa

- Lipoxygenasa

ndash Reakce FeII-hemoglobinu s kysliacutekem

ndash Autooxidace (reakce s kysliacutekem) různyacutech laacutetek (askorbaacutet glutathion a jineacute thioly katecholaminy)

O2middotndash

Produkce superoxidu v dyacutechaciacutem řetězci

bull 1-2 z celkoveacutespotřeby O2

bull Uacutenik elektronů z redoxniacutech centerkomplexů I a III předevšiacutem zesemiubichinonu

8

Respiračniacute vzplanutiacute fagocyta

Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu

Štiacutepek S et al Antioxidanty a volneacute radikaacutely ve zdraviacute a nemoci GradaPublishing Praha 2000

9

Superoxid

bull Vlastnosti

- Nepřiacuteliš reaktivniacute oxidačniacute i redukčniacute činidlo

- Omezenaacute možnost průchodu přes membraacuteny (jenskrz aniontoveacute kanaacutely nebo ve sveacute protonovaneacuteformě)

- Uvolňuje železo z Fe-S clusterů

bull Osud

ndash Dismutace

ndash Reakce s oxidem dusnatyacutem

O2middotndash

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

NO + O2middotndash rarr OONOndash (peroxynitrit)

Peroxid vodiacuteku

bull Tvorba v těle

ndash Dismutace superoxidu (spontaacutenniacute nebokatalyzovanaacute superoxiddismutasou)

ndash Přiacutemo činnostiacute některyacutech enzymůbull Xanthinoxidasa

bull Monoaminooxidasa (MAO)

H2O2

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

3

4

Spinovaacute restrikce kysliacutekubull Normaacutelniacute (triplet) O2 je

biradikaacutel s vysokou afinitou k elektronům

bull Ale přiacutejem elektronu vyžadujeaby jeden ze staacutevajiacuteciacutechnepaacuterovyacutech elektronů změnilsvůj spin což je relativněpomalyacute proces

bull Bez teacuteto restrikce bychom v kysliacutekateacute atmosfeacuteře planetyokamžitě shořeli

bull Singletovyacute O2 je excitovanaacute vysoce reaktivniacute forma kysliacuteku

DyacutechacDyacutechaciacuteiacute řřetetěězec vnitzec vnitřřnniacuteiacutemitochondrimitochondriaacuteaacutelnlniacuteiacute membrmembraacuteaacutenyny

5

elektrony proudelektrony proudiacuteiacute po sppo spaacuteaacutedu du redoxnredoxniacuteiacutehohopotencipotenciaacuteaacutelu a konlu a konččiacuteiacute na kyslna kysliacuteiacutekuku

celkovaacute reakce

NADH + H+ + 12 O2 rarrrarrrarrrarr NAD+ + H2O

∆∆∆∆∆∆∆∆GGoorsquorsquo = = ndashndash21925 kJ mol21925 kJ mol--11

ZZaacuteaacuteroveroveňň s proudem elektrons proudem elektronůů se pumpujse pumpujiacuteiacute protony a vzniklyacute protony a vzniklyacute protonovyacute gradient pak pohprotonovyacute gradient pak pohaacuteaacutenniacuteiacute syntsynteacuteeacutezu ATPzu ATP

6

Reaktivniacute formy kysliacuteku (ROS bdquokysliacutekoveacute radikaacutelyldquo) lze odvodit od meziproduktů redukce kysliacuteku na vodu

O2

2H2O

+4 e-

(+4 H+)

O2middotndash

superoxid

H2O2peroxid vodiacuteku

OHmiddothydroxylovyacute

radikaacutel

+3 e-

(+3 H+)

+2 e-

(+2 H+)

+1 e-

( +H2O )

7

Superoxidbull Zdroje v těle

ndash Uacutenik elektronů na kysliacutek

- Dyacutechaciacute řetězec v mitochondriiacutech

- Jineacute podobneacute redoxniacute systeacutemy např mikrosomaacutelniacutecytochrom P450 monooxygenasa

ndash NAD(P)H Oxidasa

- Fagocyty (rdquorespiratory burstrdquo)

- Nefagocytaacuterniacute buňky

ndash Některeacute enzymy

- Xanthinoxidasa

- Cyklooxygenasa

- Lipoxygenasa

ndash Reakce FeII-hemoglobinu s kysliacutekem

ndash Autooxidace (reakce s kysliacutekem) různyacutech laacutetek (askorbaacutet glutathion a jineacute thioly katecholaminy)

O2middotndash

Produkce superoxidu v dyacutechaciacutem řetězci

bull 1-2 z celkoveacutespotřeby O2

bull Uacutenik elektronů z redoxniacutech centerkomplexů I a III předevšiacutem zesemiubichinonu

8

Respiračniacute vzplanutiacute fagocyta

Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu

Štiacutepek S et al Antioxidanty a volneacute radikaacutely ve zdraviacute a nemoci GradaPublishing Praha 2000

9

Superoxid

bull Vlastnosti

- Nepřiacuteliš reaktivniacute oxidačniacute i redukčniacute činidlo

- Omezenaacute možnost průchodu přes membraacuteny (jenskrz aniontoveacute kanaacutely nebo ve sveacute protonovaneacuteformě)

- Uvolňuje železo z Fe-S clusterů

bull Osud

ndash Dismutace

ndash Reakce s oxidem dusnatyacutem

O2middotndash

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

NO + O2middotndash rarr OONOndash (peroxynitrit)

Peroxid vodiacuteku

bull Tvorba v těle

ndash Dismutace superoxidu (spontaacutenniacute nebokatalyzovanaacute superoxiddismutasou)

ndash Přiacutemo činnostiacute některyacutech enzymůbull Xanthinoxidasa

bull Monoaminooxidasa (MAO)

H2O2

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

4

Spinovaacute restrikce kysliacutekubull Normaacutelniacute (triplet) O2 je

biradikaacutel s vysokou afinitou k elektronům

bull Ale přiacutejem elektronu vyžadujeaby jeden ze staacutevajiacuteciacutechnepaacuterovyacutech elektronů změnilsvůj spin což je relativněpomalyacute proces

bull Bez teacuteto restrikce bychom v kysliacutekateacute atmosfeacuteře planetyokamžitě shořeli

bull Singletovyacute O2 je excitovanaacute vysoce reaktivniacute forma kysliacuteku

DyacutechacDyacutechaciacuteiacute řřetetěězec vnitzec vnitřřnniacuteiacutemitochondrimitochondriaacuteaacutelnlniacuteiacute membrmembraacuteaacutenyny

5

elektrony proudelektrony proudiacuteiacute po sppo spaacuteaacutedu du redoxnredoxniacuteiacutehohopotencipotenciaacuteaacutelu a konlu a konččiacuteiacute na kyslna kysliacuteiacutekuku

celkovaacute reakce

NADH + H+ + 12 O2 rarrrarrrarrrarr NAD+ + H2O

∆∆∆∆∆∆∆∆GGoorsquorsquo = = ndashndash21925 kJ mol21925 kJ mol--11

ZZaacuteaacuteroveroveňň s proudem elektrons proudem elektronůů se pumpujse pumpujiacuteiacute protony a vzniklyacute protony a vzniklyacute protonovyacute gradient pak pohprotonovyacute gradient pak pohaacuteaacutenniacuteiacute syntsynteacuteeacutezu ATPzu ATP

6

Reaktivniacute formy kysliacuteku (ROS bdquokysliacutekoveacute radikaacutelyldquo) lze odvodit od meziproduktů redukce kysliacuteku na vodu

O2

2H2O

+4 e-

(+4 H+)

O2middotndash

superoxid

H2O2peroxid vodiacuteku

OHmiddothydroxylovyacute

radikaacutel

+3 e-

(+3 H+)

+2 e-

(+2 H+)

+1 e-

( +H2O )

7

Superoxidbull Zdroje v těle

ndash Uacutenik elektronů na kysliacutek

- Dyacutechaciacute řetězec v mitochondriiacutech

- Jineacute podobneacute redoxniacute systeacutemy např mikrosomaacutelniacutecytochrom P450 monooxygenasa

ndash NAD(P)H Oxidasa

- Fagocyty (rdquorespiratory burstrdquo)

- Nefagocytaacuterniacute buňky

ndash Některeacute enzymy

- Xanthinoxidasa

- Cyklooxygenasa

- Lipoxygenasa

ndash Reakce FeII-hemoglobinu s kysliacutekem

ndash Autooxidace (reakce s kysliacutekem) různyacutech laacutetek (askorbaacutet glutathion a jineacute thioly katecholaminy)

O2middotndash

Produkce superoxidu v dyacutechaciacutem řetězci

bull 1-2 z celkoveacutespotřeby O2

bull Uacutenik elektronů z redoxniacutech centerkomplexů I a III předevšiacutem zesemiubichinonu

8

Respiračniacute vzplanutiacute fagocyta

Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu

Štiacutepek S et al Antioxidanty a volneacute radikaacutely ve zdraviacute a nemoci GradaPublishing Praha 2000

9

Superoxid

bull Vlastnosti

- Nepřiacuteliš reaktivniacute oxidačniacute i redukčniacute činidlo

- Omezenaacute možnost průchodu přes membraacuteny (jenskrz aniontoveacute kanaacutely nebo ve sveacute protonovaneacuteformě)

- Uvolňuje železo z Fe-S clusterů

bull Osud

ndash Dismutace

ndash Reakce s oxidem dusnatyacutem

O2middotndash

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

NO + O2middotndash rarr OONOndash (peroxynitrit)

Peroxid vodiacuteku

bull Tvorba v těle

ndash Dismutace superoxidu (spontaacutenniacute nebokatalyzovanaacute superoxiddismutasou)

ndash Přiacutemo činnostiacute některyacutech enzymůbull Xanthinoxidasa

bull Monoaminooxidasa (MAO)

H2O2

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

5

elektrony proudelektrony proudiacuteiacute po sppo spaacuteaacutedu du redoxnredoxniacuteiacutehohopotencipotenciaacuteaacutelu a konlu a konččiacuteiacute na kyslna kysliacuteiacutekuku

celkovaacute reakce

NADH + H+ + 12 O2 rarrrarrrarrrarr NAD+ + H2O

∆∆∆∆∆∆∆∆GGoorsquorsquo = = ndashndash21925 kJ mol21925 kJ mol--11

ZZaacuteaacuteroveroveňň s proudem elektrons proudem elektronůů se pumpujse pumpujiacuteiacute protony a vzniklyacute protony a vzniklyacute protonovyacute gradient pak pohprotonovyacute gradient pak pohaacuteaacutenniacuteiacute syntsynteacuteeacutezu ATPzu ATP

6

Reaktivniacute formy kysliacuteku (ROS bdquokysliacutekoveacute radikaacutelyldquo) lze odvodit od meziproduktů redukce kysliacuteku na vodu

O2

2H2O

+4 e-

(+4 H+)

O2middotndash

superoxid

H2O2peroxid vodiacuteku

OHmiddothydroxylovyacute

radikaacutel

+3 e-

(+3 H+)

+2 e-

(+2 H+)

+1 e-

( +H2O )

7

Superoxidbull Zdroje v těle

ndash Uacutenik elektronů na kysliacutek

- Dyacutechaciacute řetězec v mitochondriiacutech

- Jineacute podobneacute redoxniacute systeacutemy např mikrosomaacutelniacutecytochrom P450 monooxygenasa

ndash NAD(P)H Oxidasa

- Fagocyty (rdquorespiratory burstrdquo)

- Nefagocytaacuterniacute buňky

ndash Některeacute enzymy

- Xanthinoxidasa

- Cyklooxygenasa

- Lipoxygenasa

ndash Reakce FeII-hemoglobinu s kysliacutekem

ndash Autooxidace (reakce s kysliacutekem) různyacutech laacutetek (askorbaacutet glutathion a jineacute thioly katecholaminy)

O2middotndash

Produkce superoxidu v dyacutechaciacutem řetězci

bull 1-2 z celkoveacutespotřeby O2

bull Uacutenik elektronů z redoxniacutech centerkomplexů I a III předevšiacutem zesemiubichinonu

8

Respiračniacute vzplanutiacute fagocyta

Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu

Štiacutepek S et al Antioxidanty a volneacute radikaacutely ve zdraviacute a nemoci GradaPublishing Praha 2000

9

Superoxid

bull Vlastnosti

- Nepřiacuteliš reaktivniacute oxidačniacute i redukčniacute činidlo

- Omezenaacute možnost průchodu přes membraacuteny (jenskrz aniontoveacute kanaacutely nebo ve sveacute protonovaneacuteformě)

- Uvolňuje železo z Fe-S clusterů

bull Osud

ndash Dismutace

ndash Reakce s oxidem dusnatyacutem

O2middotndash

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

NO + O2middotndash rarr OONOndash (peroxynitrit)

Peroxid vodiacuteku

bull Tvorba v těle

ndash Dismutace superoxidu (spontaacutenniacute nebokatalyzovanaacute superoxiddismutasou)

ndash Přiacutemo činnostiacute některyacutech enzymůbull Xanthinoxidasa

bull Monoaminooxidasa (MAO)

H2O2

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

6

Reaktivniacute formy kysliacuteku (ROS bdquokysliacutekoveacute radikaacutelyldquo) lze odvodit od meziproduktů redukce kysliacuteku na vodu

O2

2H2O

+4 e-

(+4 H+)

O2middotndash

superoxid

H2O2peroxid vodiacuteku

OHmiddothydroxylovyacute

radikaacutel

+3 e-

(+3 H+)

+2 e-

(+2 H+)

+1 e-

( +H2O )

7

Superoxidbull Zdroje v těle

ndash Uacutenik elektronů na kysliacutek

- Dyacutechaciacute řetězec v mitochondriiacutech

- Jineacute podobneacute redoxniacute systeacutemy např mikrosomaacutelniacutecytochrom P450 monooxygenasa

ndash NAD(P)H Oxidasa

- Fagocyty (rdquorespiratory burstrdquo)

- Nefagocytaacuterniacute buňky

ndash Některeacute enzymy

- Xanthinoxidasa

- Cyklooxygenasa

- Lipoxygenasa

ndash Reakce FeII-hemoglobinu s kysliacutekem

ndash Autooxidace (reakce s kysliacutekem) různyacutech laacutetek (askorbaacutet glutathion a jineacute thioly katecholaminy)

O2middotndash

Produkce superoxidu v dyacutechaciacutem řetězci

bull 1-2 z celkoveacutespotřeby O2

bull Uacutenik elektronů z redoxniacutech centerkomplexů I a III předevšiacutem zesemiubichinonu

8

Respiračniacute vzplanutiacute fagocyta

Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu

Štiacutepek S et al Antioxidanty a volneacute radikaacutely ve zdraviacute a nemoci GradaPublishing Praha 2000

9

Superoxid

bull Vlastnosti

- Nepřiacuteliš reaktivniacute oxidačniacute i redukčniacute činidlo

- Omezenaacute možnost průchodu přes membraacuteny (jenskrz aniontoveacute kanaacutely nebo ve sveacute protonovaneacuteformě)

- Uvolňuje železo z Fe-S clusterů

bull Osud

ndash Dismutace

ndash Reakce s oxidem dusnatyacutem

O2middotndash

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

NO + O2middotndash rarr OONOndash (peroxynitrit)

Peroxid vodiacuteku

bull Tvorba v těle

ndash Dismutace superoxidu (spontaacutenniacute nebokatalyzovanaacute superoxiddismutasou)

ndash Přiacutemo činnostiacute některyacutech enzymůbull Xanthinoxidasa

bull Monoaminooxidasa (MAO)

H2O2

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

7

Superoxidbull Zdroje v těle

ndash Uacutenik elektronů na kysliacutek

- Dyacutechaciacute řetězec v mitochondriiacutech

- Jineacute podobneacute redoxniacute systeacutemy např mikrosomaacutelniacutecytochrom P450 monooxygenasa

ndash NAD(P)H Oxidasa

- Fagocyty (rdquorespiratory burstrdquo)

- Nefagocytaacuterniacute buňky

ndash Některeacute enzymy

- Xanthinoxidasa

- Cyklooxygenasa

- Lipoxygenasa

ndash Reakce FeII-hemoglobinu s kysliacutekem

ndash Autooxidace (reakce s kysliacutekem) různyacutech laacutetek (askorbaacutet glutathion a jineacute thioly katecholaminy)

O2middotndash

Produkce superoxidu v dyacutechaciacutem řetězci

bull 1-2 z celkoveacutespotřeby O2

bull Uacutenik elektronů z redoxniacutech centerkomplexů I a III předevšiacutem zesemiubichinonu

8

Respiračniacute vzplanutiacute fagocyta

Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu

Štiacutepek S et al Antioxidanty a volneacute radikaacutely ve zdraviacute a nemoci GradaPublishing Praha 2000

9

Superoxid

bull Vlastnosti

- Nepřiacuteliš reaktivniacute oxidačniacute i redukčniacute činidlo

- Omezenaacute možnost průchodu přes membraacuteny (jenskrz aniontoveacute kanaacutely nebo ve sveacute protonovaneacuteformě)

- Uvolňuje železo z Fe-S clusterů

bull Osud

ndash Dismutace

ndash Reakce s oxidem dusnatyacutem

O2middotndash

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

NO + O2middotndash rarr OONOndash (peroxynitrit)

Peroxid vodiacuteku

bull Tvorba v těle

ndash Dismutace superoxidu (spontaacutenniacute nebokatalyzovanaacute superoxiddismutasou)

ndash Přiacutemo činnostiacute některyacutech enzymůbull Xanthinoxidasa

bull Monoaminooxidasa (MAO)

H2O2

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

8

Respiračniacute vzplanutiacute fagocyta

Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu

Štiacutepek S et al Antioxidanty a volneacute radikaacutely ve zdraviacute a nemoci GradaPublishing Praha 2000

9

Superoxid

bull Vlastnosti

- Nepřiacuteliš reaktivniacute oxidačniacute i redukčniacute činidlo

- Omezenaacute možnost průchodu přes membraacuteny (jenskrz aniontoveacute kanaacutely nebo ve sveacute protonovaneacuteformě)

- Uvolňuje železo z Fe-S clusterů

bull Osud

ndash Dismutace

ndash Reakce s oxidem dusnatyacutem

O2middotndash

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

NO + O2middotndash rarr OONOndash (peroxynitrit)

Peroxid vodiacuteku

bull Tvorba v těle

ndash Dismutace superoxidu (spontaacutenniacute nebokatalyzovanaacute superoxiddismutasou)

ndash Přiacutemo činnostiacute některyacutech enzymůbull Xanthinoxidasa

bull Monoaminooxidasa (MAO)

H2O2

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

9

Superoxid

bull Vlastnosti

- Nepřiacuteliš reaktivniacute oxidačniacute i redukčniacute činidlo

- Omezenaacute možnost průchodu přes membraacuteny (jenskrz aniontoveacute kanaacutely nebo ve sveacute protonovaneacuteformě)

- Uvolňuje železo z Fe-S clusterů

bull Osud

ndash Dismutace

ndash Reakce s oxidem dusnatyacutem

O2middotndash

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

NO + O2middotndash rarr OONOndash (peroxynitrit)

Peroxid vodiacuteku

bull Tvorba v těle

ndash Dismutace superoxidu (spontaacutenniacute nebokatalyzovanaacute superoxiddismutasou)

ndash Přiacutemo činnostiacute některyacutech enzymůbull Xanthinoxidasa

bull Monoaminooxidasa (MAO)

H2O2

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

10

Peroxid vodiacuteku

bull Vlastnosti

- Neniacute radikaacutel

- Volně prochaacuteziacute skrz biologickeacute membraacuteny

- Saacutem o sobě celkem nereaktivniacute

- Ale rychle reaguje s redukovanyacutemi přechodnyacutemi kovyjako železo a měď (Fentonova reakce)

bull Osud

ndash Fentonova reakce

ndash Bezpečneacute odstraněniacute glutathionperoxidasou nebokatalasou

H2O2

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

hydroxylovyacute radikaacutel

Hydroxylovyacute radikaacutel

bull Vznik v těle

ndash Ionisačniacute zaacuteřeniacute

ndash Fentonova reakce

bull Vlastnosti

- Extreacutemně reaktivniacute Poškozuje biomolekuly bliacutezkomiacutesta sveacuteho vzniku

OH middot

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

H2O rarr H + OHmiddot

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

11

Reaktivniacute formy kysliacuteku(Reactive Oxygen Species ROS)

bull Radikaacutelyndash Superoxid O2 middotndash

ndash Hydroperoxyl HO2middotndash Hydroxylovyacute radikaacutel OHmiddotndash Peroxyl ROOmiddotndash Alkoxyl ROmiddot

bull Ne-radikaacutelyndash Peroxid vodiacuteku H2O2

ndash Kyselina chlornaacute HClOndash Ozoacuten O3

ndash Singletovyacute kysliacutek 1O2

Oxid dusnatyacute

bull Vznik v těle

ndash NO synthasovaacute reakce

ndash Tři různeacute NO synthasy- NOS I (neuronaacutelniacute konstitutivniacute)- NOS II (fagocyty inducibilniacute)- NOS III (endoteliaacutelniacute konstitutivniacute)

NO middot

L-Arginin + O2 + NADPH rarr L-Citrullin + NADP+ +NO

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

12

Oxid dusnatyacute (NO) působiacute relaxaci hladkeacuteho svalstva

ceacutevniacute stěny

Oxid dusnatyacutebull Vlastnosti- Plynnyacute radikaacutel- Reakce s hemovyacutem železem guanylaacutetcyklasy

(hellipfyziologickeacute uacutečinky relaxace hladkeacuteho svalstva atd)- Reakce s hemovyacutem železem hemoglobinu (hellipfyziologickaacute

inaktivace)

- Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd nanitrosothiol (helliptransport NO)

- Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečněhydroxylovyacute radikaacutel (helliptoxicita)

NO middot

NO + O2middotndash rarr OONOndash peroxynitrit

OONOndash + H+ rarr HOONO rarr OHmiddot + NO2

kyselina peroxydusitaacute hydroxylovyacute radikaacutel

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

13

Reaktivniacute formy dusiacuteku(Reactive Nitrogen Species RNS)

bull Radikaacutelyndash Oxid dusnatyacute NOndash Oxid dusičityacute NO2

bull Ne-radikaacutelyndash Nitrosonium NO+

ndash Nitroxyl NOndash

ndash Kyselina dusitaacute HNO2

ndash Oxid dusityacute N2O3

ndash Oxid dusičityacute N2O4

ndash Nitronium NO2+

ndash Peroxynitrit ONOO ndash

ndash Alkylperoxynitrit ROONO

Oxidačniacute poškozeniacute biomolekul

bull Lipidy peroxidace polynenasycenyacutechmastnyacutech kyselin v membraacutenaacutech

bull Proteiny oxidace -SH karbonylace -NH2 hydroxylacenitrosylace aromatickyacutechAMK cross-linking degradace

bull Nukleoveacute kyseliny zlomy v řetězci DNA hydroxylace basiacute mutace kancerogenese

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

14

PeroxidacePeroxidace lipidlipidůů((žžluknutluknutiacuteiacute))

Dalšiacute osud lipoperoxidů

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

15

Ionizačniacute zaacuteřeniacuteHydroxylovyacute radikaacutel vznikaacute ionizaciacute vody

H2O + hν rarr H + OHmiddot

Reaktivniacute formy kysliacuteku v organismu

Jednoelektronovou redukciacute kysliacuteku (mitochondrie NADPH oxidasa) vznikaacute superoxid O2

middotndash

Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodiacutekuO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutelH2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

16

Hydroxylace hydrofobniacutech laacutetek(monooxygenasy cytochrom P450)

Mechanismus v podstatě řiacutezenaacute Fentonova reakce

Fe3+ + SH + 2 e- + O2 + H+ rarr FeOOH SH

FeOOH SH rarr FeO3+ SH + H2O

FeO3+ SH rarr FeOH3+Sbull rarr Fe3+SOH rarr Fe3+ + SOH

PPřřiacuteiacuteklad prospklad prospěěššnosti ROS nosti ROS RespiraRespiraččnniacuteiacute vzplanutvzplanutiacuteiacute

neutrofilnneutrofilniacuteiacuteho ho granulocytugranulocytu

copy 1998 Garland Publishing

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

17

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Kde jsou RONS prospěšneacutebull Monooxygenasy hydroxylace steroidů xenobiotik etc

bull Fagocyty zabiacutejeniacute mikrobů nebo naacutedorovyacutech buněk

bull Mediaacutetory zaacutenětliveacute reakce

bull Lokaacutelniacute hormonymediaacutetory

- NO

- relaxace hladkeacuteho svalstva ceacutevniacute stěny gastrointestinaacutelniacuteho traktu corpus cavernosum penis

- neurotransmitter neuromodulaacutetor v CNS funkce v synaptickeacute plasticitě učeniacute a paměti

- inhibice adhese a agregace trombocytů adheseleukocytů

Superoxid stejně tak uacutečinky protichůdneacute NO

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

18

Koncept redoxniacute signalizace

bull Redoxniacute prostřediacute buňky - přibližně daacutenopoměrem GSHGSSG a NADHNAD

bull Redoxniacute sensory na proteinechndash kritickeacute -SH skupiny

ndash Fe-S centra

bull Ciacutele redoxniacute signalizacendash transkripčniacute faktory

ndash proteinkinasy a fosfatasy

Redoxniacutesignalizace

bull Oxidačniacute stres aktivuje určiteacute protein kinasy a transkripčniacute faktory

bull Vyacuteslednyacute efekt např stimulace proliferace senescence (staacuternutiacute) buněk

bull PůsobeniacuteROSantioxidantů v buňce může byacutet velmi specifickeacute

(T Finkel amp NJ Holbrook Nature 408 (2000) 239-247)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

19

hellip a velmi

komplikovaneacute

Oxidačniacute stres

bull Hladina reaktivniacutech forem kysliacuteku je udržovaacutena v určityacutech meziacutech mechanismyantioxidačniacute ochrany

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

20

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

Antioxidant v chemii potravin

bull Redukčniacute činidlo schopneacute zastavit řetězovou reakci lipoperoxidacehellipldquochain-breakingrdquo

bull Napřndash Butylovanyacute

hydroxytoluen (BHT)

ndash Butylovanyacutehydroxyanisol (BHA)

ndash Tokoferol (Vitamiacuten E)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

21

Antioxidačniacute ochrana lidskeacuteho těla

bull Anatomickeacute uspořaacutedaacuteniacute regulujiacuteciacute hladinu kysliacuteku ve tkaacuteniacutech

bull Antioxidačniacute enzymy

bull Sekvestrace redoxně aktivniacutech kovů

bull Antioxidačniacute substraacutety

bull Stresovaacute reakce

bull (Reparace oxidačniacuteho poškozeniacute DNA proteinů a lipidů)

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

22

O2Shluknout se

O2

Antioxidačniacute ochrana I

Regulace O2 ve tkaacuteniacutech

Vdechovanyacute vzduch 160 mmHg O2

Plicniacute kapilaacutery 100 mmHg O2

Arteriaacutelniacute krev 85 mmHg O2

Arterioly 70 mmHg O2

Kapilaacutery 50 mmHg O2

Buňky 1-10 mmHg O2

Mitochondrie lt 05 mmHg O2

Obr Wikipedie

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

23

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

Antioxidačniacute ochrana II

Antioxidačniacute enzymy

bull Superoxiddismutasa

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Katalasa

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Glutathionperoxidasa peroxiredoxin H2O2 + 2 R-SHrarr 2 H2O + RS-SR

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

24

Superoxiddismutasa (SOD)

bull Katalyzuje dismutaci superoxiduO2

middotndash + O2middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

bull Naprosto nezbytnaacute pro život s kysliacutekem

bull SOD1 Cu+Zn (cytosol)

bull SOD2ndash Mn (mitochondriaacutelniacute matrix)

ndash Fe (prokaryotickaacute)

bull EC-SOD extracelulaacuterniacute Cu+Zn ndash MW 135000 vazba na heparansulfaacutet na

povrchu ceacutevniacuteho lumen

Glutathionperoxidasy (GPX)

bull Redukce peroxidů spojenaacute s oxidaciacuteglutathionu

2 GSH + H2O2 rarr GS-SG + 2 H2O

(glutathion je naacutesledně regenerovaacuten glutathionreduktasami)

bull Obsahujiacute selenocystein v aktivniacutem miacutestě

bull Cytosolovaacute glutathionperoxidasandash redukuje H2O2 a LOOH po uvolněniacute z fosfolipidů

bull Fosfolipidhydroperoxid-GSH-peroxidasandash redukuje LOOH i v membraacutenaacutech

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

25

Glutathion (GSHGSSG)bull tripeptid v každeacute

buňce 1-10 mM

bull udržuje redukčniacuteprostřediacute ICT

bull substraacutet pro GPX GST

bull neenzymoveacute reakce s ROS produktyoxidace GSH jsoutoxickeacute pro buňku

bull při oxidačniacutem stresuexport GSSG z buňky

Katalasabull Tetramer každaacute podjednotka obsahuje hem s Febull Dismutace peroxidu vodiacuteku

2 H2O2 rarr 2 H2O + O2

bull Peroxisomy erytrocyty

bull Teacutež peroxidasovaacute aktivitaH2O2 + ROOH rarr H2O + ROH + O2

(ve srovnaacuteniacute s GPX nevyacuteznamnaacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

26

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomechperoxisomech

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSHTranshydrogenasa

NADPH+H+

NADP+

NADH+H+

NAD+

Pentosovyacute cyklus

O2middotndash

Superoxiddismutasa

Redukovanyacute glutathion (GSH)

Oxidovanyacute glutathion (GS-SG)

ATPATP

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

27

H2O2

GSH

O2middotndash

Superoxiddismutasa

H2O

Thioredoxin

reduktasa RED

Thioredoxin

reduktasa OX

NADPH+H+

NADP+

SH HS

S S

Peroxiredoxin

RED

Peroxiredoxin

OX

SH HS

S S

Thioredoxin

RED

Thioredoxin

OX

FADH2 (Se)

FAD (Se)

bull Redoxně aktivniacute přechodneacute kovy (Fe Cu) přijiacutemajiacutedaacutevajiacute jeden elektron snadnondash obchaacutezejiacute spinovou restrikci kysliacutekundash kovy jsou v aktivniacutech centrech všech proteinů

pracujiacuteciacutech s kysliacutekem

bull Ale tyteacutež vlastnosti Fe Cu jsou škodliveacute pokudnejsou kontrolovaacutenyndash Fentonova reakce

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

oxidativniacute poškozeniacute biomolekul

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

28

Antioxidačniacute ochrana III

Sekvestrace železa a mědi

bull Proteiny zachaacutezejiacuteciacute s železem anebo mědiacutendash transferin vaacuteže 2 atomy Fe3+ (transport)ndash laktoferin analogickyacute transferinu ale Fe

neuvolňuje ( jen sekvestrace) leukocytyndash feritin H a L podjednotky H je ferroxidasa

skladovaacuteniacute Fe (až 4500 atomů Fe3+) ndash haptoglobin vaacuteže hemoglobin v cirkulacindash hemopexin vaacuteže hem v cirkulacindash ceruloplasmin obsahuje Cu funkce

ferroxidasa (export Fe z buněk)ndash albumin transport Cu

ICT ECT

Superoxid

Peroxid FeCu

Superoxid

Peroxid FeCu

SuperoxiddismutasaGlutathionperoxidasaKatalasa

GlutathionTokoferolAskorbaacutet

Antioxidačniacute enzymy amp hladiny

glutathionu velmi niacutezkeacute

TokoferolAskorbaacutetKarotenoidy kyselina močovaacute

albumin glukosa bilirubin

Redoxně aktivniacute Fe přiacutetomno(LIP sbquolabile iron poollsquo)

Sekvestrace železa a mědi- transferin laktoferin- hemopexin- haptoglobin- ceruloplasmin (ferroxidasa)- Cu vaacutezaacuteno na albumin

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

29

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubinndash Kyselina močovaacutendash Kyselina lipoovaacute

bull Z DIETYndash Askorbaacutet (Vitamiacuten C)ndash α-Tokoferol (Vitamiacuten E)ndash Karotenoidyndash Rostlinneacute fenoly

Antioxidačniacute ochrana IV

Niacutezkomolekulaacuterniacute antioxidačniacute substraacutety

Tokoferoly (Vitamin E)

bull skupina 8 isomerů nejuacutečinnějšiacute α-tokoferol

bull antioxidant membraacuten (lipofilniacute)

bull ldquochain-breakingrdquo zastavuje řetězovoureakcilipoperoxidace

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

30

Askorbaacutet (Vitamiacuten C)

bull Redoxně aktivniacute derivaacutet sacharidů

bull U většiny živočichů syntetizovaacuten z kyseliny glukuronoveacute

bull Pro člověka primaacutety netopyacutery a morčata vitamiacuten

bull Deficit způsobuje onemocněniacute zvaneacute kurděje (skorbut)

Askorbaacutet v těle

bull Hlavniacute funkce je pro-oxidačniacute kofaktor hydroxylasndash Hydroxylace Pro a Lys při synteacuteze kolagenundash Synteacuteza noradrenalinu z dopaminundash Synteacuteza karnitinu (hellip uacuteloha v oxidaci tuků)ndash Aktivace hypotalamickyacutech peptidovyacutech hormonů

amidaciacute (CRH GRH oxytocin vasopresin substance P)

bull Reduktant pro železo podpora jeho vstřebaacutevaacuteniacutebull Při poruše sekvestrace Fe (hemochromatosa) může byacutet

nebezpečnyacute pro-oxidant ()bull Denniacute potřeba 70-100 mg vyššiacute daacutevky po se vyloučiacute

močiacute (renaacutelniacute praacuteh cca 200 mg24 hod)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

31

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

AktivovanAktivovaneacuteeacute neutrofily neutrofily akumulujakumulujiacuteiacute dehydroaskorbdehydroaskorbaacuteaacutett

(DHA)(DHA) GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

32

Selen

ndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost deficitu i intoxikace

ndash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy

ββββ-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezundash Retinal hellip viděniacute

ndash Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu a diferenciace buněk

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakceOxidace nebo nitrosylace kritickyacutech -SH skupin

Transkripčniacute faktory (NFκB Nrf-2hellip)aktivace translokace do jaacutedra

Indukce genoveacute expresebull chaperony (heat shock proteiny)bullenzymy antioxidačniacute ochrany

bullmetalothioneinbullhemoxygenasa 1

helliprarr vyššiacute odolnost vůči

dalšiacutemu oxidačniacutemu stresu

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

33

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

ProPročč ččervenerveneacuteeacute krvinkykrvinky potpotřřebujebujiacuteiacute

pentosovyacutepentosovyacute cykluscyklus

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)

34

Glutathionperoxidasa

H2O2

H2O

Glutathionreduktasa

GS-SG

GSH

Methemoglobin-reduktasa

NADPH+H+

NADP+

Hb-FeIII

Hb-FeII

Pentosovyacute cyklus

Superoxiddismutasa

O2middotndash

Volneacute radikaacutely v patogenesi lidskyacutech onemocněniacute

bull Přiacutečina chorobneacuteho stavu napřbull cancerogenese v důsledku expozice ionizačniacutemu zaacuteřeniacutebull retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis)

bull Vyacuteznamnyacute podiacutel na patogenesi napřbull aterosclerosabull diabetes mellitusbull hypertenzebull některeacute typy rakovinybull mozkoveacute traumahemoragiebull ischemicko-reperfusniacute poškozeniacute srdce a jinyacutech orgaacutenůbull Parkinsonova nemocbull Alzheimerova nemocbull staacuternutiacute

bull Jen epifenomenon (obecnyacute důsledek tkaacuteňoveacutehopoškozeniacute)