STRESUL OXIDATIV. ACTUALITI I IMPLICAII FIZIOPATOLOGICE

Dualitatea moleculei de oxigen (toxicitatea moleculei de oxigen). Ce sunt RADICALII LIBERI ? (Speciile reactive ale oxigenului -ROS) Surse endogene de ROS. Surse exogene de ROS. De ce exist radicali liberi n organism? Ce fac bine?

Cnd apare stresul oxidativ? STATUS OXIDATIV.... Efectele celulare ale aciunii ROS- IMPLICAII FIZIOPATOLOGICE Cum se apr celula n mod natural de efectele ROS?

SCAVENGERS i QUENCERS Cum putem interveni pentru a sprijini echilibrarea BALANEI PROOXIDANI / ANTIOXIDANI

STRESUL OXIDATIV este situaia rezultat din generarea intens de radicali liberi ai oxigenului raportat la capacitatea sistemelor antioxidante existente la un moment dat. STATUS OXIDATIV(Helmut Sies,1981, 1985 ,1993) apare datorit toxicitii oxigenului apare datorit radicalilor liberi n general i a speciilor reactive de oxigen n special

Pierderea homeostaziei cu o producere, n exces, a speciilor reactive cu oxigen i/sau o diminuare a capacitii antioxidante a organismului att prin procese de oxidare, ct i prin procese de reducereStresul oxidativ reprezint agresiunea produs la nivel molecular prin dezechilibrul balanei prooxidant/antioxidant n favoarea primului, dezechilibru manifestat prin consecine la nivelul tuturor organelor i esuturilor. Speciile reactive de oxigen sunt produse n organismele aerobe n condiii fiziologice. Aceti produi metabolici intermediari induc modificri patologice doar cnd nu mai pot fi contracarai de antioxidanii endogeni.

Procese prooxidante = formatoare de specii reactive de oxigen sau/i ali radicali liberi

Procese de aprare antioxidant endogen (cu care organismul este nzestrat)

Helmut Sies (1985)

REPERE CRONOLOGICE N STUDIUL RADICALILOR LIBERI (I):

nainte de 1950: vrsta de aur a chimiei 1775 Priestly descoper O2 i observ efectul toxic al acestuia 1900 Gomberg descoper radicalul trifenilmetil 1901 - Baeyer i Vihger descoper peroxinitritul 1934 Haber i Weiss descoper reacia: Anion superoxid + peroxid de hidrogen radical hidroxil (. OH)

Dup 1954 prezena radicalilor liberi n probe biologice Commoner et al. (1954) Nature, 174:689-691. Gerschman (1954) observ similitudini ntre efectul radiaiilor i toxicitatea oxigenului

1956: Pot radicalii liberi s ia natere ca produi intermediari ai reaciilor enzimatice in vivo? 1956: Harman Radicalii liberi sunt relele din Cutia Pandorei (mbtrnire, mutaii, cancer.)

REPERE CRONOLOGICE N STUDIUL RADICALILOR LIBERI (II):

1969 Descoperirea superoxid dismutazei (SOD) de McCord & Fridovich:Radicalii liberi sunt importani n biologie din moment ce organismul are sisteme enzimatice de aprare!!!! ncep cercetri intense privind rolul oxidanilor n patologie

Pn la sfritul anilor 70: Radicalii liberi suntimportani pentru procesele biologice normale Mittal & Murad (1977): anionul superoxid stimuleaz formarea GMPc Babior et al. (1973): recunoaterea relaiei dintre producerea de superoxid i activitatea bactericid a neutrofilelor Ignarro & Kadowitz (1985) i Moncada (1987): NO . este important n circulaie Granger (1981): coreleaz efectul radicalilor liberi cu procesele de ischemie /reperfuzie

Helmut Sies (1985): definete conceptul de stres oxidativ

Unul dintre paradoxurile vieii pe planeta noastr

DUALITATEA MOLECULEI DE OXIGENViaa fr oxigen nu exist

Blnd, simplu, inofensivO2 rol fundamental pentru metabolismul energetic i respiraie

Toxic

Organismele superioare tolereaz oxigenul datorit sistemelor de aprare cu care sunt nzestrate, i l utilizeaz pentru producerea energiei celulare (mitocondria).VIAA ESTE UN PROCES DE OXIDO-REDUCERE !!

OXIDARE I REDUCERE

Oxidarea Reducerea Este Este Cedare de electroni Acceptare de electroniAcceptor de electroni

eXm+redus

Xm2+eoxidatDonor de electroni

Metale redox active (tranziionale) (proteine care conin cupru/ fier)

Pmntul a fost la origine anoxic Metabolismul a fost anaerob O2 a nceput s apar n urm cu ~ 2,5x109 ani

Metabolismul anaerob GLICOLIZAGlucoz + 2ADP + 2Pi Lactat + 2ATP +2H2O

Metabolismul aerob O2 acceptorul final de electroniGlucoz + 6O2 + 36ADP + 36Pi 6CO2 + 36 ATP + 6H2O

OXIGENUL n stare fundamental are 2 electroni nepereche (este un diradical)

Cei 2 electroni nepereche au spini paraleli

Molecula de oxigen (O2) are reactivitate minim (chiar nereactiv) fa de majoritatea moleculelor organice care au electroni cu spini opui (apar restriciile de spin) Stare fundamental de triplet Este un gaz paramagnetic ; reacioneaz cu moleculele organice numai sub form activat

ACTIVAREA O2

Absorbia unei energii suficiente pentru a inversa spinul unuia din electronii nepereche Reducerea monoelectronic (univalent)

Reducerea univalent a oxigenului genereaz metabolii oxigen-reactivi cu o mare toxicitate (cum ar fi, de exemplu .OH)

O2e-

1O

2

singlet

superoxid

O2 . e-

H+

HO 2.

peroxi

O22-

H+

HO2--

H+

H2O2 peroxidH+ e-

e-

H2O2

H+

OH . + H2O hidroxil

Schema reducerii univalente a O 2 si formarea radicalilor liberi ai oxigenului

Organizarea electronilor pentru fiecare etap de activare a oxigenului i energia de reacie

Deci, RADICALII LIBERI. [

.] X

= molecule sau fragmente moleculare care conin un electron nepereche n biochimie se prefer termenulProprieti:de specii oxigen-reactive, in locul celui de radicali liberi

Conin unul sau mai muli electroni celibatari Din punct de vedere electrostatic pot fi neutri sau ncrcai +/-

Posed o foarte mare reactivitate chimic (dependent de concentraie i temperatur, pH, potenial redox) Cei cu structur simpl au o durat de via foarte scurt, cei cu structur complex au o stabilitate mai mare

Prooxidanii ... n generalRadicali liberi orice specie chimic liber care conine unul sau mai muli enepereche o molecul cu un e- nepereche ntr-un orbital extern

Specii neradicalice specii care au un potenial puternic oxidant specii care favorizeaz formarea unor oxidani puternici (ex. metale tranziionale)

Tipuri de specii oxigen-reactive

Tipuri de specii azot-reactive

Longevitatea speciilor reactiveSpecia Timp de njumtire

Peroxid de hidrogen Hidroperoxizi organici Acid hipocloros Radicali peroxil Oxid nitric Peroxinitrit Anion superoxid Oxigen singlet Radicali alcoxil Radical hidroxil

~ minute~ secunde~ milisecunde ~ milisecund~ nanosecunde

Dintre toate speciile oxigen reactive, anionul superoxid (O2-) este cel mai bine cunoscut. Acesta are o structur paramagnetic, cu un singur electron pe orbitalii * de antilegtur.El constituie prima etap a activrii O2 cu donori de un electron sau cu specii paramagnetice. Este o specie destul de puin agresiv, putnd servi drept canal de evacuare pentru radicalii intracelulari. Anionul superoxid poate determina ns formarea multor specii reactive, incluznd radicalul hidroxil (HO.), peroxidul de hidrogen (H2O2), oxigenul singlet (1O2) si _ peroxinitritul (ONOO ).

Activitatea radicalior liberi este un fel de IRADIERE INTERN

.OH) Radicalul hidroxil (

Sintez catalizat de un metal tranziional

Ali reductori pot genera Fe2+(ex. GSH, ascorbat, hidrochinone)

Fe2+ este un oxidant extrem de reactiv

Citotoxicitatea specilor reactive de oxigen este intens mediat de ionii de fier

Specii reactive generatoare de peroxizi

Ci celulare de reducere a oxigenului

Surse de radicali liberi n ENDOGENE EXOGENE organism Radiaii diferite (ultrasunete, Lanul respirator mitocondrialActivitatea enzimelor din reticulul endoplasmic (metabolismul xenobioticelor) Activitatea enzimelor din fagocite Activitatea enzimelor lizozomale Activitatea enzimelor din peroxizomi Activitatea oxihemoglobinei Biosinteza eicosanoizilor n membrane celulare Autooxidarea catecolaminelor Activitatea oxidoreductazelor mbtrnire Metabolism O2 Ozonul Cldura exagerat

microunde...)

Substane poluante din ap, aer, sol

Fumul de igar (NO2) Hiperoxie Hipoxie Creterea presiunii O2 Efortul fizic intens Pesticide Infecii microbiene i virale Inflamaia Ischemia-Reperfuzia Medicamente Droguri reactive de oxigen

SpeciiO2 .-

. OH

H2 O2

Lezare celular

Surse endogene de specii reactive de oxigenOxidari microzomiale Flavoproteine, CYP Mieloperoxidaza (fagocite)

Xantin oxidaza izoformele NOS

Reticul endoplasmic Lizozomi Citoplasma Fe Cu Metale tranzitionale

Oxidaze Flavoproteine

Peroxizomi

Mitocondrie

Transport de electroni (respiratia celulara)

Membrana plasmatica Lipooxigenaze Ciclooxigenaza Prostaglandin sintaza NADPH oxidaza

Surse mitocondriale de ROS LANUL RESPIRATOR MITOCONDRIAL: O2 actioneaz n procesulcentral al metabolismului vieii aerobe, ca acceptor final de electroni, fiind redus la ap. Transferul de electroni la oxigen genereaz intermediari reactivi.

4H+ + O2

H2O ( ~ 1,5 - 4% din O2

O.-2

H2O2)

LANUL RESPIRATOR MITOCONDRIAL:

LANUL RESPIRATOR MITOCONDRIAL:

Viteza de formare a ROS depinde de viteza de utilizare a oxigenului i este direct proporional cu numrul de mitocondrii din celul.

Surse microzomiale de ROSBiosinteza tirozinei, adrenalinei, serotoninei, melatoninei, acizilor biliari, hormonilor steroizi.

Substrat

Citocrom

Activarea vitaminelor D, activarea prolinei, lizinei, pentru biosinteza colagenului.Metabolizarea xenobioticelor n vederea eliminrii.

Fe-S proteine

Substrat hidroxilat R-OH H2O

Metabolizarea compuilor toxici endogeni.

Macrofagul surs endogen de ROSFAGOCITOZA cel mai cunoscut proces metabolic furnizor de specii oxigen reactive (SOR) n organism rolul acestora este esenial n fagocitoz: ei ucid sau labilizeaz structural agentul patogen

ROS, HOCl

Producerea speciilor reactive de oxigen n endoteliu i neutrofileOH

OONO-

l-arginine

e NO NOS NADPH NO n O NADPH 2 NADPH d O2oxidase o ATP AMP adenosine t NADP+ OH e inosine hypoxanthine H2O2 l O2 MPO i XDH XO MPO u HOCl uric acid O2OH

O2

n e u t r o f i l

H2O2

Surse membranare de ROS: activitatea enzimelor din cascada eicosanoizilor

Leucotriene

Surse citoplasmatice de specii oxigen-reactive

Surse enzimatice de specii oxigen-reactiveXantin oxidaza Hipoxantin + 2O2 NADPH oxidaza NADPH + O2 Amin- oxidaze R-CH2-NH2 + H2O + O2 Mieloperoxidaza din fagocite formarea acizilor hipohalohenai H2O2 + X- + H+ Reacia catalizat de NADH oxidaza Hb(Mb)-Fe3+ + ROOH Compus I + NADPH Compus II + NADH NAD + O2 Aldehid oxidaza 2R-CHO + 2O2

Xantin + O2.- + H2O2 NADP+ + O2.-

R-CHO + NH3 + H2O2HOX + H2O Compus I + ROH NAD + Compus II NAD + E-Fe3+ NAD+ + O2.2R-COOH + O2.-

Surse non-enzimatice de specii oxigen-reactiveFe2+ + O2 Hb(Mb)-Fe2+ + O2 Catecholamine + O2 flavine reduse Fe3++ O2.Hb(Mb)-Fe3++ O2.Melanin + O2.-

Leucoflavina + O2 Coenzime

Flavin semichinone + O2.-

Q-hidrochinona + O2Tetrahidropterina + 2 O2

Coenzima Q (ubiquinona) + O2 .Dihidropterina + 2 O2.-

Compuii xenobiotici- surse de specii oxigen-reactive

Speciile reactive de oxigen se formeaz n mod continuu, lent i n cantiti mici Generarea lor are loc n cadrul proceselor fundamentale fiziologice la care particip celula (care nseamn viaa celulei) (subprodui metabolici). Formarea speciilor reactive are loc n majoritatea compartimentelor subcelulare. nelepciunea celulei

De ce exist radicali liberi n organism? Ce fac bine? Intervin n lupta anti-bacterian a organismului (distrug organismele fagocitate). n rest, sunt metabolii intermediari ai unor procese celulare fundamentale....

Dar ce fac ru?

MECANISMELE LEZRILOR CELULARE INDUSE DE SPECIILE REACTIVE DE OXIGEN

LIPIDELipid peroxidation

PROTEINEOxidation of thiols Carbonyl formation Damage to Ca2+ and other ion transport systems

DNADNA damage

GLUCIDEBaze Schiff

Poly ADP Altered gene ribosylation expression

Produi AmadoriMembrane damage Instability to maintain normal ion gradients Depletion of ATP and NAD(P)(H)

Activation/Deactivation of various enzyme systems

AGEs (Produi finali de glicare avansat)

Leziune celular

Schema general a peroxidrii lipidice

Consecinele peroxidrii lipidice Schimbri n structura membranelor- alterri n fluiditate i canale ionice

- alterri ale proteinelor de semnal - creterea permeabilitii ionice

Formarea compuilor cu legturi ncruciate (ex: proteine-ADN) Toxicitatea direct a produilor de peroxidare (ex: 4-hidroxinonenal) Distrugerea proceselor de semnalizare dependente de membran Lezarea ADN => aduci ADN / fragmentri ADN => mutagenez => CANCER

Lezarea membranei celulare

Autooxidarea lipidelor poate conduce la formarea de noi legturi C-C, iar cum lipidele sunt constiuteni ai membranelor, se observ c acest proces de legare ncruciat poate distruge membrana celular. Malondialdehida (MDA) este un produs de peroxidare care faciliteaz aceast legare ncruciat. Produii metastabili formai n urma peroxidrii lipidice pot atinge i alte celule. Astfel peroxidarea lipidic poate produce lezri i la celulele nvecinate ori alte celule sau esuturi care nu sunt direct expuse peroxidrii.

PROTEINELE - inte ale aciunii specilor oxigen-reactive Oxidarea gruprilor tiol (-SH) din protein=> Oxidarea centrilor catalitic activi ale enzimelor => pierderea funciei catalitice (sau funcie anormal!)DAR (!) uneori acest fapt determin o activare a enzimei.

Formarea punilor disulfurice:- legtur protein-protein (RS-SR) - legtur protein - GSH (RS-SG) - alterri ale structurii secundare i teriare - creterea susceptibilitii la proteoliz

Produii de oxidare ai ADNO HN H2NN N

NH2 OHN N N N

NH2 OHN N N N H N

HO

R 8 hidroxi guanina O HN ON H

R 8 hidroxiadenina O

R

2 hidroxi adenina NH2

CH2OH

HN ON H

CH3 OH OH H O

N N H

H OH OH H

5 hidroximetil uracil

5,6 dihidroxi timidina

5,6 dihidroxi citozina

Oxidarea dezoxiribozei (scheletul ADN)

1/2 O 2 +

H+

Fe 2+ Fe 3+

R-NO2 R-NO2.e + 2H+ H2O

O2 .SOD O2 ADN proteine tioli

H2O

mutaii cancer

nitroso

R-N = O e + H+ .

radical hidroxilamina

R-N = OH e + H+ R-NH = OH 2e + 2H + H2O

amina

R-NH2

NO are o mare reactivitate i particip n lanul de reacii alturat prin reacie cu oxigenul NO poate s regenereze compusul iniial sau s formeze compui nitroso (R-N=O), hidroxilamine i amine aromatice. NO poate fi antrenat n reacii cu proteine sau cu coenzime piridinice reduse (NADPH)

Mecanismul inducerii de ctre alcool a peroxidrii lipidiceLewis i Paton au sugerat implicarea xantin-oxidazei citoplasmatice. Acetaldehida, primul metabolit al alcoolului, este metabolizat nu numai de acetaldehid-dehidrogenaz, ci i de xantin-oxidaz.++

Principalele inte ale speciilor oxigen reactive

intestinOH

Ci respiratorii

O2-

HOCl

H2O2

Creier i nervi

Inim i vase de sange

Stri patologice caracterizate printr-o component prooxidantHipo-, hiperoxigenare;

Reacii imune Iradiere demena senilAteroscleroza

Reperfuzie dup ischemie

Cataractogenez

RADICALI LIBERIinflamaii

Cancerogenez chimic Cancer Diabet Parkinson

medicamente

reacii induse prin poluare

intracelular

Intracelular i extracelular

extracelular

AFECIUNI CORELATE CU IMPLICAREA SPECIILOR OXIGEN REACTIVE

AP. RESPIRATOR

Displazie bronhopulmonarFibroz pulmonar idiopatic Emfizem Bronit cronic

AP. DIGESTIV

Astm bronic

AP. CARDIOVASCULARColite ulcerative Maladia Crohn Hipertensiune Ateroscleroz Vasculite

Ulcer gastro-intestinal

AFECIUNI CORELATE CU IMPLICAREA SPECIILOR OXIGEN REACTIVEParkinson

SISTEM NERVOS

Alzheimer

Ischemii cerebraleScleroz multipl

PIELE

AP. RENAL

Nefroz autoimun Glomerulonefrite Dermatite Pigmentri/depigmentri

Pancreatit acut i cronic

Porfirii

PANCREAS

Diabet zaharat Retinopatii

OCHI

Cataract

Accidentul vascular cerebralHIPOXIEdepleie de ATP depolarizare celular eliberare aminoacizi excitatori influx de Ca2+ n celule Activarea fosfolipazelor, proteinkinazelor, proteazelor, endonucleazelor, fosfatazelor, etc. generarea speciilor oxigen reactive efecte celulare devastatoare

acumulare lent Ca2+ n mitocondrie

MOARTE NEURONAL

Teoria stresului oxidativ n boala Parkinson Lezarea neuronilor dopaminergici din substantia nigra Modificri majore post-mortem GPx n cantiti foarte mici Conc mari de fier

Deficit de complex mitocondrial IDeficit de acid folic Conc. mari de homocistein( ATP neuronal)

Boala Alzheimer este o tulburare neurodegenerativ progresiv, de etiologie relativ necunoscut, caracterizat prin deteriorare fizic i cognitiv ireversibil

Particulariti histopatologice, specifice maladiei Alzheimer: Plci senile (formaiuni extracelulare); Degenerescene neurofibrilare (acumulri intraneuronale de filamente compuse din proteine anormale); Pierdere sinaptic i neuronal.

Plci senile

Stres oxidativ indus de amiloidul . Formarea agregatelor de amiloid determin generarea de radicali liberi prin reacii catalizate de ioni metalici, procesul contribuind la stabilizarea legturilor din amiloid i la formarea suplimentar de monomeri de amiloid. Monomerii de amiloid se leag la nivelul receptorilor AGE genernd ROS care vor determina lipoperoxidarea i formarea de 4-HNE. 4-HNE contribuie la apoptoza celulelor neuronale.

Teoria stresului oxidativ n maladia Alzheimer

SARCINAinduce schimbri dinamice si multiple n toate sistemele organismului

Schimbri n utilizarea substratelor energetice utilizate de diferite organe + unitatea fetoplacental Creste consumul bazal de oxigen NO. ONOO

PLACENTA influenteaz homeostazia matern Bogat n mitocondrii O2-.

Intens vascularizat

Bogat n acid lactic

Bogat n macrofage

NO.; TNF-, ; IL-1 HOCl

Bogat n metale tranzitionale, n special ! Necesar crescut de fier n fier Stresul oxidativ creste si atinge un Favorizeaz stresul maxim n al II-lea trimestru al sarcinii oxidativ Mecanismele protectoare mpotriva stresului oxidativ cresc pe perioada sarcinii si protejeaz ftul, care totusi, este expus ntr-o anumit msur stresului oxidativ

sarcin

Situatiile specifice (restrnse) ale sarcinii: - hipertensiunea gestational - rezistenta la insulin si diabetul exacerbeaz actiunea speciilor oxigen-reactive.RISC CRESUT DE MORBIDITATE SI MORTALITATE

Antioxidantii si suplimentarea cu fier amelioreaz sntatea mamei si previn leziunile premature foetale

Diabetul este un sindrom cuprinznd un grup heterogen de tulburri, care pot avea o etiologie diferit, dar care au n comun hiperglicemia, asociat cu modificri lipidice i proteice.

Diabetul este un sindrom caracterizat prin tulburri metabolice complexe asociate cu hiperglicemia. Acest ansamblu de tulburri poate fi provocat:

de leziuni la nivelul celulelor beta-pancreatice care induc sinteza insuficient a insulinei, de modificri structurale ale receptorilor insulinici care induc instalarea rezistenei la aciunea insulinei

Reducerea/absena sintezei/aciunii insulinei DIABETES MELLITUS Modificri profunde ale metabolismului glucidic Diminuarea metabolizrii glucidelor n celule

Celulele nu produc energie Apar modificri ale metabolismului lipidic

HIPERGLICEMIA

Organism obosit esuturile nu sunt bine hrnite

Glicarea proteinelor Perturbarea metabolismului proteic

Glicarea hemoglobinei Hemoglobina glicat n snge Scade procentul de hemoglobin funcional

Crete lipoliza Scade lipogeneza Scad rezervele de energie

Senzaie de foame (polifagie) Senzaie de sete (polidipsie)

Crete producia de corpi cetonici Ficatul nu-i poate metaboliza ACIDOZA

Perturbarea structural a receptorilor i enzimelor

Perturbarea transportului de oxigen i dioxid de carbon Stare de oboseal

Modificri biochimice i metabolice asociate diabetului zaharatPerturbrile celulare asociate diabetului zaharat sunt produse ca urmare unor modificri ale metabolismului celulelor respective: supraactivarea cii poliolilor; glicarea proteinelor i formarea produilor finali avansai de glicare (advanced glycation end products AGE); activarea izoformelor proteinkinazei C (PKC) datorat hiperglicemiei; supraproducia de anioni superoxid la nivel mitocondrial.

ROS

Aldehide toxice Hiperglicemie

Aldozo-reductaza

Alcooli inactiviSorbitol-DH

SorbitolNAD+

FructozaNADH

NADPH

NADP+

Glutation reductazaGSSG 2GSH

Substane ostmotic active

n condiii normale aldozo-reductaza are rolul de a reduce aldehidele - la nivel neuronal celulare toxice la alcooli; cnd concentraia glucozei devine prea mare - la nivel renal (hiperglicemie) enzima reduce inclusiv glucoza la sorbitol (cu consum - la nivel oftalmic de NADPH), care este apoi oxidat la fructoz . Un prim efect negativ al activrii aldozo-reductazei l constituie consumul excesiv de NADPH; prin diminuarea cantitii de NADPH se nregistreaz, de asemenea, diminuarea proteciei antioxidante a celulelor, datorit reducerii concentraiei intracelulare de glutation redus.

Efecte metabolice negative:

Formarea produilor finali de glicozilare avansat

Metabolismul proteic este profund alterat n condiii de hiperglicemie cronic, cnd se produc alterri ale componentelor celulare prin procesul de glicozilare non-enzimatic (glicare). Proteinele glicate formeaz, la rndul lor, legturi ncruciate, i rezult astfel compui macromoleculari care sufer o peroxidare lent pentru a forma aa-numiii produi finali de glicare avansat (advanced gluycation end products AGE).

Formarea produilor finali de glicozilare avansatProduii de glicare avansat afecteaz metabolismul celular prin mai multe mecanisme distincte. Astfel pot avea loc urmtoarele fenomene: modificarea proteinelor intracelulare din celulele endoteliale, n primul rnd a proteinelor implicate n reglarea tanscripional; precursorii AGE pot difuza extracelular i modific proteinele matriei extracelulare din vecintate cu modificarea cilor de semnalizare dintre celul i mediul extracelular i producerea disfunciei celulare endoteliale ; precursorii AGE pot difuza extacelular modificnd proteinele circulante (albumina); proteinele circulante modificate se leag de receptorii corespunztori AGE i determin producerea de citokine proinflamatorii i de factori de cretere care determin accentuarea patologiei vasculare

Glicarea proteinelor i modificarea funciei endotelialePrin glicare se modific i componentele proteice ale lipoproteinelor plasmatice. Lipoproteinele LDL glicate nu sunt recunoscute de receptorii LDL normali i timpul lor de njumtite plasmatic este crescut. De asemenea, AGE distrug oxidul nitric derivat din endoteliu.

reducerea sintezei vasodilatatorului endogen NO; creterea sintezei endotelinei 1 vasoconstrictoare; creterea sintezei transforming growth factor i a plasminogen activator inhibitor-1 (PAI 1); creterea expresiei factorului de transcripie NFB, care activeaz expresia genelor proinflamatorii de la nivel vascular

n celulele diabetice, creterea concentraiei intracelulare de glucoz determin producerea unor cantiti mari de echivaleni reductori (NADH i FADH2). Ca urmare diferena de potenial de la nivelul membranei mitocondriale este mai mare i atinge un prag critic. Transferul electronic la nivelul complexului III este blocat determinnd ntoarcerea electronilor la coenzima Q, care i doneaz unul cte unul ctre oxigenul molecular, genernd anioni superoxid.

Cum se apr celula n mod natural de efectele ROS?n cursul evoluiei celula i-a construit mecanisme endogene de aprare antioxidant

Compartimentarea proceselor metabolice n diversele organite subcelulare (nelepciunea celulei) se evit ntlnirea dintre biomoleculele care reacioneaz i care ar determina dezordini celulare. Sistemele endogene de protecie antioxidant acioneaz n trepte, cu mecanisme biochimice foarte specifice

Mecanismele biochimice1. Protejarea generrii de ROS: chelatarea ionilor de Fe i Cu de ctre proteine specifice i nespecifice (feritina, transferina, albuminele) H. Sies, 1993 2. ntreruperea lanului de formare a ROS: antioxidani endogeni cu mas molecular mic: GSH, vit. E i C, acid uric, etc.

3.Neutralizarea ROS: enzimele antioxidante endogene: SOD, Catalaz, G-Px, GR, etc.4. Reparea leziunilor cauzate de ROS: enzime specifice (reparaze) endonucleaze, peroxidaze, lipaze, etc.

Antioxidanii celulariAntioxidant = o substan capabil, la concentraii relativ mici, s concureze cu un alt substrat oxidabil i astfel, s inhibe oxidarea altor substrate.(B. Halliwell & J.M.C. Gutteridge, 1989)

Molecule mici hidrosolubili: glutation, acid uric, ascorbat , (vitamina C) liposolubili: -tocoferol (vitamina E), -caroten, coenzima Q Proteine (enzime) SOD, Glutation peroxidaza, Catalaza, Ceruloplasmina, Transferina, albumina...

Antioxidani enzimatici: SOD, Cat, GPxPrima linie de aprare antioxidant

eO2 O2.-

e- + 2H+ H2 O2

e- + H+ OH.

e- + H+

O2.- + O2.- + 2H+ H2O2 + H2O2 H2O2 + RH2

H2 O2 + O2 2H2O + O2 2H2O + R

REGLARE prin Proteinele senzori celulari ai stresului H2 O oxidativ, care au capacitatea de a se SOD oxida reversibil la creterea numrului Catalaza de compui oxidani

Peroxidaza SoxR i OxyR

Reducerea univalent a moleculei de oxigen i sistemele de protecie antioxidant

O2

Acceptori de electroni (vitamina K3)Vitamine C si E SOD, acceptori de O2. (metionin,cistein)

O2. -

H2O2

CATALAZA, PEROXIDAZE. OH

ROO .

Vitamine C si E, Ubichinona Dehidroepiandrosteronul (DHEA) Fosfolipaze, GSH

R-OOH Me+n Men+1

Metal chelatori (EDTA) DPTA

Etapele principale ale generrii speciilor reactive ale oxigenului si actiunea antioxidantilor la diferite nivele

Reeaua Antioxidant endogen depinde de: - meninerea statusului catalitic al aprrii antioxidante- statusul energetic celular

Reducerea catalitic a peroxizilor

Reducerea catalitic a radicalilor lipidici

Concluzie: glucoza este cel mai important antioxidant!!!!

Deci, efectele colaterale, duntoare ale produciei fiziologice de radicali liberi sunt inute sub control de substane cu rol precis de: SCAVENGERS QUENCERS

. NO1O 2O2.ADN

Lipide

Echilibrul factorilor prooxidani/antioxidani =

HOMEOSTAZIE REDOX

Enzime:superoxiddismutaz, Glutation peroxidaz, Catalaz Antioxidanti ne-enzimatici: vitamine (E,A,C), tioli, fenoli, ceruloplasmin, transferin, acid uric, albumin, etc.

Specii Reactive ale Oxigenului: O2, H2O21O OH, 2

HOCl

ns astzi, Exist prea multe surse noi, artificiale, de radicali liberi, pe care mecanismele naturale de aprare nu le mai poate stpni (civilizaie). Suntem alii n relaia cu mediul nconjurtor

Ideea de terapie antioxidant, chiar i n scop preventiv

Stres redox = Stres oxidativ

Enzime:SOD,GPX,CAT Antioxidanti neenzimatici: vitamine (E,A,C), thioli, acid uric, ceruloplasmina, transferina, albumina, etc.

Specii Reactive ale Oxigenului:

O2, H2O2 , 1O2, OH, HOCl

Cum putem interveni pentru a sprijini echilibrarea BALANEI PROOXIDANI / ANTIOXIDANI?

Primul pas: eliminarea pe ct posibil a surselor externe de radicali liberi (mediu ecologic) Al II-lea pas: fortificarea organismului prin prevenie primar (diet+stil de via) i eventual suplimente alimentare bine gndite (doz i combinaii corecte) Al III-lea pas: terapia cu antioxidani STOP! Antioxidanii pot deveni n anumite condiii prooxidani....

ATENIE!!

TERAPIA MODERN CU ANTIOXIDANI

Terapia cu antioxidani implic stabilirea unor biomarkeri ai stresului oxidativ-neevideniati cu certitudine pn n momentul de fa (status oxidativ) Inhibitori ai speciilor oxigen reactive

Inhibitori ai NADPH-oxidazei: imidazol, piridin, EDTA, deferoxamin, bilirubin, deprenil, corticosteroizi Inhibitori ai xantin-oxidazei: alopurinol, oxipurinol, acid folic Anticorpi antileucocitariSisteme enzimatice protectoare Superoxiddismutaza (SOD) Catalaza Glutationperoxidaza Lactoperoxidaza

Medicamente ce interfer cu metabolismul fierului i cuprului deferoxamin, feritin, transferin, lactoferin, ceruloplasmin, albumin seric Antioxidani Vitamine i analogi (vit. E, vit. C, carotenoide, oxicarotenoide) Derivai fenolici (eugenol, guaiacol, probucol) Compui flavonici (flavonoide, isoflavonoide, ceaiul verde) Derivai indolici (carvedilol, melatonin) Derivai xantinici (alopurinol, oxipurinol, acid uric) 21-amino-steroizi (lazaroide) Medicamente antiinflamatoare (piroxicam, acid flufenamic, acid mefenamic, sulindac, fenilbutazon, indometacin, ibuprofen, acid acetilsalicilic) Hipolipemiante (lovastatin) Proteine (albumin) Alte medicamente (beta-adrenolitice, anti-H2, acid lipoic)

Inhibitori ai formrii anionului superoxid

Antiastmatice (beta-adrenomimetice, corticosteroizi, metilxantine) Prostaglandine Flavonoide Antibiotice (minociclina) Antimalarice Inhibitori ai enzimei de conversie a angiotensinei (ACE) Dipiridamol

Scavengers (compui de epurare sau de captare a speciilor reactive) Flavonoide Vitamine (A, C, E) Dipiridamol Pentoxifilin Antibiotice Acid uric Silimarin Acetil cistein Manitol Lazaroide Acid lipoic Melatonin