Lipidperoxidáció

A linolsav kémiai szerkezete

A lipidperoxidáció (angol: lipid peroxidation; röv.: LP) az a folyamat, amelyben a lipidmolekula szabadgyök-állapotba kerül, és ezzel peroxigyökké alakul.^[2] A folyamat során a lipidet szabadgyök-állapotba hozzák iniciátor segítségével, ezáltal képes reakcióba lépni az oxigénnel, és ennek eredményeként peroxigyök keletkezik.^[3] A lipidperoxidáció nem enzimatikus zsírsav-oxidáció. A lipidperoxidáció során a szabad gyök H⁺-iont von el a többszörösen telítetlen membrán zsírsavaitól (linolsav, linolénsav, arachidonsav és származékai) és a lipoprotein oldallánctól. A keletkezett lipidgyök igen reaktív, más lipidgyökök forrása lehet, illetve telítetlen zsírsavakkal reagálva lipidperoxidokat vagy ciklikus szerkezetű peroxidokat képez (izoprosztánok).^[4]

A lipidperoxidáció folyamatának fő szakaszai

A folyamat lépései:

Iniciáció: szabad gyökös támadás, gyökképződés
Propagáció: a szabadgyök-képződés láncreakciószerű kiteljesedése
Termináció: (kvázi)stabil gyökök és molekulák keletkezése

Lipidgyök kialakulása (iniciáció, bevezető szakasz)

Terminális homolízissel

Az iniciáció egyik reakciókomponense egy olyan lipidmolekula, amely már tartalmaz egy peroxid-csoportot, ilyen pl. a PUFA-hidroperoxid. Ebben a reakcióban PUFA-alkoxi- vagy PUFA-peroxigyökök képződnek. A kettős kötéssel szomszédos szénatomon gyökközpont jön létre, miután az iniciátor szabad gyök elvont egy hidrogént, ezzel szabadgyök-állapota megszűnik, a lipidből pedig alkilgyök keletkezik. Konfigurációs változások jönnek létre azonnal. Önmagában lassú folyamat, annak ellenére, hogy következményesen iniciált reakció, és a katalízisben szereplő részben aktivált komponensek már eleve jelen vannak. E folyamatot is felgyorsítja a fémkatalízis. A reakcióban részt vevő vas pl. az oxidált hemből származhat.
R = RH = R-COOH + OH• vagy O₂ --(-H⁺)--> R=R•=R-COOH + HOH

Lipid-peroxid (termináció, befejező szakasz)

Az utolsó fázis a termináció, amelynek végtermékei nem szabad gyökök, de rendelkeznek bizonyos reaktivitással. Ilyen stabil termékek a kilélegzett levegőből mérhető etán és pentán, valamint a testfolydékokból és a szövetekből kimutatható metastabil tiobarbitursav-reaktív malondialdehid. További stabil termékek például a 8-epi-prosztaglandin-F2-α is.

A lipidperoxidáció citotoxikus termékek forrása

Aldehidek

A lipidhidroperoxidok bomlásából származnak. Az aldehidek aktívak lehetnek biológiailag, citotoxikus és mutagén is egyben. Továbbá ezek az aldehidek képesek a fehérjékben keresztkötéseket kialakítani, ami számos sejtalkotót képes inaktiválni, beleértve az enzimeket és a sejtmembránokat. Az epében kóros állapotban felszaporodó telítetlen zsírsavak oxidációja következtében nagymennyiségű lipidperoxidációs termék, diénkonjugátum és malondialdehid mérhető a krónikus epekővel szövődött epehólyag-gyulladásban. A bilirubinnak, mint természetes antioxidánsnak a szerepe e folyamatban egyelőre kérdéses, de bakteriális fertőzés vagy steril gyulladás hatására szabad gyökök képződnek a betegek epehólyagjában.^[5]
CH₂(CHO)₂ → HOCH = CH-CHO

Izoprosztánok

Arachidonsav

A 8–epiprosztaglandin-F2α–8-izoprosztán rendelkezik biológiai aktivitással, mint lehetséges és jelentős pulmonális és renális érszűkítő. Az arachidonsav reaktív oxigénszármazék reakciójának hatására jön létre, majd foszfolipázok segítségével kerül szabad állapotban a keringésbe.

Arachidonsav + O₂^-• ----> izoprosztánok + foszfolipáz ----> 8-izoprosztán

Szénhidrogének

Az etán elsősorban az omega-3 zsírsavakból képződik (pl. 9,12,15-linolénsav), míg a pentán elsősorban az n-6 telítetlen zsírsavakból származik (pl. 9,12,15-linolein sav, arachidonsav). Az etán (C₂H₆) és a pentán (C₅H₁₂) a kilélegzett levegő illékony gázfázisának a része. A kilégzett gázkeverék szervetlen és szerves molekulákat is tartalmaz. Ez utóbbi molekulacsaládot illékony szerves molekuláknak nevezzük (Volatile Organic Compaunds). A gázok más részének megjelenése változó, így bizonyos kórállapotok egy-egy gázprofillal jellemezhetők (például daganatos betegség).

A lipidperoxidáció sejtszintű következményei

A sejtekben és a szövetekben létrejövő LP-s folyamatoknak számos toxikus hatása van, amelyek nagymértékben befolyásolják az élő szervezet működését, sőt gyakran morfológiai elváltozásokat is okoznak. A sejtek szintjén jelentkező LP okozta káros hatások jól körülhatárolhatók.

A sejtek enzimeinek működésének gátlása

A sejtek enzimeinek gátlása elsősorban a hidroperoxidok hatására következik be, pl. az izocitrát-dehidrogenáz-aktivitás szinte teljesen megszűnik a májsejtek mitokondriumaiban a vas-ionok által indukált linolénsav-hidroperoxidok károsító hatása miatt. A szulfhidril-(SH-) csoportok és/vagy a cisztein-tartalmú fehérjék oxidációja is közrejátszik az enzimaktivitások megváltozásában.

Az egyes szövetek lipidperoxidáció iránti érzékenysége

Agyszövet

Az agy különösen érzékeny az oxidációs károsodásokra a nagy lipidtartalom miatt, mert kiemelkedően nagy a PUFA-tartalom és gyenge antioxidáns védelemmel rendelkezik.

Retina

A retina pigment epitélsejtjei különösen érzékenyek az oxidatív hatásokra, amelynek apoptózis a következménye.

Emésztőtraktus

Hatékony antioxidáns védelemmel bír a glutation-peroxidáz aktivitáson keresztül. A gyomor > nyelőcső > vastagbél > vékonybél (kripta >> bélbolyhok csúcsa) mértékkel.

Vérerek

Antioxidáns enzimek hiánya jellemzi, arachidonsav kaszkáddal megterhelve.

Vörösvérsejtek

Oxigén “terhelés” kifejezett antioxidáns védelemmel rendelkeznek (hipo- és akatalazémia (veleszületett katalázhiány)).

Fehérvérsejtek

Jelentős antioxidáns (elsősorban aszkorbinsav) tartalom. Aszkorbinsav koncentráció: T-limfociták > B-limfociták >monociták. Neutrofil granulociták jelentős oxidatív terheléssel bírnak. H₂O₂ termelés, oxidatív burst.

Spermiumok

Rendkívül érzékenyek, gyenge antioxidáns ellátottság, a mitokondriális rendszer fokozott aktivitása jellemzi.

Lipidperoxidáció mértékének meghatározása

Bizonyos diagnosztikai tesztek rendelkezésre állnak a lipidperoxidáció végtermékeinek mennyiségi meghatározására, így például a malondialdehid (MDA) meghatározása.^[6] A leggyakrabban használt teszt a TBARS (tiobarbitursav reaktív anyagok vizsgálat). Tiobarbitursav a malondialdehiddel reagál, így egy fluoreszcens termék képződik, ami mérhető. A lipidperoxidáció mértékét a konjugált dién, a lipidhidroperoxid és a tiobarbitursavval reakcióba lépő (TBARS) anyagok mennyiségének, a plazma teljes lipid-frakciójában és az ebből izolált foszfolipid-frakcióban való meghatározásával követhető.

A lipidperoxidációval szembeni védekezés és elemeinek sejten belüli lokalizációja

Természetes antioxidáns szubsztrátok

Bilirubin

A bilirubin (Bir), a hemoproteinből keletkező protohem degradációs terméke. Nagyobb koncentrációban mérgező, míg metabolizmusának prekurzora a biliverdin peroxil-gyökfogóként viselkedik. Hatékony peroxil-gyökfogóként és "lánctörő" antioxidánsként is viselkedik kísérletes körülmények között.
LOO• + Bir ⇒ LOOH + Bir•
vagy LOO• + Bir•⇒ Bir-LOOH
Bir + O2 ⇔ Bir-OO•
Ha a levegőben az oxigén térfogatszázaléka 20-ról 2%-ra csökken, a harmadik reakció fordított irányú. Az alacsony oxigénnyomás a Bir képződésének kedvez. A vérben a bilirubin antioxidáns hatása élettani oxigéntenzióban nagyobb, mint a levegőben. Egy liposzóma-modellben bizonyítást nyert, hogy élettani oxigénnyomáson a bilirubin hatékonyabb antioxidánsnak bizonyult, mint maga az α-tokoferol. Azonban azt is igazolták, hogy a bilirubin és oxidált formája, a biliverdin, az E-vitaminnal együtt szinergista módon védi a sejteket a lipidperoxidációtól.

Jegyzetek

↑ Roiter, Yuri (2008). „Interaction of Nanoparticles with Lipid Membrane”. Nano Letters 8 (3), 941–944. o, Kiadó: Amerikai Kémiai Társaság. DOI:10.1021/nl080080l. (Hozzáférés: 2017. május 12.)
↑ Marnett LJ.(1999) Lipid peroxidation-DNA damage by malonaldehyde Mutat Res, 424(1-2):83-85.
↑ http://www.mkk.szie.hu/dep/takt/Download/tananyag/.../LPANTIOXPHD.ppt^{[halott link]}
↑ http://www.nyf.hu/others/html/biologia_intezet.../szabadgyok_reakciokI.ppt^{[halott link]}
↑ (Blázovics et al. 1998, Blázovics 2007a)
↑ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?list_uids=10064852&cmd=Retrieve&indexed=google

Források

További információk

Garrett & Grisham: Biochemistry 2nd ed (1998); Saunders Coll. Publ.
Mathews et al.: Biochemistry 3rd ed (2000); Benjamin Cummings
Bálint Miklós: Molekuláris biológia I.-III. Műszaki kiadó (2000, 2002)
Szerves kémia I., II., III., IV., V.Dr. Kucsman Árpád (1976, ELTE, Tankönyvpótló kiadvány és az azt kiegészítő előadási ábragyűjtemény)
Organic Chemistry (7th edition) Graham Solomons and Craig Fryhle (2000 John Wiley and Sons, Inc. New York)
A Prime to Mechanism in Organic Chemistry Peter Sykes (1995 Longman Scientific and Technical)
Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non ...Helaine Selin Springer 2008.
Pharmacology. H. P. Rang, M. Maureen Dale, James M. Ritter, Graeme Henderson, Rod J. Flower Elsevier Limited, Oxford, 2011.
Gupta VK, Sharma SK. Plants as natural antioxidants. Natural Product Radiance 2006; 5(4): 326-334.

Kémiaportál
Orvostudományi portál

[Roiter_Ornatska_Rammohan_Balakrishnan_2008_pp._941–944-1] Roiter, Yuri (2008). „Interaction of Nanoparticles with Lipid Membrane”. Nano Letters 8 (3), 941–944. o, Kiadó: Amerikai Kémiai Társaság. DOI:10.1021/nl080080l. (Hozzáférés: 2017. május 12.)

[2] Marnett LJ.(1999) Lipid peroxidation-DNA damage by malonaldehyde Mutat Res, 424(1-2):83-85.

[3] ttp://www.mkk.szie.hu/dep/takt/Download/tananyag/.../LPANTIOXPHD.ppt^{[halott link]}

[4] ttp://www.nyf.hu/others/html/biologia_intezet.../szabadgyok_reakciokI.ppt^{[halott link]}

[5] (Blázovics et al. 1998, Blázovics 2007a)

[ncbi.nlm.nih.gov-6] ttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?list_uids=10064852&cmd=Retrieve&indexed=google

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]