antioxida ční ochrana. stárnutí. antioxidanty v potrav ě · deficit hydroláz dodávaných do...

22
1 Antioxidační ochrana. Stárnutí. Antioxidanty v potravě MUDr. Jan Pláteník, PhD Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky 1.LF UK Ionizační záření: Hydroxylový radikál vzniká ionizací vody: H 2 O + hν H· + OH· Reaktivní formy kyslíku v organismu: Jednoelektronovou redukcí kyslíku (mitochondrie, NADPH oxidasa) vzniká superoxid O 2 ·– Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodíku: O 2 ·– + O 2 ·– + 2 H + O 2 + H 2 O 2 Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvoří z peroxidu hydroxylový radikál: H 2 O 2 + Fe 2+ OH + OH· + Fe 3+

Upload: truongkhanh

Post on 29-Mar-2019

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

1

Antioxidačniacute ochrana

Staacuternutiacute

Antioxidanty v potravě

MUDr Jan Plaacuteteniacutek PhD

Uacutestav leacutekařskeacute biochemie a laboratorniacute diagnostiky 1LF UK

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 vodiacuteku

O2middotndash + O2

middotndash + 2 H+ rarr O2 + H2O2

Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvořiacute z peroxiduhydroxylovyacute radikaacutel

H2O2 + Fe2+ rarr OHndash + OHmiddot + Fe3+

2

Oxidačniacute stres

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

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

3

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)

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)

4

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

O2Shluknout se

O2

5

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

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

6

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

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

7

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

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

8

Katalasa

bull 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)

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomech

9

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

Zaacutekladniacute systeacutem pro odstraňovaacuteniacuteperoxidu vodiacuteku v lidskeacutem těle neniacute

glutathionperoxidasa ale

Peroxiredoxinthioredoxin

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

2

Oxidačniacute stres

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

bull Oxidačniacute stres nastaacutevaacute při vychyacuteleniacute teacutetorovnovaacutehy směrem k oxidaci

Antioxidačniacute ochrana

bull prevence tvorby ROSRNS (regulaceprodukujiacuteciacutech enzymů sekvestracepřechodnyacutech kovů)

bull vychytaacutevaacuteniacute lapaacuteniacute a zhaacutešeniacute radikaacutelů

bull reparačniacute systeacutemy (fosfolipasy proteasom enzymy opravujiacuteciacute DNA)

3

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)

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)

4

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

O2Shluknout se

O2

5

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

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

6

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

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

7

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

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

8

Katalasa

bull 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)

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomech

9

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

Zaacutekladniacute systeacutem pro odstraňovaacuteniacuteperoxidu vodiacuteku v lidskeacutem těle neniacute

glutathionperoxidasa ale

Peroxiredoxinthioredoxin

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

3

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)

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)

4

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

O2Shluknout se

O2

5

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

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

6

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

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

7

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

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

8

Katalasa

bull 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)

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomech

9

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

Zaacutekladniacute systeacutem pro odstraňovaacuteniacuteperoxidu vodiacuteku v lidskeacutem těle neniacute

glutathionperoxidasa ale

Peroxiredoxinthioredoxin

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

4

O2

Prvniacute organismus

(anaerobniacute)

Vyvinout antioxidačniacute

ochranu Vyhynout

Uchyacutelit se do anaerobniacutech podmiacutenek

O2Shluknout se

O2

5

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

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

6

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

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

7

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

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

8

Katalasa

bull 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)

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomech

9

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

Zaacutekladniacute systeacutem pro odstraňovaacuteniacuteperoxidu vodiacuteku v lidskeacutem těle neniacute

glutathionperoxidasa ale

Peroxiredoxinthioredoxin

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

5

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

Mitochondrie jsou původně

fagocytovaneacuteparazitujiacuteciacute bakterie

6

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

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

7

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

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

8

Katalasa

bull 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)

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomech

9

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

Zaacutekladniacute systeacutem pro odstraňovaacuteniacuteperoxidu vodiacuteku v lidskeacutem těle neniacute

glutathionperoxidasa ale

Peroxiredoxinthioredoxin

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

6

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

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

7

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

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

8

Katalasa

bull 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)

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomech

9

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

Zaacutekladniacute systeacutem pro odstraňovaacuteniacuteperoxidu vodiacuteku v lidskeacutem těle neniacute

glutathionperoxidasa ale

Peroxiredoxinthioredoxin

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

7

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

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

8

Katalasa

bull 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)

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomech

9

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

Zaacutekladniacute systeacutem pro odstraňovaacuteniacuteperoxidu vodiacuteku v lidskeacutem těle neniacute

glutathionperoxidasa ale

Peroxiredoxinthioredoxin

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

8

Katalasa

bull 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)

Oxidace dlouhyacutech mastnyacutech kyselin v peroxisomech

9

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

Zaacutekladniacute systeacutem pro odstraňovaacuteniacuteperoxidu vodiacuteku v lidskeacutem těle neniacute

glutathionperoxidasa ale

Peroxiredoxinthioredoxin

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

9

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

Zaacutekladniacute systeacutem pro odstraňovaacuteniacuteperoxidu vodiacuteku v lidskeacutem těle neniacute

glutathionperoxidasa ale

Peroxiredoxinthioredoxin

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

10

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

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

11

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

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

12

bull THIOLY ndash Glutathionndash Thioredoxin

bull DALŠIacute ENDOGENNIacute METABOLITYndash Bilirubin ndash 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

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

13

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)

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

14

membraacutenovyacute kompartment hydrofilniacute kompartment

LH

L

Tokoferol

Tokoferyl

radikaacutel

LOOH

LOO

řetězovaacute reakce

lipoperoxidace

Ascorbaacutet

Semidehydro-

ascorbaacutet

Dehydroascorbaacutet

+e-

-e-

dehydroascorbaacutetreduktasa

2GSH

GSSG

Aktivovaneacute neutrofily

akumulujiacute

dehydroaskorbaacutet (DHA)GLUT1

DHA

Askorbaacutet

Ochrana membraacuteny neutrofilu před oxidaciacute vlastniacutemi ROS

GSH

GSSG

Glutaredoxin

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

15

bull Selenndash stopovyacute prvek (denniacute potřeba 55 microg) možnost

deficitu i intoxikacendash Součaacutest řady antioxidačniacutech enzymů

(glutathionperoxidasy thioredoxinreduktasy) a takeacute např 5lsquo-dejodasy (T4rarrT3)

bull Karotenoidy

ndash β-karoten (provitamiacuten A) je prekursor pro synteacutezu

bull Retinal hellip viděniacutebull Kyselina retinovaacute hellipregulaacutetor genoveacute exprese růstu

a diferenciace buněk

ndash Antioxidačniacute ochrana kůže a oka

Rostlinneacute (poly)fenoly

bull Tisiacutece laacutetek (quercetin resveratrol katechinyhellip)

bull Ovoce zelenina čaj červeneacute viacuteno sojovaacuteomaacutečka kaacuteva čokolaacuteda kořeniacutehellip

bull Vyacuteborneacute antioxidanty (reduktanty) in vitro

bull In vivo situace složitějšiacutendash Resorpce v traacuteviciacutem traktu

ndash Konverze na jineacute derivaacutety

ndash Dalšiacute specifickeacute biologickeacuteuacutečinky

Obrhttpwwwjustaboutskincom

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

16

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

Apoptosa jako ldquoextreacutemniacute

antioxidačniacute ochranardquo

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

17

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)

Co je to staacuternutiacute

bull U různyacutech živočichů vypadaacute stejně ale probiacutehaacuterůzně rychle hellip musiacute byacutet univerzaacutelniacute děj

bull Stochastickyacute proces na rozdiacutel např od embryogenese neniacute přiacutemo programovaacuteno genomem (I když geny hrajiacute roli)

bull Na molekulaacuterniacute uacuterovni

neschopnost obnovovat spraacutevnou strukturu

biomolekul neomezeně dlouho

bdquosystemic molecular disorderldquo (Hayflick)

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

18

Radikaacutelovaacutemitochondriaacutelniacute teorie staacuternutiacute

bull Hromaděniacute oxidačniacuteho poškozeniacute s věkem(Denham Harman 1956)

bull Později formulovaacutena mitochondriaacutelniacute teorie

bull hellipmitochondrie jsou hlavniacute zdroj ROS v organismubull Ale nedařiacute se jednoznačně prokaacutezat že mito DNA je

viacutece poškozovaacutena ROS ani že dramaticky hromadiacutemutace s věkem

bull Model dle Kirkwooda a Kovalda

ndash Určiteacute množstviacute ROS unikaacute z mitochondriiacute a poškozuje ostatniacute buněčneacute struktury

ndash Prevence tvorby ROS a systeacutemy opravujiacuteciacutepoškozeniacute nejsou nikdy 100 uacutečinneacute

ndash Miacuterně poškozeneacute mitochondrie produkujiacute meacuteněenergie než buňka potřebuje

Jak se buňky zbavujiacute nepotřebnyacutech proteinů a organel

bull Kalpainy proteasom (proteiny s kraacutetkyacutem poločasem)bull Autofagie (proteiny s dlouhyacutem poločasem organely)

ndash Makroautofagie (celeacute organely)ndash Mikroautofagie (makromolekuly maleacute organely)ndash Chaperony zprostředkovanaacute autofagie (KFERQ proteiny)

Obr httpcpmcnetcolumbiaedudeptgsasanatomyFacultyKessinautophagyhtml

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

19

Staacuternutiacute jako katabolickeacute selhaacuteniacuteNekompletniacute degradace v lysosomech uvolněniacute Fe z mito ROS lipoperoxidace cross-linking agregace a polymerace

zoxidovanyacutech proteinů a lipidů

uarr LIPOFUSCIN (v lysosomech)V cytosolu defektniacute mito a

proteinoveacute agregaacutety

Deficit hydrolaacutez dodaacutevanyacutech do defektniacutech lysosomůPoškozeneacute a hypertrofovaneacute (obřiacute) mito nelze odbourat

Meacuteně ATP viacutece ROS poškozeneacute mito a lysosomymohou iniciovat apoptosu

+

Obr httpwwwuni-mainzdeFBMedizinAnatomieworkshopEMEMtLysohtml

Antioxidačniacute ochrana V

Stresovaacute reakce

Oxidace 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

helliprarr propagace zaacutenětu

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

20

Stresovaacute reakce se ve staacuteřiacute staacutevaacute chronickou

Nick Lane Oxygen The Molecule that made the World Oxford University Press 2002

Disposable soma theoryJak dlouho maacute tělo vydržet

bull V přiacuterodě se většina živočichů staacuternutiacute nedožijendash selekčniacute stiacuten pro mutace s negativniacutem vlivem v pozdniacutech faacuteziacutech

života

bull V přiacuterodniacutem vyacuteběru je rozhodujiacuteciacute uacutespěch v reprodukci ndash hellip geny prodlužujiacuteciacute post-reprodukčniacute obdobiacute nejsou k ničemu

bull Omezeneacute množstviacute metabolickeacute energie se musiacute dělit mezi uacutedržbu těla a reprodukci (trade-off)

(TBLKirkwood amp SN Austad Nature 408 (2000) 233-238)

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

21

Antioxidanty jako elixiacutery mlaacutediacute

bull Vitamiacuten E (tokoferol)

bull Vitamiacuten C (askorbaacutet)

bull β-karoten

bull Selen

Obr httpwwwoselcz

Antioxidačniacute potravniacute doplňky

mohou dokonce škodit

bull Recentniacute meta-analyacuteza celkoveacute mortality v 68 studiiacutech s podaacutevaacuteniacutem antioxidačniacutechpotravniacutech doplňků (232 606 uacutečastniacuteků 385 publikaciacute)

ndash β-karoten vitamiacuten A a vitamiacuten E signifikantně zvyšujiacute mortalitu

ndash Vitamiacuten C a selen nemajiacute vliv

(Bjelakovic G et al JAMA 2007 297 842-857)

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm

22

Proč antioxidanty nepomaacutehajiacute

nebo dokonce škodiacute

bull Ve vyššiacutech daacutevkaacutech už nedělajiacute nicbull Působiacute tam kde nemajiacute

ndash Inhibice stresoveacute reakcendash Braacuteniacute boji proti infekci naacutedorovyacutem buňkaacutem

opraacutevněneacute apoptose

bull Majiacute i jineacute uacutečinky než antioxidačniacutendash tokoferoly protizaacutenětliveacutendash β-karoten ko-karcinogen (dohromady s

kouřeniacutem nebo environmenaacutelniacutemi toxiny)

Dieta bohataacute na ovoce a zeleninu (optim 5x 80 g denně) je spojena s nižšiacutem rizikem kardiovaskulaacuterniacutech chorob diabetu a některyacutech typů

rakoviny (pliacutece uacutestahltan)

(ale neviacuteme proč)

httpwwwcalpolyedu~lcimarelknowhtm