UNIVERZITET U BEOGRADU

UNIVERZITET U BEOGRADUFARMACEUTSKI FAKULTET

SEMINARSKI RAD

Tema:

Parametri oksidativnog stresa I ateroskleroza

Mentor: Student:Dr sc. Jelena Kotur-Stevuljevi Bokovi Ana

Beograd, 2009.godine

Sadraj1.Uvod.....................................................................................................32. Radikalski i neradikalski oksidativni stres..............................42.1. Reaktivne vrste kiseonika (ROS).......................................................42.1.1. Superoksidni anjon..........................................................................42.1.2 Vodonik peroksid.............................................................................42.1.3. Hidroksilni radikal...........................................................................52.1.4. Singletni kiseonik............................................................................52.2. Reaktivne vrste azota (RNS)..............................................................52.21. Azotni oksid.....................................................................................52.2.2. Peroksinitrit.....................................................................................53. Efekti oksidanasa na makromolekule......................................63.1. Nukleinske kiseline............................................................................6

3.2. Proteini...............................................................................................6

3.3. Lipidi..................................................................................................7

4. Patogeneza oksidativnog stresa..................................................75. Oksidativni stres i ateroskleroza...............................................86. Zakljuak........................................................................................127.Literatura.........................................................................................131. Uvod.

Oksidativni stres je stanje koje se javlja kada prooksidansi (slobodni radikali) nadvladaju mehanizme antioksidativne zatite organizma. Da bi razmeli ta je oksidativni stres moramo se upoznati sa pojmovima kao to su slobodni radikali i antioksidansi.

Slobodni radikali su nestabilni molekuli, velike reaktivnosti, koji u organizmu stupaju u hemijske reakcije sa delovima elije (proteinima, lipidima, ugljenim hidratima, molekulima DNK) pri emu dovode do biohemijskih, strukturnih, funkcionalnih poremeaja. Kada je stanje organizma takvo da postoji poveana produkcija i smanjena sposobnost neutralizacije i eliminisanja slobodnih radikala onda govorimo o stanju oksidativnog stresa.

Antioksidansi su materije koje pomau u smanjenju oteenja nastalih dejstvom slobodnih radikala.

Ako se vratimo na pojam oksidativnog stresa moemo rei da je on normalna pojava odnosno da je prisutan i kod zdravih osoba. Proces oksidacije je deo regulatornog biohemijskog funkcionisanja naih tela u procesu stvaranja energije koja nam je neophodna za ivot. Tokom ovih procesa stvaraju se slobodni radikali koji imaju svoje fizioloke pozitivne funkcije. Problem nastaje kada se poremeti ravnotea i kada zakau prirodni mehanizmi odbrane pa nivo slobodnih radikala pone da prevazilazi telesni kapacitet to menja oksidativni status i telo ulazi u zonu poveanog oksidativnog stresa. Meutim osim ovih endogenih izvora postoje i egzogeni tj. spoljni izvori odnosno spoljni uticaji koji izazivaju poveano stvaranje slobodnih radikala. Neki od njih su duvanski dim, lekovi, nain ishrane, neka terapijska i okolna zraenja pa ak i fizika aktivnost.

Na osnovu svega smatra se da su slobodni radikali odgovorni za nastanak akutnih i hroninih poremeaja koji se manifestuju kao zapaljenijski procesi, neuroloki poremeaji, kardiovaskularni poremeaji, maligne bolesti.

2. Radikalski i neradikalski oksidativni stresNajvaniji slobodni radikali su:

-O2 (-

superoksidni anjon-HO(

hidroksilni anjon

-HO2(

hidroperoksilni radikal

-H2O2

hidrogen peroksid

-RO(

alkoksil radikal-ROO(

alkildioksil, alkilperoksil-ROOH

alkil hidroperoksid-ONOO( peroksinitrite

-ONOOH peroksinitritna kiselina-NO(

azot monoksid

2.1. Reaktivna jedinjenja kiseonika (ROS)2.1.1. Superoksidni anjon radikal nastaje u mitohondrijama redukcijom kiseonika jednim elektronom. elije imunog sistema imaju takoe posebnu ulogu u stvaranju superoksid anjona poto sadre enzimski kompleks vezan za membranu, NADPH oksidazu, koja redukuje kiseonik sa NADPH i stvara obilne kolicine superoksidnog anjona. Proizvodi ove reakcije su neophodni za efikasno ubijanje bakterija. Ovaj radikal ima dominantno tetno dejstvo: indukuje lipidnu peroksidaciju i oteuje elijske membrane. U fiziolokim uslovima ne izaziva toksine efekte jer ga enzim superoksid-dismutaza (SOD) transformie u manje aktivan vodonik peroksid. Ali ako reaguje sa azot-monoksidom onda nastaje jos toksiniji i reaktivniji peroksinitritni anjon!!!

2.1.2. Vodonik peroksid se u elijama obrazuje redukcijom molekula kiseonika sa dva elektrona pri emu je reakcija katalizovana brojnim oksidazama. Iako se ne moe definisati kao slobodni radikal jer nema nesparenih elektrona i mada predstavlja najstabilniji intermedijerni produkt redukcije kiseonika, vodonik peroksid takoe iskazuje brojne toksine efekte. To se pre svega odnosi na poremeaj u deponovanju kalcijuma u mitohondrijama sa nagomilavanjem kalcijuma u citosolu i gubitkom sulfhidrilnih grupa proteina-ovo je kritian dogaaj u genezi elijskih oteenja u oksidativnom stresu.

2.1.3. Hidroksilni radikal je najreaktivniji intermedijerni produkt delimine redukcije kiseonika. Ako se vodonik-peroksid ne ukloni katalazom, moe da reaguje sa fero jonima i da formira hidroksilni radikal. On oteuje mitohondrijalnu membranu, oteuje DNA, oteuje membranu elije i izaziva lipidnu peroksidaciju-sve ovo je dovoljno da doe do ireverzibilnog oteenja elije.

2.1.4. Singletni kiseonik nastaje dovoenjem energije u kiseonik sa ciljem menjanja spina jednog od elektrona to znaajno uveava njegovu reaktivnost. Takoe moe da iskae i znaajnu toksinost u razliitim biolokim sistemima.

2.2. Reaktivna jedinjenja azota (RNS)2.2.1. Azot-monoksid je univerzalni regulator metabolizma, uestvuje u mnogobrojnim funkcijama, a pored regulatorne funkcije uestvuje u imunom odgovoru elije. Funkcija NO je zavisna od redoks forme! Redoks ravnotea u vaskularnom zidu se odrava zahvaljujui istovremenom prisustvu oksidanasa i antioksidanasa. U glatkim misinim elijama i makrofagama stvaraju se superoksidni anjon i vodonik-peroksid koji oksiduju LDL i aktiviraju faktore transkripcije NF-kB koji je osetljiv na oksidaciju. Iz vode u prisustvu jona metala stvara se hidroksilni radikal. elijski antioksidativni mehanizmi ukljuuju aktivnost sledeih jedinjenja: azot-monoksida, glutantiona, superoksiddizmutaze i katalaze. Dakle u zavisnosti od okruenja NO se moe nai na razliitim stranama reakcije.

2.2.2. Peroksinitrit je jak oksidans koji napada cistein i metionin u proteinima. On takoe reaguje sa tirozinom iz proteina adicijom NO2 u prsten ove aminokiseline. Pored toga NO se adira i formira S-nitrozo tiole. Sulfhidrilna grupa se u ovoj reakciji obino oksidie jednim elektronom i naredna reakcija sa redukovanim tiolom vodi stvaranju disulfida.

3. Efekti oksidanasa na makromolekule

3.1. Nukleinske kiseline

Nukleinske kiseline su pentozo-fosfatni polimeri koji mogu podlei reakciji sa hidroksil radikalom. Ove osnovne modifikacije mogu biti odgovorne za genetske defekte produkovane oksidativnim stresom. Osteenje DNK se takoe moe proceniti pomou kidanja lanaca i modifikacije baza u elijama u kulturi koje su pod oksidativnim stresom. Vaan metaboliki efekat oteenja DNK je brza indukcija poliadenozin-difosfat-riboza-sintaze u jedru, rezultujui izrazitim troenjem elijskih rezervi NADH.3.2. Proteini

Proteini imaju mnogo reaktivnih mesta gde mogu biti oteeni u toku oksidativnog stresa, ali interesovanje je usmereno na tri merljiva dogaaja. Prvo, agresivni radikali kao sto je hidroksil radikal mogu razgraditi proteine u plazmi, i razgraeni proizvodi specifinih proteina se mogu detektovati ako su poznati. Ovo razlaganje je udrueno sa reakcijama na specificnim amino kiselinama kao sto je prolin i histidin. Drugo, proteini mogu sadrati mesta sa vezanim metalom koja su posebno osetljiva na oksidativne reakcije kroz interakciju sa metalima. Ove reakcije obicno dovode do ireverzibilne modifikacije amino kiselina koje su ukljuene u vezivanje metalnih jona, na primer histidina. Ove modifikacije mogu stvoriti signalne sekvence koje prepoznaju specifine celularne proteaze koje degradiraju takve proteine. Konano, mnogi intraelijski proteini imaju reaktivne sulfhidrilne grupe na specifinim ostacima cisteina koje mogu biti modifikovane (oksidovane) do specifinih formi (disulfida) koji opet mogu biti redukovani u metabolikim procesima. Slino, neki proteini imaju reaktivni metionin koji moe da podlegne reverzibilnoj modifikaciji do metionin sulfoksida. Reverzibilna priroda modifikacije cisteina i metionina ukazuje da oksidativna modifikacija ovog tipa moe imati ulogu u regulatornim metabolikim dogaajima u eliji u oksidativnom stresu.3.3. Lipidi

Lipidna peroksidacija polinezasienih lipida je proces gde nezasien lipid stupa u reakciju sa hidroksilnim radikalom pri emu se izdvaja voda i nastaje lipidni radikal koji sada u reakciji sa kiseonikom daje lipidni peroksil radikal, a on sa novim nezasienim lipidom daje lipidni peroksid. Ova oksidacija pogaa lipide koji ulaze u sastav namirnica ozbiljno naruavajui miris hrane. Peroksidacija membranskih lipida se uglavnom javlja kao posledica oksidativnog stresa u intaktnoj eliji, ali i neki sastojci ishrane mogu direktno biti inkorporirani u elijske strukture. Lipidna peroksidacija je radikalski inicirana lanana reakcija koja je samopropagirajua u elijskoj membrani. Kao posledica, izolovane oksidativne reakcije mogu imati duboke efekte na funkciju membrane. Proizvodi lipidne peroksidacije se lako detektuju u krvnoj plazmi i koriste se za merenje oksidativnog stresa. Najee se odreuje koncetracija malonaldehida koji nastaje iz lipidnih peroksida u procesu lipidne peroksidacije.4. Patogeneza oksidativnog stresa

Slobodni radikali ili reaktivna jedinjenja kiseonika (ROS) i reaktivna jedinjenja azota (RNS) su izrazito reaktivni molekuli koji se prirodno javljaju kao produkti normalnih elijskih oksidativnih procesa. Koncetracije reaktivnih jedinjenja kiseonika se mogu poveati do visokih nivoa u nekim patolokim procesima ali tamo gde postoji deficijencija antioksidanasa, i mogu reagovati sa elijskim konstituentima i izazvati osteenje, poremeaj funkcija ili propadanje elija. Brojni dokazi povezuju reaktivna jedinjenja kiseonika sa patolokim oteenjima koja se viaju u bolestima kao sto su kancer, ateroskleroza, koje mogu nastati od oteenja DNK, oksidativne modifikacije proteina i izmene lipidne strukture. Delovanjem slobodnih radikala aktiviraju se mnogobrojne strukture u eliji pri cemu nastaje itav niz kaskadnih reakcija, to za posledicu ima i generisanje novih koliina slobodnih radikala (sindrom zaaranog kruga).

Aktivacijom lipida, dolazi do aktivacije transkripcionog faktora-NFkB, to posledino dovodi do rasta nivoa hemokina i citokina kao medijatora inflamacije. Ove signalne molekule dovode do poveane ekspresije adhezionih molekula (ushodna regulacija), kako na povrini elija endotela (selektini), tako i na povrini samih inflamatornih elija (integrini). Time je omoguen direkten kontakt i vezivanje elija imunog sistema za povrsinu endotela. Nakon toga, elije imunog odgovora prodiru u subendotelni prostor. Imune elije kao sto su: neutrofili, eozinofili i makrofage, poseduju na svojoj membrani NADPH oksidazu. Ovaj enzim u kontaktu sa kiseonikom doprinosi stvaranju superoksidnog anjona. Nastali slobodni radikal biva uklonjen dejstvom superoksid-dismutaze tokom vrlo kratkog vremenskog perioda. To je razlog sto on ne penetrira kroz elijsku membranu. Meutim, nastali vodonik-peroksid lako difunduje u okolne elijske strukture. Time dovodi do aktivacije intraelijskih signalnih puteva, kao i do generisanja reaktivnih jedinjenja kiseonika. Time se na primarnu fazu generisanja oksidativnog stresa od strane slobodnih radikala, nadovezuje sekundarna faza- inflamacija, koja nastali stres samo produbljuje.

Oksidativna oteenja lipoproteina male gustine (LDL) reaktivnim jedinjenjima kiseonika su jedan od uzroka ateroskleroze.5. Oksidativni stres i ateroskleroza

Ateroskleroza je dugotrajan, hronian patofizioloki proces koji se odvija u zidovima krvnog suda (prvenstveno u velikim i srednjim arterijama) i dovodi do taloenja holesterola i stvaranja aterosklerotinih plakova. Obzirom da se holesterol taloi u tim plakovima, odavno se zna da je ateroskleroza posledica poremeaja u metabolizmu lipida.Normalna Ateroskleroza

arterija blaga uznapredovala

Slika 1. Razvoj aterosklerotskog plakaNovija ispitivanja su ukazala da je ateroskleroza posledica ne samo poremeaja u metabolizmu lipida, vec i poremeaja u procesu homeostaze, kao i da je to inflamatorni proces, jer je u subendotelnom prostoru uoeno prisustvo brojnih medijatora inflamacije. Razvitak ateroskleroze zavisi od osetljive ravnotee izmeu proinflamatornih stimulusa sa jedne strane i anti-inflamatornih i anti-oksidativnih odbrambenih mehanizama sa druge strane.

Tipini prikaz ateroskleroze je nakupljanje oksidativno modifikovanih lipoproteina male gustine (Ox-LDL) unutar plaka i ovi lipoproteini daju znaajan doprinos inflamatornom stanju ateroskleroze i igraju kljunu ulogu u njenoj patogenezi.

Modifikacija LDL-a moze biti:

a. Hemijska modifikacija

-oksidativna modifikacija (kao najvaznija)

-acetilacija

-glikozilacija

b. Fizicka modifikacija- agregacija

Modifikacija LDL se deava u subendotelnom prostoru gde postoji mnogo vei broj tetnih agenasa, pre svih oksidanasa. LDL estica u sluaju disfunkcije endotela prelazi u subendotelni prostor. Do disfunkcije endotela i do prelaska LDL-a u subendotelni prostor dolazi u sluaju hipertenzije, u sluaju jako visokih vrednosti holesterola u krvi pod uticajem genetskih faktora ili unosa hranom, kao i usled prisustva malih, gustih LDL estica koje lake prolaze endotelnu barijeru. Oksidativna modifikacija LDL estica odvija se tako to elije endotela, monociti, makrofage, pa i elije glatkih miia oslobaaju slobodne radikale koji vre oksidaciju. U subendotelnom prostoru ima dosta manje antioksidanata u odnosu na plazmu koja je dosta dobro puferovana antioksidansima. Ox-LDL pokazuje citotoksinost, hemostatinost i hemotaktinost u odnosu na elije endotela, i ovo dovodi do oslobaanja mnogih citotoksinih faktora i aktivira adhezione molekule koji omoguavaju adheziju monocita za endotel i njihov prodor kroz endotel u subendotelni prostor.

Slika 2. Modifikacije endotela u ateroskleroziDejstvom ovih citotoksinih faktora u subendotelnom prostoru dolazi do diferencijacije monocita u makrofage. Modifikovani oksidisani LDL se vezuje za receptore hvatae (SRA) na makrofagama i oni preuzimaju LDL estice u velikim koliinama. Akumulacija velikih koliina holesterola u makrofagama stvara penaste elije. Daljom akumulacijom holesterola nastaju masne pruge jer se holesterol akumulira ne samo u penastim elijama ve i ekstracelularno. Pored ovoga makrofage stvaraju odreene faktore inflamacije, ali i faktore proliferacije elija glatkih misica, poput faktora rasta i citokina. Pod uticajem tih faktora elije glatkih miia proliferiu iz medije u intimu i sintetiu ekstracelularni matriks (kolagen koji stvara fibroznu kapu aterosklerotskog plaka).Sutina ateroskleroze lei u modifikaciji lipoproteinskih estica, zapravo u njihovim fiziko-hemijskim promenama, koje menjaju funkciju ovih estica odnosno njihov normalan metabolizam. U razvoju ateroskleroze najvanija je modifikacija LDL-a kao nosioca najvee kolicine holesterola u organizmu.

Oksidativna modifikacija se odvija prooksidansima koji se stvaraju u subendotelnom prostoru i to su:

1. Metalni joni gvoa i bakra

2. Enzimi

-lipooksigenaze (najvaznija je 15-lipooksigenaza)

-membranski enzimi NADPH- oksidaza

-produkti dejstva mijeloperoksidaza

3. Reaktivna jedinjenja kiseonika -slobodni radikali

-superoksid anjon

4. Reaktivna jedinjenja azotaMnoge studije ukazuju da je superoksid anjon jedan od glavnih agenasa koji dovodi do oksidacije LDL-a. LDL lako podlee oksidativnoj modifikaciji zbog sadraja lipida, ali promene se ne deavaju samo na lipidnoj komponenti LDL-a, nego i na apoproteinima. Najpre se odigravaju hemijske promene, zatim fizike i na kraju funkcionalne promene. Dejstvom oksidanasa dolazi do oksidacije polinezasienih masnih kiselina koje ulaze u sastav estara holesterola, fosfolipida i prisutnih triglicerida, ali isto tako i do oksidacije samog holesterola. Lipidna peroksidacija stvara lipidne perokside koji dovode do stvaranja tetnih aldehida (malonaldehida). Ovi aldehidi hemijski modifikuju apolipoprotein B, dovodei do njegove fragmentacije. Rezultat lipidne peroksidacije je promena fizikih karakteristika LDL estice: gustina, naelektrisanje a na kraju i funkcije LDL cestice tj. sposobnost vezivanja za LDL receptore putem apolipoproteina B, smanjenje afiniteta za LDL receptore i poveanje afiniteta za receptore hvatae na makrofagama dovodi do stvaranja penastih elija.6. Zakljuak

U sluaju oksidativnog stresa i ateroskleroze, kao glavni mehanizam odbrane je vano ouvanje prirodne antioksidativne zatite organizma, ali vana je i prevencija ateroskleroze koja podrazumeva redukovanje faktora rizika, prestanak puenja, smanjenje telesne teine, unos nezasienih masnih kiselina...Prouavajui sve pojave oksidativnog stresa na primeru kardiovaskularnih bolesti i dijabetesa, moe se videti da je stanje oksidativnog stresa, kako uzrok tako i posledica, u genezi i patogenezi bolesti, zato je vano odranje antioksidativnog odbrambenog sistema, i kao prevencija i kao terapija u optem smislu, ali posmatrajui i svaki sluaj za sebe.Literatura:

1. Jelena Parezanovi, Oksidativni stres i fizika aktivnost (diplomski rad), 2008,

Beograd2. Biljana Bogievi, Uloga oksidativnih modifikacija lipoproteinskih estica u

aterosklerozi (diplomski rad),2006, Beograd3. Jelena B. Stojanovi, Bioloka i biohemijska uloga NO (diplomski rad), 2000,

Beograd4. Slavica Spasi, Zorana Jeli-Ivanovi, Vesna Spasojevi-Kalimanovska

Medicinska biohemija, 2003, BeogradPAGE 2

_1301022401.doc