Reacţiile radicalilor liberi cu proteinele şi  carbohidraţii

  Este binecunoscut faptul că efortul fizic creşte/accelerează metabolismul şi implicit consumul de oxigen.
  Din totalul de oxigen respirat în mod normal o parte, aproximativ 1-4%, este transformat în specii chimice reactive ale oxigenului (SRO) sau radicali liberi ai oxigenului (ROS).
  Radicalii liberi ai oxigenului sunt: radicalul superoxid, radicalul hidroxil, radicalul peroxid de hidrogen (apa oxigenată) şi oxigenul singlet.
  Aceste specii chimice au capacitatea  de a interacţiona aproape cu toate biomoleculele (proteine, glucide, lipide, acizii nucleici), indiferent de localizarea acestora, celulară sau extracelulară.
  Este lesne de înţeles faptul că, atunci când are loc un consum crescut de oxigen, exemplu efortul fizic, unele stări patologice, proporţional are loc şi creşterea concentraţiei speciilor reactive ale oxigenului.
  Ca urmare a celor prezentate anterior, pentru a înţelege importanţa fiziologică a interacţiunii dintre radicalii liberi ai oxigenului şi unele biomolecule active, precum proteinele, respectiv glucidele, o să prezint pe scurt rolul biochimic şi funcţional  al acestor substanţe.
  Proteinele sunt substanţe macromoleculare formate din lanţuri simple sau complexe de aminoacizi.
  Fiecare proteină are propriul cod de aminoacizi şi reprezintă expresia informaţiei genetice codificată de ADN.
  În organism proteinele îndeplinesc o multitudine de roluri biochimice şi anume: rol plastic-structural, rol energetic, rol de reglare, rol în elaborarea răspunsului imun şi auto imun, rol de trasport, rol catalitic, rol în contracţia muşchiului scheletic, rol în medierea dialogului materno-fetal, rol în reglarea activităţii muşchiului cardiac..etc.
   Roluri biochimice indispensabile activităţilor metabolice şi fiziologice.
  Glucidele sunt substanţe chimice ce au în alcătuirea lor trei elemente chimice: carbon, hidrogen şi  oxigen ( de aici şi numele de hidraţi de carbon.)
  Glucidele intră ca atare sau în combinaţie cu alte molecule în constituţia celulelor, ţesuturilor, unor hormoni, unor factori asociaţi gestaţiei, precum şi în componenţa factorilor de coagulare sagvină.
  Principalul rol al glucidelor este acela de a furniza energie, necesară desfaşurării proceselor fiziologice.
În cele ce urmează o să prezint pe scurt modul în care  radicali liberi ai oxigenului acţionează asupra moleculelor proteice respectiv glucidice.

Reacţiile radicalilor liberi cu proteinele

  Este cert, şi experimental dovedit faptul că moleculele lipidice datorită aranjamentului chimic, sunt  atrase în reacţiile radicalilor liberi ai oxigenului (ROS).
  Investigaţii recente de biochimie moleculară, au arătat că şi moleculele proteice trec prin importante schimbări în cadrul reacţiilor dezvoltate de ROS.
  Aminoacizii, cei care se grupează în blocuri formând  peptide şi ulterior  proteine, sunt şi ei ţinta atacurilor  ROS.
  Studiile efectuate asupra consecinţelor  oxidării aminoacizilor au relevat faptul că există numeroase schimbări datorită acestui fenomen, îndeosebi în macrostructura proteinelor.
  Aceste schimbări fizice se împart în trei grupe şi anume: 1)  fragmentarea, 2) agregarea şi 3) susceptibilitatea  (către) spre digestia proteolitică.
  S-au realizat studii cu privire la fragmentarea  albuminei, colagenului si a α-globulinelor distruse prin procesul de oxidare.
 În plus, acţiunea radicalilor liberi asupra colagenului şi a albuminei este selectivă din cauza sensibilităţii ridicate a prolinei faţă de radicalul hidroxil.
 Atacul selectiv al radicalilor  hidroxil asupra rezidurilor de histidină şi arginină are deasemenea loc, deoarece aceşti  aminoacizi sunt  asociaţi cu metalele de tranziţie, acestea servesc drept catalizatori în generarea de radicali hidroxil.
  Alterările oxidative aduse de ROS proteinelor facilitează procesul de agregare al acestora în lentile sau fişicuri proteice.
  Capacitatea de agregare a proteinelor ar putea fi legată de abilitatea radicalilor hidroxil de a forma legături încrucişate.
  Utilizându-se  tehnica electroforezei s-a demonstrat că agregatele sunt formate din proteine cu legături  încrucişate şi mai puţin din agregate monospecifice cu proteine fragmentate.
  Datorită faptului că oxidarea provoacă modificări asupra conformaţiei proteinelor, astfel  de proteine alterate servesc drept semnal penrtu  enzimele proteolitice.
  În concluzie, radicalii liberi acţionează  asupra structurii primare a macromoleculei proteice declanşând o serie de reacţii în lanţ care în final vor conduce la digestia  proteinei.

Reacţiile radicalilor liberi cu carbohidraţii

  Datorită instabilităţii chimice radicalii liberi pot reacţiona cu toate biomoleculele indiferent de localizare.
  Astfel, nu este surprinzător faptul că glucoza sau alte monozaharide înrudite trec prin procese de oxidare impuse de creşterea concentraţiei ROS.
  Spre exemplu Sagone şi colab.(1983) au demonstrat că şi glucoza poate servi, pe lângă aminoacizi si acizii graşi, ca substrat pentru acţiunea radicalilor hidroxil.
  În demonstraţia lor  Wolff şi colab.(1984, 1986) indică faptul că în urma autooxidării  monozaharidelor rezultă radicalul peroxid de hidrogen deosebit de toxic pentru celule.
  Importanţa auto oxidării glucozei şi a  compuşilor înrudiţi  se bazează pe faptul  că aceste molecule activate pot interacţiona cu alte molecule formând noi structuri.Un caz relevant este cel al glicoproteinelor.
  Este foarte greu de stabilit modul în care acţionează ROS asupra glucidelor, datorită faptului că in vivo condiţiile de reacţie sunt unele, iar în experimentele in vitro altele.
Rezumând radicali liberi ai oxigenului au ca ţintă şi glucidele, cărora le modifica statusul chimic iar acestea devin nefuncţionale pentru organism.


Bibliografie

1.Bruce C. G, John R. L. S, Philip T, Steven W, Adrian C.W. Free-radical reactions  of carbohydrate  moieties in macromolecular structures. EPR evidence for the importance of steric and stereoelectronic effects and for the influence of inclusion in cyclodextrins. J. Chem. Soc., Perkin Trans 2,  2000; 2001–2007.
2.Byung P. Yu- Cellular defenses against damage, from reactive oxygen species.  vol 74. No 1. January 1994. .
3.Dean R.T, Fu S, Stocker R. and Davies M.J. Biochemistry and pathology of radical- mediated protein oxidation, Review article - J. Biochem. 1997; 324: 1-18.
4.Garner M. H, Spector A. Selective oxidation of  cysteine and methionine in normal and senile cataractous lenses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1980; 77: 1274-1277.
5.Griffiths H. R, Unsworth J, Blake D. R, Lunec J. Free  Radicals in Chemistry, Pathology and Medicine. London: Richelieu, 1988,  439-454.
6.Marx G,   Chevion M. Site-specific modification of albuminb by free radicals. Reaction with copper (II) and ascorbate. J. Biochem  1986; 236: 397-400.
7.Sagone A. L, Greewald J, Kraut E. H, Bianchine J,  Singh D. Glucose: a role as a free radical scavenger in biological systems. J. Lab. Clin. Med. 1983; 101: 97-104.
8.Stadtman  E. R. Metal ion-catalyzed oxidation of proteins: biochemical mechanism and biological consequences. Free   Radical. Biol. Med. 1990; 9: 315-325.
9.Winyard P. G, Lunec J,  Brailsford S. B, Blake D. R. Action of free radical generating systems upon the biological and immunological  properties of ceruloplasmin. J. Int. Biochem. 1984; 16: 1273-1278.
10.Wolff  S. P, Crabbe M. J. C,   Thornalley P. J. The autoxidation of glyceraldehydes and other simple monosaccharides. Experientia   1984; 40: 244-246.
11.Wolff, S. P.,   Dean R. T. Fragmentation of  proteins by free radicals and its effect on their susceptibility to enzymic hydrolysis. J. Biochem. 1986; 234: 399-403.