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.
cititi si ...
→
Efortul
fizic şi sistemul antioxidant
non-enzimatic