Uloga oksidativnog stresa Uloga oksidativnog stresa d lj i b l tid lj i b l tiu zdravlju i bolestiu zdravlju i bolesti

Jelena Kotur-Stevuljević, Slavica Spasić, Aleksandra Stefanović, Ana Vujović,Jelena Kotur Stevuljević, Slavica Spasić, Aleksandra Stefanović, Ana Vujović,

Vesna Spasojević-Kalimanovska, Zorana Jelić-Ivanović

Institut za medicinsku biohemiju

Farmaceutski fakultet, Beograd

Vodeći uzroci smrti u Srbiji 2008. Vodeći uzroci smrti u Srbiji 2008.

Srbija USA

Bolesti srca 30% 26%Moždani udar 25% 6%Kancer 20% 23%Kancer 20% 23%Bolesti disajnih organa

4% 9%

Povrede i nesrećni slučajevi

4% 5%

Diabetes mellitus 6% 3%Ostalo 11% 21%

90% b l ti k id ti i t !> 90% bolesti povezano sa oksidativnim stresom!

Bolesti povezane sa načinom ishrane

Bolesti posredovane slobodnim radikalima – oksidativnim stresomoksidativnim stresom

•Bolesti odraslihHronične i degenerativne bolesti(dijabetes Alchajmerova bolest kancer(dijabetes, Alchajmerova bolest, kancer, kardiovaskularne bolesti, starenje)

• Bolesti mladihAkutne bolesti i bolesti prevremeno rođenih(retinopatija novorođenčadi, bronhopulmonalna(retinopatija novorođenčadi, bronhopulmonalna displazija, cerebralna paraliza, dijabetes tip I)

Definicija slobodnih radikalaDefinicija slobodnih radikala

• Atom, atomska grupa ili

molekul koji sadrži jedan

ili više nesparenihnesparenihili više nesparenihnesparenih

elektrona.

1969.g. Joe McCord i Irwin Fridovich

Kada nastaje “oksidativni stres”?

Vrste slobodnih radikalaVrste slobodnih radikala

• Reaktivna kiseonikova jedinjenja (engl. reactive oxygen species, ROS)

• Reaktivna azotova jedinjenja (engl. reactive nitrogen species, RNS – NO).species, RNS NO).

• Reaktivni metaboliti ili intermedijeri(lekovi, toksini, zagađivači, duvanski dim)

Reaktivna kiseonikova jedinjenja (ROS)

Reaktivna azotova jedinjenja (RNS)

•Superoksid anjon radikal (O2.-) • Azot-monoksid (NO.)

•Vodonik peroksid (H2O2)

•Hidroksil anjon radical (OH.)

• Peroksinitritni anjon (ONOO-)

• Azotovi oksidi (.NO2 .N2O3)•Hidroksil anjon radical (OH.)

•Singlet kiseonik (1gO2) • ONOOH

• RSNORSNO

REDOKS HOMEOSTAZA U ĆELIJI

Značajne fiziološke funkcije u kojima učestvuju SR ili njihovi derivatiučestvuju SR ili njihovi derivati

Slobodni radikal

IZVOR SR FIZIOLOŠKI PROCES U KOME UČESTVUJE

NO NOS R l k ij l tk išić ih ć lij ( dil t tNO. NOS Relaksacija glatko-mišićnih ćelija (vazodilatatorno dejstvo, kontrola tonusa krvnih sudova) i druge funkcije povezane sa cGMP-om.

Superoksidni anjon O2

.- i d i ROS

NADPHoksidaze

Kontrola disanja, kontrola produkcije eritropoetina i druge funkcije povezane sa hipoksijom. Relaksacija

l tk išić ih ć lij T d k ij i l ddrugi ROS glatko-mišićnih ćelija. Transdukcija signala od različitih membranskih receptora/poboljšanje imunoloških funkcija

S k id i D i Ok id i i d i d ž j d kSuperoksidni anjon O2

.- i drugi ROS

Drugi izvori

Oksidativno-stresni odgovor i održavanje redoks homeostaze

Aerobni metabolizam i oksidativni stresAerobni metabolizam i oksidativni stres

• Količina preuzetog O2 : 4 x 1010 O2/ćeliji/časuKoličina preuzetog O2 : 4 x 10 O2/ćeliji/času

• Količina stvorenog H2O2: 3.24 x 109 H2O2/ćeliji/času*** 5% ukupno preuzetog kiseonika se prevede u H O 5% ukupno preuzetog kiseonika se prevede u H2O2

mitohondrije- 13.6%mikrozomi - 47.7%peroksizomi - 34.1%citozol - 4.6%

Boverls, et al. Biochem. J. 128:617 (1972)

OŠTEĆENJA IZAZVANA OKSIDATIVNIM STRESOMSTRESOM

SLOBODNI RADIKALISLOBODNI RADIKALI

Proteini Lipidi DNK/RNK( SH) (R OO ) ( OH )(-SH) (R-OO.) (-OH.)

Oštećenje proteina

promena konformacije denaturacija

razgradnja gubitak funkcije

oksidacija nitrozilacija

RPC – reaktivni proteinski karbonili AOPP – advanced oxidation protein products

Oštećenje lipida

LOOH – lipidni hidroperoksidi MDA - malondialdehid

Oštećenje nukleinskih kiselina

OksidacijaNitracijaNitracijaKidanje lanaca

Antioksidativni sistem organizmaAntioksidativni sistem organizma

• Sprečava transfer elektrona sa O2 to organskemolekule

• Stabilizuje slobodne radikale

• Okončava reakcije slobodnih radikala

Komponente sistema antioksidativne zaštitezaštite

• Antioksidativni enzimi (SOD, GPx, katalaza, GR)

• Neenzimski antioksidansi

(zaustavljaju reakcije slobodnih radikala)(zaustavljaju reakcije slobodnih radikala)

• Antioksidansi iz hrane

(n trijenti i nen trijenti)(nutrijenti i nenutrijenti)

Neenzimski antioksidansi

• SH grupe proteina• SH grupe proteina

• GSH – glutation

• Mokraćna kiselina, bilirubin, urea

• Prigušivači OS (transferin, feritin, ceruloplazmin,Prigušivači OS (transferin, feritin, ceruloplazmin,

metalotioneini)

A i k id i i i i i ( i i E C A)• Antioksidativni vitamini (vitamin E, C, A)

TASTAS

Mreža antioksidanasa u organizmuMreža antioksidanasa u organizmu

i iVitamin E

LOO* + TOH LOOH + TO*Vitamin E radikali

LOO* + TOH= LOOH + TO*

Vitamin C

Vitamin C radikali

Efekat slobodnih radikala na koncentracije Efekat slobodnih radikala na koncentracije antioksidanasa i lipidnih hidroperoskida u

plazmiantioksidanasa i lipidnih hidroperoskida u

plazmi

120 100 Lip

Ascorbate SH-GroupsBilirubin UrateAlpha-TC CE-OOH

60

80

100

dant

s (%

)

60

80

pid Hydrope

Alpha TC CE OOHPL-OOH TG-OOH

20

40

60

Ant

ioxi

d

20

40

eroxides (u

00 50 100 150 200 250 300 350

0

M)

Time (Minutes)

Efekat oksidativnog stresa na ekspresiju Efekat oksidativnog stresa na ekspresiju oksidativnooksidativno--stresnih gena stresnih gena ((aktivacijaaktivacija NFNFB)B)

Oxidative Stress

gg (( jj ))

Oxidative Stress

NF-B Activation

Gene Transcription Cytokines, Chemotactic FactorsAntioxidants

vitamin E

Inflammation

vitamin E

ROS

Oxidative Damage

Redoks potencijalom dirigovano mikro-kretanje ćelije ka različitim biološkim stanjimaka različitim biološkim stanjima

Proliferacija Diferencijacija Apoptoza Nekroza

OOn -

OffOff --

Oksidovano stanje (+)

Redukovano j ( )

Ehc/mV Schafer and Buettner (2001)Ehc/mVstanje (+)stanje (-)

Schafer and Buettner (2001)

Ateroskleroza – hipoteza o oksidativnom stresuoksidativnom stresu

Stocker, Roland, and John F. Keaney, Jr. Role of Oxidative Modifications in Atherosclerosis. Physiol Rev 2004; 84: 1381–1478.

Paraoksonaza 1 (PON1) enzim

HDL čestica

RRezultatiezultati

Potencijalna primena Potencijalna primena antioksidanasaantioksidanasaantioksidanasa antioksidanasa

Zbog čega studije sa antioksidansima ne pokazuju rezultate?

1. Većina studija su studije sekundarne prevencije

2. Malo/nedovoljno povećanje koncentracije vitamina-antioksidansa

i pored dugotrajne suplementacije – da li je doza problem?

3. Nerazumevanje uloge tokoferola

4 U ći i t dij ij ć i j d k k id ti t4. U većini studija nije praćen ni jedan marker oksidativno-stresnog

statusa tokom suplementacije

5 Nepostojanje target molekula odnosno specifičnog enzima5. Nepostojanje target-molekula odnosno specifičnog enzima

onemogućava upotrebu specifičnog antioksidansa ili inhibitora

oksidacijeoksidacije

6. Nepostojanje konsenzusa oko uloge određenih ćelija ili pojedinih

oksidanasa koji su uključeni u proces aterogeneze.

Zaključakj

• Buduća istraživanja na polju ateroskleroze/oksidativnog stresa moraju uključiti neki vid suplementacije i/ili delovanja antioksidanasa sa paralelnim praćenjemdelovanja antioksidanasa sa paralelnim praćenjem koncentracija markera oksidativnog stresa i antioksidativne zaštite

• Dosadašnji rezultati naše i stranih studija govore u prilog zdravim stilovima života-zdravom načinu ishrane pre nego izolovanoj suplementaciji antioksidansima.