Kemija dušika in oksidativni stres

Farmacevtska kemija III

• Predmet obravnava radikale, verižne radikalske reakcije, ROS, RNS, RSS, oksidativni stres in antioksidante.
• Predavanje je potekalo 16. 1. 2025.
• Predavatelj je izr. prof. dr. Janez Mravljak, mag. farm.
• Literatura, ki jo je predavatelj omenil, vključuje učbenike S. Pečar in J. Mravljak ter B. Halliwell in J. Gutteridge.
• Učbenika se nanašajo na šume življenja, ali radikale in druge reaktivne snovi v telesu ter na proste radikale v biologiji in medicini.
• Omenjena je tudi literatura o mineralih, vitaminih in drugih izbranih snovih.

Literatura

• Učbenik: S. Pečar in J. Mravljak: Šumi življenja ali radikali in druge reaktivne snovi v telesu; SFD, 2015
• Učbenik: B. Halliwell, J. Gutteridge: Free radicals in biology and medicine; 4. izdaja, 2007; 5. izdaja 2015
• Minerali, vitamini in druge izbrane snovi; SFD, 2020.

Živi organizmi in molekularni kisik

• Življenje je opisano kot vzbujen elektron, ki išče mesto za počitek (Albert Szent-György).
• Prikazana je fotosinteza, celično dihanje in kroženje CO2, H2O in O2.

Reaktivne kisikove zvrsti (ROS)

• Predstavljene so razne reaktivne kisikove vrste, kot so O˚2, OH˚, ROO˚, RO˚, HOO˚ in ONOO-
• Sprejet je pojem oksidativni stres in njegove posledice.

Reaktivne dušikove zvrsti (RNS)

• Predstavljen je dušikov oksid (NO) in njegova sinteza.
• Predstavljene so različne oblike encima NOS: endotelijska NOS (eNOS), nevralna NOS (nNOS) in inducibilna/inflamatorna NOS (iNOS).
• Predstavljene so različne reakcije NO s kisikom (N2O3, NO2, NO3).
• Opisane so tudi reakcije NO in NO2.

Gvanilat ciklaza in NO/cGMP-signalna pot

• Opisana je signalna pot NO/cGMP, vključno z vlogo NOS, sildenafilom ter fosfodiesteraze-5.
• Vsebuje grafiko, ki prikazuje preobrazbo L-arginina in L-citrulina v NO.
• Opisuje vlogo topne GC.

Učinki NO na kardiovaskularni sistem

• Predstavljeni so učinki NO na levkocite in trombocite ter na žilne gladke mišične celice in endotel.
• Povečanje vazodilatacije se uravnava s preprečevanjem agregacije in adhezije levkocitov ter trombocitov

Donorji NO ki se uporabljajo v terapiji

• Predstavljeni so različni donorji NO, ki se uporabljajo v terapiji (gliceril trinitrat, izosorbid dinitrat, izosorbid-5-mononitrat, pentaeritritol-tetranitrat, nikorandil, amil nitrit, natrijev nitroprusid in molsidomin).

Reaktivne dušikove zvrsti (RNS) – reakcije NO s kisikom

• Reakcije NO s kisikom vključujejo nastanek dušikovega dioksida (NO2 ), didušikovega tetraoksida (N2O4), nitrata (NO3-) in nitrozila (NO+).
• Navedeni so kinetični konstanti za različne reakcije.

Reaktivne dušikove zvrsti (RNS) – reakcije NO in NO2

• Predstavljene so reakcije NO in NO2.
• Predstavljeni so produkti teh reakcij.

Reakcija NO v O2-

• Reakcija NO in kisika (O2) vodi v peroksinitrit (ONOO).
• Predstavljeni so izomeri peroksidušikove kisline.
• Prikazane so različne reakcije peroksinitrita.

Reaktivne žveplove vrste (RNS).

• Predstavljene so različne reactive žveplove vrste: vodikov sulfid (H2S), vodikov disulfid (H2S2\ ), elementarno žveplo (S), polisulfidi, sulfenski kisline, sulfinsi kisline, sulfonske kisline in tiosulfate.

Oksidacijska stanja in nekatere lastnosti preprostih dušikovih spojin ter RNS.

• Predstavljena so oksidacijska stanja dušika v različnih spojinah.
• Opisane so lastnosti teh spojin.

Endogeni vir ROS

• Predstavljeni so viri ROS v energijski celično dihanje, transportu O2 s Hb in pri oksidativnem izbruhu ter pri metabolizmu telesu lastnih spojin.
• V prikazu so razloženi procesi, s katerimi na celični ravni nastanejo ROS.
• Objavljene so informacije o mikrosomalni oksidaciji, lipooksigenazah, prostaglandinskih sintezah, NADPH oksidazah, oksidazah flavoproteinov in peroksisomah skozi mitohondrije

Eksogeni vir ROS

• Uvedeni so viri eksogenih ROS, kot so sevanje (UV, X, γ), spojine, ki tvorijo peroksid, ozon, singletni kisik, polihalogenirani alkani in fenoli, ter spojine, ki so sposobne redoks kroženja.
• Diskusijski del se osredotoča na spojine, ki se metabolizirajo do radikalov (npr. doksorubicina in prima kina).

Redoks aktivne kovine in ROS

• Haber-Weiss reakcija in Fenton-ova reakcija.
• Bleomicin – koordinativna vezava kovinskih ionov.
• Predstavljeni so rednoks aktivni kovine Fe2+, Fe3+, Cu+, Cu2+, ki vplivajo na nastajanje ROS.

Oksidativni stres

• Predstavljeno je uravnotežje med reaktivnimi vrstami/oksidanti in antioksidanti. Oksidativni stres nastane, kadar ravnotežje preide v korist reaktivnih vrst.

Vzroki za oksidativni stres

• Oksidativni stres povzročajo mutacije ali zmanjšanje encimov SOD, glutation peroksidaze, motnje vnosa antioksidantov, povečan vnos kovinskih ionov (npr. železa), ekstremne fizične obremenitve organizma, stres, radioaktivno sevanje, toksini in reaktivni ksenobiotiki, aktivacija imunskega sistema pri kroničnih vnetnih procesih.

Oksidativni stres in poškodbe celic

• Oksidativni stres povzroča oksidativne poškodbe celic na različnih ravneh (DNA, proteinih, lipidih).
• Posledice so lahko apoptoza in nekroza celic.

Oksidacija DNA

• Oksidacija DNA je prikazana kot proces, pri katerem radikalne zvrsti poškodujejo DNA.
• Oksidacija baz in sladkorjev. Okisidacija jedrne in mitohondrijske DNA.
• Prikazani so primeri oksidacije DNA.

Oksidacija proteinov

• Predstavljena so mesta oksidativnih okvar na proteine, stranice in skupine, disulfidna vez.
• Primeri oksidacije proteinov.
• Oksidacija proteinov in cisteinov.

Oksidacija lipidov

• Proces oksidacije lipidov v celicah.
• Monociklični, biciklični peroksidi.
• Pomembni označevalci lipidne peroksidacije: izoprostani.
• Pomembni označevalci so tudi nevroprostani in fitoprostani.

Antioksidativni mehanizmi

• Antioksidanti so spojine, ki preprečujejo ali zmanjšujejo škodo zaradi oksidacije.
• Hierarhija antioksidantov, delitev antioksidantov.

Antioksidativna mreža

• Predstavitev povezanih antioksidantov v telesu.
• Reakcije in ravnovesje v mešanici antioksidantov.

Antioksidativni obrambni sistem

• Encimi (SOD, katalaza, glutation peroksidaza, glutation S-transferaza, glutation reduktaza)
• Endogeni neencimski antioksidanti: glutation (GSH)

Superoksid dismutaza (SOD)

• SOD je encim, ki reagira s superoksidnim radikalom (O₂-).
• Reakcija dismutirati/razgraditi superoksidni radikal v vodikov peroksid in kisik.
• Kinetična oblika encima.
• Izoencimi SOD.

Mehanizem delovanja SOD.

• Opis delovanja SOD, vključujoč reakcijo z O2 in hidroksilnimi radikali.

Katalizacija (CAT)

• Katalitske funkcije encima CAT, ki uničuje vodikov peroksid.
• Sestaveni del encima CAT, Fe v aktivnem mestu.

Glutation (GSH).

• GSH je reducent, ki lahko reducira GSSG.

Glutation S-transferaza.

• Razstrupljanje elektrofilnih ksenobiotikov.
• Katalizacija med nukleofilnimi skupinami ksenobiotikov

Glutation peroksidaza (GPx)

• Vloga selenocisteina v GPx.
• Pomen selena za normalno delovanje encima.

Glutation reduktaza

• Razmerje GSH/GSSG.
• Pomen NADPH kot vira energije za reakcijo.

Nizkomolekularni antioksidanti

• Bilirubin, koencim Q10, lipojska kislina, sečna kislina, melatonin, askorbinska kislina, vitamin E, karotenoidi in polifenoli v hrani

Derivati askorbinske kisline

• Izopropiliden askorbinska kislina, askorbilpalmitat, askorbilstearat.

Vitamin E - tokoferoli in tokotrienoli

• Učinkoviti inhibitorji oksidacije lipidov.

Karotenoidi

• Odstranjujejo O₂-
• Reakcije s radikali.

Polifenoli rastlinskega izvora

• Polifenoli kot donorni H˚ or e-.

Biološka uporabnost PP.

• Biološka uporabnost PP v hrani.

Hiter metabolizem in izločanje PP.

• Kaj odkrije hiter metabolizem in izločanje.

Ali so PP antioksidanti in vivo?

• Ali PP delujejo kot antioksidanti v živem organizmu.

Napotki za uporabo prehranskih dopolnil z antioksidanti

• Pomembna je kombinacija antioksidantov.