OKSİDATİF STRES VE ANTİOKSİDANLAR

Transkript

1 OKSİDATİF STRES VE ANTİOKSİDANLAR Oksidatif Stres Analiz Parametreleri ve Oksantest Oksante Ar-Ge Laboratuvarı 2012

2

3 OKSİDATİF STRES VE ANTİOKSİDANLAR Serbest radikaller, besinlerin oksijen kullanılarak enerjiye dönüşümü sırasında meydana gelen reaktif moleküllerdir. Oksijen molekülleri yaşam için vazgeçilmez olmakla birlikte, metabolizma sırasında serbest radikal kaynağı olarak bilinen ve son derece reaktif olan ara ürünler oluşur. Reaktif oksijen türleri/metabolitleri olarak bilinen bu moleküller lipit, protein ve DNA gibi hücre bileşenlerine zarar verir. Aerobik (oksijen soluyan) organizmalarda serbest radikal oluşumunu kontrol altında tutmak ve bu moleküllerin zararlı etkilerine engel olmak üzere antioksidan savunma sistemleri gelişmiştir. Ancak bazı durumlarda mevcut antioksidan savunma sistemi serbest radikallerin etkisini tamamen önleyemez ve oksidatif stres olarak adlandırılan durum ortaya çıkar. Bu durum vücudun paslanması diye de tanımlanabilir. UV ışınları, ilaçlar, yağ oksidasyonu, immunolojik reaksiyonlar, radyasyon, stres, sigara, alkol ve biyokimyasal redoks reaksiyonları gibi pek çok yolla serbest radikal oluşumu gerçekleşebilir. Oluşan serbest radikaller, aralarında ateroskleroz, kalp hastalıkları, kanser, serebrovasküler hastalıklar, nörodejeneratif hastalıklar, diyabet, akut renal yetmezlik, akciğer hastalıkları, anfizem, bronşit ve alkolik karaciğer hastalıkları gibi yaşlanmaya bağlı dejeneratif bozuklukların da yer aldığı patolojik durumların oluşumuna katkıda bulunurlar. Modern tıp bir yandan hastalıkların tedavisinde yeni seçenekler araştırırken bir yandan da sağlıklı bir yaşam sürdürme ve hastalıkları önleme alanında yoğun çalışmalar yapmaktadır. Bu bağlamda, serbest radikal oluşumunun ve antioksidan kapasitenin belirlenmesi söz konusu hastalıklara yakalanma riskini azaltmak üzere antioksidan diyet uygulanması ve/veya ilaç kullanımı açısından önemli olmaktadır. Serbest Radikal Kaynakları Aşırı alkol tüketimi Sigara kullanımı Elektromanyetik radyasyon Güneş ışınları(uv) Kronik inflamasyonlar Aşırı demir yüklemesi Aşırı fiziksel egzersiz Yaşlanma Doğum kontrol hapları Antioksidan Moleküller Enzimler (SOD, Katalaz, GSH-Px) Proteinler (Albumin, serüloplazmin) Selenyum Askorbik asit (C vitamini) Tokoferoller (E vitamini) Karotenoidler Flavonoidler Glutatyon ve tiyoller Koenzim Q, ubikinon ve türevleri

4 Oksidatif Stres Analiz Parametreleri Oksidatif stres ile birlikte oluşan ve reaktif oksijen türleri/metabolitleri olarak bilinen moleküller özellikle lipit, protein ve DNA gibi hücre bileşenlerine zarar verir. Yağ asitlerinin oksidasyonu reaktif bir radikal tarafından yağ asitlerinin metilen gruplarından bir hidrojen atomunun koparılması ile başlar. Karbon merkezli radikal oluşması ve daha sonra moleküler oksijenin bağlanması ile lipit hidroperoksitleri meydana gelir. Lipit hidroperoksitleri, lipit peroksidasyonunun erken aşamasını oluşturur. Lipit hidroperoksitlerinin yıkımı ile de biyoaktif aldehitler oluşur. Bunlardan başlıcaları malondialdehit (MDA) ve hidroksialkenaller (örn. 4-OH-nonenal) dir. Bu bileşikler ya hücre düzeyinde metabolize edilir, ya da diffüze olarak diğer hücrelerde hasar yaratırlar. Aerobik bir ortamda gerek metabolizma reaksiyonları sırasında, gerekse dış etkenlere bağlı olarak meydana gelen oksijen kaynaklı radikaller, lipoproteinlerde ve hücre zarında bulunan lipitlerde (çoklu doymamış yağ asitleri, PUFA) oksidasyona neden olur. Lipit hidroperoksitleri ile nihai yıkım ürünü olan düşük molekül ağırlıklı MDA lipit peroksidasyonunun indeksi olarak kabul edilir. Oksidatif stresin proteinlerde neden olduğu oksidasyon sonrası peroksitler ve protein karbonilleri meydana gelir. Proteinlerin serbest radikal hasarından etkilenme dereceleri amino asit içerikleri ile ilişkilidir. Doymamış bağlar ve SH içeren moleküller ile triptofan, tirozin, fenil alanin, histidin, metiyonin ve sistein gibi amino asitleri ihtiva eden proteinler serbest radikallerden daha kolay etkilenir. İmmünoglobulinler gibi fazla sayıda disülfit bağı bulunduran proteinlerde oksidasyon sonucu kükürt merkezli radikaller meydana gelir ve proteinin üç boyutlu yapısı bozularak normal fonksiyonunu yerine getiremez. Polipeptit yapısında yer alan bazı amino asitlerin karbon atomlarından, reaktif oksijen molekülleri, özellikle de hidroksil radikali etkisiyle hidrojen atomunun koparılması sonucu karbon merkezli radikaller oluşur. İlerleyen reaksiyonlarda şu yapısal değişikler meydana gelir: Aromatik amino asitlerin nitratlaşması Tiyol grubunun oksidasyonu Karbonil türevlerine dönüşüm Proteinlerde ikincil ve üçüncül yapının bozulması, proteolize yatkınlık, agregasyon ve fonksiyonlarda azalma Serbest oksijen radikalleri, kanser oluşumunda bir aracı görevi görürler ve mutajenez, karsinojenez ve hücre ölümüne yol açan DNA zincir kırılmalarından sorumludurlar. Sitotoksisite, nükleik asit baz modifikasyonundan doğan kromozom değişikliklerine ve DNA bozukluklarına bağlıdır. DNA, reaktif oksijen molekülleri tarafından oksidatif hasara uğratıldığı zaman, hasar ürünü olarak modifiye nükleotidler (örn. 8-OH-dG) oluşur. Bu ürünler hücrelerden ve dokulardan elde edilen DNA materyallerinde, serumda ve idrarda ölçülebilen oksidatif stres belirtecidir. Hidroksil radikali, deoksiriboz ve bazlarla reaksiyona girerek DNA yapısında değişikliklere yol açar. Aktif nötrofillerde oluşan hidrojen peroksit (H2O2), zarlardan geçip çekirdeğe ulaşır ve DNA hasarına, hatta ölüme yol açar. 8-OH-dG immünolojik yöntemlerle ölçülebilmektedir.

5 GLUTATYON VE ANTİOKSİDAN ENZİMLER Glutatyon (GSH VE GSSG) Organizmanın bütün hücrelerinde bulunan ve hücrelerin protein yapısı dışındaki sülfidril grubu içeriğinin % 90 kadarını oluşturan glutatyon (GSH), zararlı bileşiklerin etkisizleştirilmesinde önemli rollere sahiptir. GSH radikal kaynaklı hasara karşı koyarken antioksidan enzimlere sübstrat olarak görev yapar ve bir radikal tutucusu (scavenger) gibi davranır. Özellikle peroksidaz ve redüktaz enzimlerinin aktiviteleri için son derece önemlidir. GSSG de indirgenmiş glutatyonun (GSH) yükseltgenmesiyle oluşur. Oksidatif stres sürecinde, GSH düzeyi azalırken, GSSG artar. Bu durumda biriken H2O2 ve organik hidroperoksitler glutatyon peroksidaz ve redüktaz etkisiyle ortadan kaldırılırlar. Bu bileşiğin aktif bir şekilde hücre dışına çıkarılması GSH tükenmesine yol açmaktadır. GSH, hemoglobinin oksitlenerek methemoglobine dönüşmesini de engeller. Proteinlerdeki - SH gruplarının redükte halde kalmasını sağlar ve bu grupları oksidasyona karşı korur. GSH tayininde metafosforik asitle deproteinize edilen örnekten alınan üst faz, fosfat tamponlu bir ortamda ortho- phtaldialdehyde ile reaksiyona girer ve oluşan floresans okunur. GSSG tayininde ise sülfhidril (-SH) gruplarının oksidasyonunu önlemek için N-etilmaleimid ile işlem yapılır. Glutatyon peroksidaz (GSH-Px) Tetramerik bir enzimdir. Sitozolde bulunur, yapısında dört selenyum (Se) atomu yer alır. Hidrojen peroksit ile hidroperoksitlerin indirgenmesini sağlar. Zar fosfolipitlerinden, fosfolipaz A2 tarafından salınan lipit hidroperoksitlere etki eder. Fagositik hücrelerde önemli bir fonksiyonu vardır. Solunum patlaması sırasında serbest radikal hasarı sonucu fagositik hücrelerin zarar görmesini engeller. GSH-Px aktivitesindeki azalma, hidrojen peroksit birikmesine ve hücre hasarına yol açar. GSH-Px, hem lipit peroksidasyonunun başlamasını önler, hem de lipit peroksidasyonu sonucu oluşan lipit hidroperoksitlerin metabolizmasını sağlar. Glutatyon redüktaz (GSH-Red) Bir flavoprotein olan glutatyon redüktaz, NADPH yardımıyla okside glutatyonun (GSSG), glutatyona indirgenmesini katalize eder. Glutatyonun indirgenmiş halde kalması birçok antioksidan enzim aktivitesi için önemlidir. GSH-Px ve katalaz için büyük önem taşır, katalaz azaldığı zaman GSH bağımlı enzimler aktive olur. Ayrıca, Se düzeyindaki azalma GSH-Px ve glutatyo redüktaz düzeylerinde azalmaya neden olur. Glutatyon redüktaz eksikliği eritrositlerin H2O2 ye daha duyarlı hale gelmesine ve ozmotik frajilitede artışa yol açar. Glutatyon transferaz (GSH-Tr) Gerek organizmaya dışarıdan gelen, gerekse biyotransformasyon reaksiyonlarıyla oluşan zararlı bileşikler, ya etkili bir nükleofil olan glutatyon ile konjuge olur ya da GST tarafından katalizlenen bir dizi reaksiyonla suda çözünen merkaptürik asit türevlerine dönüşerek safra veya idrar yolu ile organizmadan uzaklaştırılırlar. Bir multienzim ailesi olan glutatyon transferazlar detoksifikasyon işleminden sorumludur. Alifatik heterosiklik radikaller, epoksitler ve birçok genotoksik ksenobiotiklerin GSH ile konjugasyonunu katalize ederler. Bu enzimler karsinojenik, polisiklik aromatik hidrokarbonları detoksifiye ederler, konjuge izotiyosiyanatları daha az reaktif ve suda çözülür ürünler haline getirirler. Ayrıca, başta araşidonik asit ve linoleik asit hidroperoksitler olmak üzere lipit hidroperoksitlere karşı selenyumdan bağımsız GSH-Px aktivitesi göstererek bir antioksidan savunma mekanizması oluştururlar. Katalaz Peroksizomlarda ve sitozolde bulunan ve yapısında hem içeren bir protein olan katalaz, H2O2 in moleküler oksijen ve suya çevrilmesini katalizler. Katalaz metil hidroperoksit ve etil hidroperoksit gibi küçük moleküllerin indirgenmesini de sağlar, ancak büyük molekül ağırlıklı lipit hidroperoksitlere karşı etki göstermez. Süperoksit dismütaz (SOD) Aerobik tüm hücreler SOD içerirler. Hem sitozol, hem de mitokondrilerde bulunan bu enzim süperoksit radikallerini etkisizleştirerek, hücreleri süperoksit radikalinin zararlı etkilerinden korur. Dokularda oksijen basıncının (po2) yükselmesi ile SOD aktivitesi artar. Enzim fagosite edilmiş bakterilerin intraselüler olarak öldürülmesinde rol oynar ve granülosit fonksiyonu için önemlidir. İçeriğindeki metal iyonuna göre sitozolik dimerik Cu,Zn-SOD ve mitokondriyal tetramerik Mn-SOD olarak adlandırılır.

6 DİĞER OKSİDANLAR A vitamini A Vitamini (diğer adıyla retinol), görme olayında görev alan önemli bir vitamindir. A Vitamini yağda çözünür, vücut dokularının ve cildin sağlıklı olmasını, bağışıklık sisteminin güçlenmesini sağlar. Sağlıklı bir kemik yapısı için de gereklidir. Ayrıca, antioksidan olarak da faaliyet yapar, hücreleri kansere ve diğer hastalıklara karşı korur, yaşlanma sürecini yavaşlatır ve yağ depolanmasına yardımcı olur. C vitamini C vitamini (diğer adıyla askorbik asit), bağışıklık sisteminin güçlendirilmesi, kemik ve dişlerin gelişimi gibi pek çok fonksiyonda görev alır. Yaraları iyileştirir ve dokuları yeniler. Kanser ve kalp hastalıklarına karşı koruyucudur. Suda çözünen bir vitamindir ve bu özelliğiyle diğer antioksidan vitaminlerden ayrılır. E vitamininin rejenerasyonunda glutatyonla birlikte görev alır. E vitamini E vitamini (diğer adıyla tokoferol), en önemli antioksidandır. Bileşiminde alfa, beta, gama ve delta tokoferolleri bulunduran E vitamini yağda çözünür özelliktedir. Karaciğerde depolanır ve bağışıklık sisteminde pek çok fonksiyonu vardır. Hücre zarlarında ve lipoproteinlerin yapısında bulunur. Başlıca antioksidan fonksiyonu lipit peroksidasyonunun engellenmesidir. Lipit peroksidasyonu zarlarda, eritrositlerde, lipoproteinlerde, beyinde ve çoklu doymamış yağ asitlerinin (PUFA) bol olduğu diğer dokularda yaygındır. Koenzim Q-10 Organizmanın doğal olarak ürettiği bir maddedir. Vücudun enerji kaynağını oluşturan sistemin esasını teşkil eder. Bağışıklık sistemini güçlendirir. Özellikle kalp kasının fonksiyonlarında etkilidir. Yağda çözünebilen ve E Vitaminine benzer etki gösteren bir beslenme desteğidir. Antioksidan etkisinin yanı sıra, dolaşım sisteminin düzenli bir şekilde işleyebilmesini sağlar. Selenyum Selenyum, selenoproteinlerin ve önemli antioksidan enzimlerden glutatyon peroksidazın yapısında bulunur. Selenoproteinler tiroid fonksiyonunun düzenlenmesine yardımcı olurlar ve bağışıklık sistemi içinde rol oynarlar. Sağlık için gerekli temel bir mineral olmakla birlikte, vücudun bu minerale gereksinimi çok az miktardadır. KAYNAKLAR o Brody T. Nutritional Biochemistry. 2nd ed. San Diego: Academic Press; o Fang YZ, Yang S, Wu G, Free radicals, antioxidants and nutrition. Nutrition 2002;18: o Food and Nutrition Board, Institute of Medicine. Vitamin C. Dietary Reference Intakes for Vitamin C, Vitamin E, Selenium and Carotenoids. Washington D.C.: National Academy Press; 2000; o Halliwell B, Gutteridge JMC. Free Radicals in Biology and Medicine. 4th ed. Oxford: Oxford Universty Press; o Meister A, Anderson ME. Annual Review of Biochemistry. 1983;52: o Rayman MP. The importance of selenium to human health. Lancet. 2000;356: o Traber MG. Vitamin regulatory mechanisms. Annu Rev. Nutr. 2007;27:

7 OKSANTEST Oksidatif Stres Analiz Paneli İdrar Tarama Testi Lipitlerde oksidatif hasar sonucu oluşan ürünlerin ölçümüne dayanan basit ve güvenilir bir tarama testidir. Spot idrarda gerçekleştirilir. Pozitif sonuç elde edildiğinde 2-3 hafta arayla en az iki kez tekrarlanması ve tekrar sonrasında yine pozitif olması durumunda ileri analizlerin yapılması önerilir. Kan Testleri Plazma, eritrosit ve lökositlerde gerçekleştirilen bir grup analizden oluşmaktadır. Bu analizler ile kişinin antioksidan düzeyleri ve oksidatif hasar göstergeleri değerlendirilir. Belirlenen oksidatif stres risk skoruna göre genetik analiz önerilebilir. Genetik Analiz Mikroarray veya DNA dizileme yöntemiyle antioksidan genlerdeki tek nükleotid değişimlerinin (SNP) incelenmesine dayalı bir analiz gerçekleştirilir ve kişinin genetik açıdan oksidatif strese yatkınlığı değerlendirilir OKSANTE AR-GE Laboratuvarı Otakçılar Caddesi No:78 FLATOFİS D: 208 Eyüp İstanbul Tel: (212) Faks: (212) /

8