Teorie oxidačního stresu

Teorie oxidačního stresu (též teorie volných radikálů) popisuje význam volných radikálů a oxidačních reakcí, které se podílejí na stárnutí organismu. Byla zformulována v roce 1965, kdy už bylo známo, že živé buňky vytváří reaktivní volné radikály jako vedlejší produkt běžných metabolických reakcí.

Volné radikály a ROS

Volné radikály jsou atomy nebo skupiny atomů, které mají nepárový elektron a tento elektron má tendenci tvořit nonradikálovou částici prostřednictvím chemické vazby mezi nepárovými elektrony. Kromě volných radikálů mohou oxidační poškození způsobovat také látky označované jako reaktivní formy kyslíku (ROS, z angl. reactive oxygen species). Charakteristickými zástupci ROS jsou superoxidové anionty či peroxid vodíku. Vznikají v organismu různými pochody jako např. aerobní fosforylací, ale též působením ionizujícího a UV záření.

Mechanismus

Volné radikály, resp. ROS reagují s buněčnými proteiny, nukleovými kyselinami či membránovými fosfolipidy a vyvolávají jejich oxidační poškození, které může vést ke změnám jejich biologické aktivity:

• ke ztrátě přirozených funkcí proteinů;
• ke vzniku mutací v DNA;
• ke změnám membránových funkcí;
• k poškození a smrti buňky.

V rámci celého organismu kumulace takovýchto změn urychluje degenerativní procesy spojené se stárnutím. Podle teorie volných radikálů je tedy příčinou stárnutí oxidační poškození makromolekul volnými radikály, které vznikají jako vedlejší produkty metabolismu. Dnes je tato teorie spíše označovaná jako teorie oxidačního stresu, protože k oxidačnímu poškození významně přispívají také látky nonradikálové povahy (ROS).

Dráhy působení ROS

V procesu stárnutí je působení ROS ovlivněné dvěma hlavními typy drah:

• dráhy, které ovlivňují výsledné množství ROS v celém organismu;
• dráhy, které opravují nebo de novo syntetizují struktury poškozené ROS, tj. DNA, proteiny a lipidy.

Ve skupině I. můžeme rozlišit dráhy vedoucí k produkci ROS a dráhy likvidující výsledné množství ROS. Většinu kyslíku v buňce spotřebuje dýchací řetězec situovaný v mitochondriích a vedlejší produkty, které při něm vznikají (superoxidové a hydroxylové radikály, peroxid vodíku), jsou potencionálním zdrojem oxidačního poškození jak samotných mitochondrií, tak i dalších buněčných struktur.

Dráhy likvidující ROS vytvářejí komplexní antioxidační obranný systém zahrnující malé molekuly (tokoferoly, vitamín C, glutathion, atd.) a antioxidační enzymy (superoxid-dismutáza – SOD, glutathion peroxidáza, kataláza, atd.). Rovnováha mezi produkcí a likvidací ROS determinuje absolutní hladiny oxidačního stresu.

Shrnutí

Volné radikály způsobují v buňce vznik vysokého počtu mutací, což vyčerpává kapacitu opravných systémů (jejich kapacita se s věkem snižuje). Mutace se hromadí nejen v jaderné DNA, ale také v mt-DNA. Předpokládá se, že 2–3 % kyslíkových atomů zpracovávaných v mitochondriích jsou neúčinně redukovány za vzniku ROS. To má za následek, že v mitochondriálním genomu je 10–20× vyšší mutační rychlost než v genomu jádra.

Ve výsledku tedy můžeme říci, že oxidační stres, jako výsledek působení ROS, tak volných radikálů, způsobuje jednak snížení biologické aktivity proteinů, jednak vede k poškození biologických membrán a ke vzniku mutací na úrovni DNA. Všechny tyto změny vedou ke smrti buňky a tím se urychlí proces stárnutí.

Odkazy

Související články

• Základní reaktivní formy kyslíku a dusíku
• Oxidační stres
• Vyšetření parametrů antioxidační kapacity

Externí odkazy

• Onemocnění způsobená oxidativním stresem (oxidativestressresource.org)
• Oxidativní stres zkracuje telomery (PubMed.gov)

Použitá literatura

• NOVOTNÁ, Božena a Jaroslav MAREŠ. Vývojová biologie pro mediky. 1. vyd. Praha: Karolinum, 2005, 99 s. ISBN 80-246-1023-X.