Oksidatif Stres ve Oksidatif Strese Karşı Hücrenin Savunma Mekanizmaları ve Antioksidan Moleküller

Reaktif oksijen türlerinin (ROT) oluşumunu ve bunların meydana getirdigi hasarı önlemek için vücutta bazı savunma mekanizmaları geliştirilmiştir. Canlı hücrelerde bulunan lipid, protein, nükleik asit ve karbohidratlar gibi hedef moleküllerdeki oksidan hasarı, serbest radikalleri nötralize ederek engelleyen veya geciktiren maddelere antioksidan ve bu olaya da antioksidan savunma adı verilir. Bu sistemin evrim boyunca atmosferde değişen O2 konsantrasyonuna yanıt olarak gelişmiş olma ihtimali yüksektir.

Organizmada serbest radikallerin oluşum hızı ile bunların ortadan kaldırılma hızı bir denge içerisindedir ve bu durum oksidatif denge olarak adlandırılır. Oksidatif denge sağlandığı sürece organizma, serbest radikallerden etkilenmemektedir. Bu radikallerin oluşum hızında artma ya da ortadan kaldırılma hızında bir düşme bu dengenin bozulmasına neden olur. Oksidatif stres (OS) olarak adlandırılan bu durum özetle; serbest radikal oluşumu ile antioksidan savunma mekanizması arasındaki ciddi dengesizliği göstermekte olup sonuçta doku hasarına yol açmaktadır.

Serbest radikaller ve antioksidanlar arasında çok hassas bir denge vardır. Bu dengedeki düzensizlikler veya hücreye zarar veren ROT’lerin birikimi yukarıda da belirtildiği gibi oksidatif stres olarak tanımlanır. Hücre içinde ROT üreten çok sayıda bileşik ve çevresel ajanlar, aktif O2 konsantrasyonunun hücrenin savunma kapasitesini

aşan bir seviyeye ulaşması, hücrelerin ROT’nin yüksek seviyelerine maruz kalması OS’ye neden olan durumlardır. Antioksidanların bir kısmı serbest radikal oluşumunu, bir kısmı ise oluşmuş serbest radikallerin zararlı etkilerini önler (131).

Çeşitli özellikteki serbest radikaller için hidrofilik ve lipofilik antioksidanlara ihtiyaç vardır. Hidrofilik özellikteki antioksidanlar sitozol ve ekstraselüler sıvılarda, lipofilik özelliktekiler ise membranlarda ve lipoproteinlerde bulunurlar. Antioksidanlar başlıca endojen (doğal) ve ekzojen (farmakolojik) olmak üzere 2’ye ayrılırlar. Endojen kaynaklı olanlar ise enzimatik ve enzimatik olmayanlar (non-enzimatik) olarak sınıflandırılır. Hücresel seviyede etkili olan enzimatik sistemler içinde birincil olan antioksidan enzimler arasında süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT), glutatyon peroksidaz (GSH-Px) ve glutatyon-S transferaz (GST) bulunur. Bu birincil enzimlerden başka dolaylı olarak antioksidan sistem içinde yer alan glutatyon redüktaz (GSH-Rd) ve glukoz-6-fosfat dehidrogenaz (G6PD) enzimleri de vardır ve bunlara ikincil antioksidan enzimler denilmektedir. Non-enzimatik antioksidanlar ise, indirgenmiş glutatyon (GSH), N-asetilsistein ve tiyoller gibi protein olmayan sülfidriller, A, C ve E vitaminleri ve başka moleküllerdir(157).

2.10.5.1. Enzimatik Antioksidanlar Süperoksit Dismutaz (SOD)

Süperoksit dismutaz (SOD), O2˙¯ ’nin H2O2’ye dismutasyonunu katalize eden bir

metaloenzimdir. Đnsanda SOD’nin iki tipi mevcuttur. Sitozolde dimerik, Cu+2 ve Zn+2 içeren izomeri (Cu-Zn SOD) ile mitokondride tetramerik, Mn+2 içeren izomeri mevcuttur (Mn-SOD). Prokaryotlarda Fe+3 içeren bir izomeri daha vardır (Fe-SOD). Ayrıca 1982 yılında glikoprotein yapısında olan ekstraselüler SOD (EC-SOD) tanımlanmıştır.

O2˙¯ + O2˙¯ + 2H+ SOD O2 + H2O2 (I)

2O2 + 2H+ H2O2 (II)

H+ + O2 + H2O2 O2 + OH˙+ H2O (III)

SOD, II. reaksiyonun hızını artırırken, III. reaksiyonun oluşumunu engeller. Enzimin fizyolojik fonksiyonu; O2’yi metabolize eden hücreleri O2˙¯ ’nin zararlı

etkilerine karşı korumaktır. Böylece lipid peroksidasyonunu inhibe eder. SOD, aerobik canlılarda O2˙¯ ’lerin H2O2’ye çevrilmesinde katalitik aktivitesi yüksek olan enzimdir

(146).

Katalaz (CAT)

Katalaz, peroksizomlarda lokalize olan ve yapısında 4 adet “hem” grubu bulunduran bir hemoproteindir. Karaciğer, böbrek, miyokard, çizgili kas ve eritrositlerde aktivitesi yüksektir. H2O2’yi, O2 ve H2O’ya parçalar. Dolayısıyla SOD tarafından

başlatılan detoksifikasyon reaksiyonunu tamamlar. 2H2O2 Katalaz 2H2O+O2

Katalazın indirgeyici etkisi H2O2’nin yanısıra metil-, etil- hidroksiperoksitler gibi

küçük moleküllü lipid peroksidasyonlarını da içine alır (146). Glutatyon Peroksidaz (GSH-Px)

Glutatyon peroksidaz, H2O2’lerin indirgenmesinden sorumlu enzimdir.

mitokondridedir. Enzim aktivitesi eritrositler ve karaciğerde fazladır. GSH-Px, intraselüler mesafede lipidleri peroksidasyondan koruyan en önemli enzimdir. Bu nedenle hücrenin sitozolik kompartmanında yer alan bu enzim hücrenin yapısını ve fonksiyonunu korur [64,85]. GSH-Px, aşağıdaki reaksiyonları katalizler(146).

H2O2+2GSH GSH-Px GSSG+2H2O (I)

ROOH+2GSH GSH-Px GSSG+ROH+H2O (II)

Glutatyon peroksidaz enziminin Selenyum (Se) bağımlı ve bağımsız iki formu vardır. Glutatyon S-Transferaz (GST)

Selenyuma bağlı olmayan GSH-Px olarak ta adlandırılır. Glutatyon transferazlar, karaciğerde sitokrom P450 enzim sistemi tarafından reaktif ara ürünlere dönüştürülen yabancı maddelerin daha az reaktif konjugatlara dönüşümünü katalizler. Bu işlemi yaparken glutatyon (GSH)’daki sisteine ait –SH grubunu yabancı maddelere bağlayarak elektrofilik bölgelerini nötralize eder ve ürünü daha fazla suda çözünür hale getirerek organizmadan atılımını sağlar.

ROOH+2GSH GST GSSG+ROH+H2O

Başta araşidonik asit ve lineolat hidroperoksitleri olmak üzere lipid peroksitlerine karşı Se bagımsız GSH peroksidaz gibi aktivite gösterir (151).

Glutatyon Redüktaz (GSSG-R)

Hidroperoksitlerin redükte olmasıyla oluşan okside glutatyonun (GSSG), redükte hale (GSH) dönüşmesini katalizler. Reaksiyonun gerçekleşmesi için NADPH’ye ihtiyaç vardır(146).

GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+

2.10.5.2. Enzimatik Olmayan (Non-enzimatik) Antioksidanlar

ROT’lerin ortadan kaldırılmasına enzimatik antioksidanların yanı sıra enzimatik olmayan (non-enzimatik) antioksidanlar da katılır.

Glutatyon (GSH)

Glutatyon (γ-Glutamil Sisteinil Glisin), düşük molekül ağırlıklı önemli bir tripeptiddir. GSH intrasellüler bir antioksidan olup ekstrasellüler mesafede düşük konsantasyonlarda bulunur. Hücre içinde redoks potansiyeli yüksek bir ortam oluşturarak hücreyi oksidatif hasara karşı korur. Glutatyon, eritrosit hariç tüm memeli hücrelerinde bol miktarda salınır. Glutatyon, H2O2, OH˙, O2˙¯ , alkoksil (RO˙) radikalleri

ile direkt etkileşime girerek hücreleri oksidatif hasara karşı korur ve diğer taraftan proteinlerin sülfidril gruplarının redükte halde kalmasını sağlayarak protein ve enzimlerin inaktivasyonunu önler. Ayrıca GSH, membran geçirgenliğinin sağlanması, DNA sentezi, protein konformasyonu ve enzim aktivitesinin ayarlanması gibi görevlerde de yer alır (146).

Askorbik Asit

L-Askorbik asit (C Vitamini) insan beslenmesinde önemli bir vitamin olup bitki dokularında bol miktarda bulunur. Süperoksit, singlet oksijen ve H2O2’yi temizleme

bulunan diğer bileşenlerden daha kolayca reaksiyona girer ve oksidatif hasardan makromolekülleri korur.

Askorbatın antioksidan olarak indirekt rolü, α-tokoferol ve karotenoid gibi membrana bağlı antioksidanları indirgenmiş formuna dönüştürüp yenilemesidir. α- tokoferol, peroksil radikalleri ve singlet oksijeni temizleme özelliğine sahiptir, ancak bu sırada tokoferoksil radikaline dönüşür. Oluşan tokoferoksil radikal, askorbat tarafından tokoferole indirgenir (158).

E Vitamini

E Vitamini, α-, β-, γ-, δ- tokoferol ve α-,β-, γ-, δ- tokotrienol olarak adlandırılan bileşiklere verilen genel bir isimdir. Mitokondri ve mikrozomlar gibi membranca zengin hücre kısımlarında yüksek konsantrasyonlarda bulunurlar. Bitkisel yağlar ve tohumlar zengin E vitamini kaynaklarıdır. Doğal olarak bulunan 8 adet tokoferolden α-tokoferol, antioksidan olarak en aktif olanı ve doğada en yaygın olarak bulunanıdır. α-Tokoferol, O2˙¯ , OH˙, singlet O2, lipid peroksi radikallerini ve diğer radikalleri temizler.Hidrofobik

doğasından dolayı α-Tokoferol yalnızca hücre membranlarının fosfolipid tabakasında ve plazma lipoproteinlerinde (LDL) yer alır. Tokoferoller hücre membranında eşit olarak dağılmazlar. Daha çok doymamış yağ asitlerinin yoğun olduğu kısımlarda bulunurlar ve böylece lipid peroksidasyonuna karşı yağ asitlerini korurlar. α-Tokoferol, hücre membranlarının lipid peroksidasyonuna karşı korunmasında, membran akışkanlığının sağlanmasında ve membran enzimlerinin modülasyonunda önemli bir rol alır (159).

Diğer Non-enzimatik Antioksidanlar: Karotenoidler

A vitaminin metabolik ön maddesi olan β-karoten, bitkilerde kloroplast membranının bir bileşenidir. Son derece güçlü singlet O2 temizleyicisi olup ayrıca OH˙,

peroksi ve alkoksi radikalleriyle doğrudan reaksiyon vererek lipid peroksidasyonunu önleyebilir. Singlet O2 uzaklaştırıcı olarak bilinen en etkili karotenoid likopendir (160). Melatonin

OH˙ radikalini ortadan kaldıran lipofilik özellikte çok güçlü bir antioksidandır (161).

Ürik asid

Ürik asid, singlet O2, peroksil radikalleri, OH˙, ozon ve HOCl için güçlü bir

temizleyicidir ve in vivo antioksidan olarak kabul edilmektedir (162).

Yukarıda bahsedilen antioksidanlar haricinde deferoksamin, ubiquinol (koenzim Q), lipoik asid, metallotioneinler, melanin, albumin, sistein, bilirubin ve flavonoidlerin de antioksidan aktivite gösterdiği saptanmıştır. Biyolojik sistemlerdeki antioksidan savunma sistemi elemanları Çizelge 2.4’tegörülmektedir.

Çizelge 2.4.Biyolojik sistemlerdeki antioksidan savunma sistemi elemanları.