2. GENEL BİLGİLER
2.4. Oksidatif Stres ve Total Antioksidan Kapasite
2.4.1 Oksidatif Stres
Oksidatif stres, doku veya hücrelerde oluşan serbest oksijen türlerinin antioksidan kapasiteyi aşması ile oluşan dengesizlik olarak adlandırılır (Ye, 2015). Sağlıklı organizmada, reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşması ile antioksidan savunma sistemleri dengede kabul edilmektedir. Bu dengede gerçekleşecek herhangi bir bozukluk inflamatuvar reaksiyonları uyarabilmektedir. Oksidatif stres durumunda, antioksidan savunma sistemleri ROS seviyesini toksik eşiğin altında tutmakta yetersiz kalır. Buna ek olarak, oksidatif stres ROS üretiminin fazla olması ve/ veya antioksidan savunmanın yetersiz olması durumunda oluştuğu bildirilmektedir (Ye, 2015, Finkel, 2000).
Oksidatif stresin, kardiyovasküler hastalık, kanser, diyabet, pulmoner ve nörodejeneratif hastalıklar gibi günümüzde sık görülen birçok hastalığın oluşumunda rol aldığı bildirilmiştir. Bu hastalıkların oluşması ise oksidatif stresin protein, lipid ve deoksiribo nükleik asit (DNA) metabolizmasında toksik etki yaratması sonucu ortaya çıktığı belirtilmiştir (Ye, 2015).
2.4.2. Serbest Radikaller
Serbest radikaller, en dış orbitalinde bir veya daha fazla eşleşmemiş elektron içeren reaktif atom veya moleküller olarak tanımlanmaktadır. Serbest radikallerin bir çok oluşum mekanizması ileriye sürülmüştür. İnflamatuvar hücre aktivasyonu ve mitokondride gerçekleşen elektron taşıma reaksiyonları gibi canlı organizmasında normal olarak meydana geldiği gibi, sigara kullanımı, X-ray ışınları, UV ışınları ve çevresel toksinler gibi dış kaynaklı etkilere bağlı olarak da oluşabilmektedir (Lushchack, 2014).
32
Serbest radikallerin oluşumunu etkileyen faktörler daha geniş çapta incelendiğinde, eksojen faktörler arasında diyete bağlı faktörler olduğu görülmektedir. Örneğin, sebze ve meyve tüketiminin düşük olması, doymamış yağ asitlerinden zengin beslenme, obeziteye yol açan hiperkalorik beslenme, hayvansal kaynaklı proteinlerden zengin beslenme bu faktörler arasında yer almaktadır. Eksojen faktörler arasında ayrıca çevresel faktörler (sigara, hava kirliliği, pestisitler, radyasyon ve asbest) ve kullanılan ilaçlar (glutatyon tüketen ilaçlar, anti-kanser ilaçları) yer almaktadır (Boveris, 2000).
2.4.2.1. Serbest Oksijen Radikalleri (SOR), Reaktif Oksijen Türleri (ROS) ve Reaktif Nitrojen Türleri (RNS)
Serbest radikaller biyolojik ortamda farklı türlerde bulunmaktadır. Bunlar SOR, ROS ve RNS olarak bilinmektedir (Salisbury, 2015). Tablo 1.’de ROS ve RNS verilmiştir (Biçim, 2013).
Tablo 1. Reaktif oksijen ve reaktif nitrojen türleri
Reaktif Oksijen Türleri (ROS) Reaktif Nitrojen Türleri (RNT) Radikal Non-Radikal Radikal Non-Radikal
Süperoksit (O2-.) Hidrojen peroksit (H2O2)
Nitrik oksit (NO.) Alkoksil peroksinitrit (LOONO)
Hidroksil (·OH) Hipoklorik asit (HOCl) Nitrojen dioksit
(NO2.) Dinitrojen tetroksit (N2O4) Hidroperoksil (HO2.) Lipit hidroperoksit (LOOH) Dinitrojen trioksit (N2O3)
Peroksil (LO2.) Singlet oksijen (1O2) Nitröz asit (HNO2)
Alkoksil (LO.) Ozon (O3) Peroksinitrit (ONOO-)
Canlı hücrelerde gerçekleşen normal süreçte, oksijen türevi radikaller organizmanın en iyi bilinen serbest radikalleri olup fizyolojik miktarlarda üretilirler. Aşırı üretimleri söz konusu olduğu zaman hücre ve dokularda hasara yol açarlar.
33
Yapılarında bulunan eşleşmemiş elektronlardan dolayı oldukça reaktif oldukları bilinmektedir. Buna ek olarak, tüm hücre bileşenleri ile kolayca etkileşebilirler. Sonuç olarak, serbest radikaller canlılar için zararlıdır ve ‘oksidanlar’ olarak da bilinmektedir. Oksidatif stres, diğer bir deyişle, oksidanlar adı verilen yıkım ürünlerinin neden olduğu biyolojik hasardır (Salisbury, 2015).
ROS’un fazla miktarda üretildiği durumlarda veya antioksidan savunma sistemlerinin (enzimatik ve enzimatik olmayan) yetersizliği sonucu ortaya çıkan zincirleme oluşan tepkimelerle hücre hasarı veya apoptozun (hücre ölümü) gerçekleşebileceği bildirilmiştir. Buna ek olarak, artan ROS miktarının hormon, nörotransmitter ve çeşitli mediatöre etki etmesi sonucu homeostası bozabilmektedir (Weidinger, 2015).
2.4.3. Reaktif Oksijen Türleri
Reaktif oksijen türlerinin en önemli özelliklerinden bir tanesi, normal oksijen molekülü ile karşılaştırıldıkları zaman kimyasal olarak daha reaktif olduklarıdır. (Koca, 2003). Yukarıdaki tabloda da verildiği üzere, ROS’lara örnek olarak Superoksit (O2.-), hidroksil (OH.) ve hidroperoksil (ROOH.) gibi radikaller ile singlet oksijen (1O2), hidrojen peroksit (H2O2), hipokloröz asit (HOCl) ve ozon (O3) gibi radikal olmayan türleri verilebilir (Weidinger, 2015). Radikal olmayan türlerin intra veya extrasellüler ortamlarda radikal oluşturma özelliğine sahip olduğu bilinmektedir (Koca, 2003).
ROT’lerin canlı hücede oksidatif hasara yol açabilme özelliklerinden dolayı ROT’lar prooksidan olarak da bilinmektedirler. Bağ dokusu hücreleri ve fagositer hücreler genel olarak ROT’ların en yoğun olarak oluştuğu hücrelerdir. ROT’ların faydalı etkilerine bakılacak olunursa, bunlar arasında hücresel haberleşme, hücre ve
34
dokularda reseptör aracılı sinyal yollarının aktivasyonu ve hücresel cevap bulunmaktadır (Weidinger, 2015).
2.4.3.1. Süperoksit (O2.-) ve Hidrojen Peroksit (H2O2)
Süperoksit anyonu oksidatif stres sonucu en çok oluşan reaktif oksijen türü olarak bilinmektedir. Moleküler oksijenin tek elektron indirgenmesi sonucu süperoksit anyonu oluşmaktadır (Yener, 2000).
O2 + e O2.-
Reaktif oksijen türleri için en önemli kaynak mitokondridir. Bunun sebebi ise, mitokondride gerçekleşen elektron taşıma zincirinde kompleks I (NADH dehidrogenaz) ve kompleks III’te (ubisemikinon) meydana gelen elektron kaçışıdır. Bu elektronların moleküler oksijene geçmesi ile süperoksit anyonu oluşmaktadır.
Süperoksit anyonu hücrede oksidatif yıkıma neden olan reaktif türlerinin oluşmasında rol almaktadır ve zarlardan hızlı geçemediği için tek başına reaktif ara ürün olarak kabul edilmemektedir. Süperoksit anyonu hidrojen peroksitin esas kaynağıdır. Hidrojen peroksit, iki süperoksit anyonunun iki molekül hidrojen alması sonucu oluşmaktadır. Ayrıca, bu reaksiyon süperoksit dismutaz tarafından katalize edilmektedir (Lushchak, 2014).
2 O2-2 + 2H+ H2O2 + O2 2.4.3.2. Hidroksil Radikali (OH.)
Hidroksil radikali en toksik ve en reaktif oksidatif radikal olmakla bilinmektedir ve oksijen molekülüne üç elektron eklenmesi ile oluşmaktadır. Hidroksil radikalinin çeşitli oluşum mekanizmaları bildirilmiştir. Hidroksi radikali elektronu eksik olan moleküler oksijen ile hidrojen atomunun birleşmesi ile oluşur (Yener, 2000).
.
35
Hidroksil Radikali Fenton reaksiyonu ile hidrojen peroksitten veya Haber-Weiss reaksiyonu ile süperoksitten de oluşmaktadır (Tamer, 2000).
Fenton reaksiyonunda ferri demir (Fe+3), süperoksit dismutaz tarafından ferro demire (Fe+2) indirgenmektedir.
O2.- + Fe+3 O2 + Fe+2
Fe+2 + H2O2 Fe+3 + OH- + OH.
Hidroksi radikali Haber-Weiss reaksiyonu ile aşağıdaki gibi oluşmaktadır: O2.- + H2O2 OH. + OH- + O2
Yukarıda verilen reaksiyon ortamda serbest halde bulunan Fe+3
veya Cu+2 katalizörlüğünde gerçekleşmektedir (Tamer, 2000).
2.4.4. Oksidatif Stres ile Oluşan Hücresel Hasar
Serbest radikallerin canlı organizmasında birçok önemli bileşene etki ettiği bildirilmiştir. Bu bileşenlere örnek olarak lipidler, proteinler, DNA, karbonhidratlar ve enzimler verilebilir (Koca, 2003).
2.4.4.1. Serbest Radikallerin Lipidlere Etkileri ve Lipid Peroksidasyonu
Lipit peroksidasyonu, serbest radikallerin canlı organizmadaki yağ asitlerine etkisi olarak bilinmektedir. Başka bir deyişle, serbest radikallerin hücre zarındaki yağ asitleri ile tepkimeye girmesi sonucu meydana çıkan reaksiyon dizisi lipit peroksidasyonu olarak tanımlanır. Buna ek olarak, zarların yapısında lipit ve protein bulunduğundan dolayı, lipit peroksidasyonu sadece lipitlere değil zar proteinlerine de zarar vermektedir. Lipit peroksidasyonunda hücre membranında bulunan çoklu doymamış yağ asitleri ve kolesterol oksidatif hasarın birincil hedefleri arasında yer almaktadır (Koca, 2003).
Lipit peroksidasyonunda, reaktif oksijen türleri çoklu doymamış yağ asitlerini lipit peroksit, lipit alkol, malondialdehit ve etan gibi ürünlere yıkılmasına neden
36
olmaktadır. Bu reaksiyonlar sonucu açığa çıkan ürünler, zarların geçirgenliğini ve akışkanlığını etkileyerek kopma ve kırılmalara yol açmaktadır. Lipit peroksidasyonunun neden olduğu hücresel hasarın geri dönüşümsüz olduğu bilinmektedir (Lacheras, 2003).
Lipit peroksidasyonu sonucu açığa çıkan bileşikler arasında aldehitlerin en toksik bileşikler olduğu bilinmektedir ve bu bileşiklerin hücre bölümlerine yayılması sonucu hücrelerde hasara yol açtığı belirtilmektedir. Malondialdehit (MDA) ve 4-hidroksinonenal (4-HNE) nonenzimatik oksidatif lipit peroksit dekompozisyonu sonucu ortaya çıkmaktadır (Koca, 2003).
2.4.4.1.1. Malondialdehit
Malondialdehid (MDA), [CH2(CHO)2] formülüne sahip organik bir bileşiktir. MDA lipit peroksidasyonunun son ürünüdür. Hücrede malondialdehit oluşumu lipit peroksidasyonunun başladığına dair en iyi gösterge olarak kabul edilmektedir. MDA’nın üretimi ile lipit peroksidasyon şiddetinin orantılı şekilde arttığı vurgulansa da, yağ asiti oksidasyonunun spesifik bir indikatörü değildir. MDA membranlardan kolayca geçebildiği için DNA’da reaksiyona girerek karsinojen ve mutajen etki göstermektedir. MDA miktarının tiyobarbitürik asit testi ile ölçümü lipit peroksidasyonunu belirlemek amacı ile kullanılmaktadır (Akyol, 2001).
37
2.4.4.2. Serbest Radikallerin Proteinlere Etkileri
Proteinlerde gerçekleşen oksidasyon, reaktif oksijen türleri tarafından doğrudan olarak veya oksidatif stresin yan ürünleri tarafından dolaylı olarak, kovalent modifikasyona uğratılması olarak adlandırılmaktadır. Proteinlerde gerçekleşen oksidasyon yapısal değişikliklere dolayısı ile işlevsel değişikliklere yol açmaktadır. Protein oksidasyonu oksidatif stres, yaşlanma ve birçok hastalık ile ilişkili bulunmuştur (Sullivan, 2014).
Proteinler lipitlere kıyasla serbest radikallere daha az hassastır ve serbest radikallerden etkilenmeleri amino asit dizilişine bağlı olarak farklılık göstermektedir. Doymamış bağ ve sülfür içeren proteinlerin serbest radikallerle olan etkileşimi daha yüksektir. Dolayısı ile triptofan, tirozin, fenilalanin, histidin, metionin ve sistein gibi amino asitleri içeren proteinlerin serbest radikallerden daha kolay etkilendiği bilinmektedir (Sullivan, 2014).
2.4.4.3. Serbest Radikallerin Karbonhidratlara Etkileri
Monosakkaritlerde gerçekleşen reaksiyonlarda H2O2, peroksit ve okzoaldehitler oluşmaktadır. Okzoaldehitlerin proteinlere bağlanabildiklerinden dolayı kanser ve yaşlanmaya neden olduğu belirtilmiştir (Çetin, 2012).