Reaktif Oksijen Türler

Süperoksit Radikali (O₂•)

Moleküler oksijenin indirgenmesi sonucu ortaya çıkan süperoksit radikali enzimatik oksidasyon sonucunda oluşur. İç mitokondri zarında solunum zinciriyle, iskemi- reperfüzyon sonucunda aktifleşen ksantin oksidaz, lipooksijenaz, siklooksijenaz enzimlerinin reaksiyonları sonucunda oluşur (Zimmerman ve Granger, 1994; Al-Omar ve ark., 2004). Süperoksit radikali kendiliğinden ya da enzimatik dismutasyon reaksiyonu ile bir ara ürün olarak hidrojen peroksit oluşur (Eşitlik 5). SOD enziminin katalizlediği dismutasyon reaksiyonu ile süperoksit radikalinin spontan dismutasyon reaksiyonundan 109 kat daha hızlıdır (Hinder ve Stein, 1991).

2O₂• + 2H+ → H2O2 + O2 (5)

Süperoksit radikali meydana geldikten sonra glutatyon (GSH) üzerindeki tiyol gruplarıyla etkileşime girerek hücrenin oksidatif stres durumunu ilerletebilir. Aynı şekilde enzimler ya da proteinler üzerindeki tiyol gruplarıyla da reaksiyona girerek onları inhibe edebilirler (Rubanyi ve Vanhoutte, 1986; Brent ve Rumack, 1993). Süperoksit radikali demir (Fe+2_{) varlığında hidrojen peroksit ile reaksiyona girerek aşırı}

reaktif hidroksil radikalinin olumuna da neden olmaktadır. Bu reaksiyona Haber-Weiss reaksiyonu denmektedir (Eşitlik 6).

O₂• + H2O2 → OH• + OH +O2 (6)

Süperoksit radikali ferritin gibi demir depolarından demiri serbest hale getirir. Ferritin Fe+3 değerli demir içermekte iken süperoksit radikali Fe+2 değerli demire çevirerek demiri serbest hale getirme özelliğine sahiptir. Serbest hale geçen demir ise Haber- Weiss reaksiyonu gibi demire bağlı radikal üreten reaksiyonlar aracılığıyla radikal üretimine neden olabilmekte ve dolayısıyla hücre hasarına neden katkıda bulunabilmektedir (Aydın ve ark., 2001).

Süperoksit radikali birçok oksidasyon reaksiyonu sonucu oluşabilir. Bunlardan önemli bir tanesi oksihemoglobin oluşumudur. Hemoglobin iki adet α aminoasit zincir ve iki adet de β aminoasit zinciri olmak üzere dört adet protein alt üniteye sahiptir. Her bir zincir oksijeni geri dönüşümlü olarak bağlayabilen “hem” grubu içerirler. Hemoglobin oksijeni bağlamadan önce Fe+2

iyonu içerirken oksijen bağlandığı zaman bir elektron demir iyonu ile oksijen arasında yer değiştirir (Eşitlik 7).

Fe+2 + O2 ↔ Fe+3 + O₂• (7)

Bu reaksiyon sonucu oluşan oksihemoglobin dekompozisyona uğrayarak süperoksit radikali üretebilir (Eşitlik 8).

Hem-Fe+2 + O2 → Hem-Fe+3 + O₂• (8)

Süperoksit radikali ile beraber oluşan Hem-Fe+3

yapısı oksijen bağlayamayan, biyolojik olarak aktivitesini kaybetmiş bir yapıya dönüşerek “methemoglobin” ismini alır. Bu oksidasyon reaksiyonu günlük olarak insan eritrositlerinin içerdiği hemoglobin miktarının %3’ünde meydana gelerek süperoksit radikali üretimine neden olur. Bu nedenle eritrositler sürekli olarak süperoksit radikali etkisine maruz kalırlar (Halliwell ve Gutteridge, 1989).

Hidroksil Radikali (HO•)

Hidroksil radikali en güçlü radikallerdendir. Hidroksil radikali de vücutta bazı reaksiyonlar sonucu oluşabilmektedir. Bunlardan bir tanesi yukarıda bahsedildiği gibi Haber-Weiss reaksiyonudur. Demir varlığında süperoksit radikali ve hidrojen peroksit reaksiyona girerek hidroksil radikalini oluşturabilir. Su molekülü iyonize edici radyasyon ışınlarına maruz kaldığında da hidroksil radikali oluşabilir. Hidrojen peroksitin demir ile reaksiyona girmesi ile de hidroksil radikali oluşabilir (Eşitlik 9) (Fujimoto ve ark., 1993).

Hidroksil radikali çoğu hücresel yapıya zarar verebilmektedir. Etki ettiği en önemli yapılara lipitler, proteinler, nükleik asitler ve sitokromlar örnek olarak verilebilir. Hidroksil radikalinin DNA üzerinde mutajenik etki oluşturduğuda bilinmektedir. DNA ve RNA yapısında bulunan pürin ve pirimidin bazlarının yapısına katılarak radikal oluşturabilir. DNA zincirinin kırılmasına neden olabilir (Aydın ve ark., 2001). Hücre ve hücre içi organel zarlarının yapısında bulunan membran fosfolipitlerinin doymamış yağ asidi içeriği oksidatif etkilere karşı hassastırlar. Bu zarlarda meydana gelen oksidasyon reaksiyonları hücrenin veya organellerin fonksiyonlarını bozmaktadırlar (Kamal ve ark., 1989). Lipit peroksidasyonu ile hücre zarının akışkanlığı azalır, normalde hücre içine giremeyen maddelerin hücre içine girişi artar, membrana bağlı enzimlerin aktivitesi bozulur, protein sentezi inhibe olur, DNA replikasyonunu önlenir ve mitokondriyal solunum durur ve membrana bağlı ya da yakın DNA’lar hasar görür (Şekil 2.6) (Halliwell ve Gutteridge, 1989; De Flora ve ark., 1991; Brent ve Rumack, 1993). Lipit peroksidasyonunun sebep olduğu önemli etkilerden bir tanesi de kalsiyum iyonunun hücre zarından içeri doğru akışını artırmaktır. Bu durum hücre içi tahribata neden olmaktadır. Mitokindri organelinde kalsiyum birikimi apoptozisi başlatıcı etki göstermektedir (Kuran, 2008). Hidrojen peroksiti yıkan CAT ve selenyum bağımlı GPX gibi enzimler, demir bağlayan şelatör ajanlar hidroksil radikali oluşumunu dolayısıyla lipit peroksidasyonunu önlemektedirler (Aydın ve ark., 2001).

Hidrojen Peroksit (H₂O₂)

Hidrojen peroksit ortaklanmamış elektronlara sahip olmadığından radikal olarak değildir. Membranlardan kolayca geçebilmesi ve başka reaktif oksijen türlerine dönüşebilmelerinden dolayı tehlikelidir (Nordberg ve Arner, 2001). Yukarıda bahsedildiği gibi süperoksit radikalinin dismutasyonu sonucu oluşan hidrojen peroksit, ürat oksidaz, glukoz oksidaz, D-aminosit oksidaz gibi peroksizomal enzimler süperoksit radikaline ihtiyaç duymadan hidrojen peroksit oluşturabilir (Halliwell ve Gutteridge, 1984). Hidrojen peroksit oluştuktan sonra kendiside oksidatif hasar yapabildiği gibi dolaylı olarak süperoksit radikaline dönüşerek de hasara neden olabilir. Hidrojen peroksit zayıf bir oksidan ajandır ancak proteinlerin tiyol gruplarını oksitleyebilir ya da DNA zincirinde kırılmalara neden olabilir. Hidrojen peroksit hücre membranından geçebildiği için DNA üzerinde hasara neden olma olasılığı daha fazladır (Halliwell ve Gutteridge, 1989; Cochrane, 1991). Önceki başlıklarda belirtildiği gibi hidrojen peroksit, Fe+2 ile Fenton reaksiyonunu, süperoksit radikali ile de Haber-Weiss reaksiyonunu vererek güçlü bir oksidan olan hidroksil radikalini oluşturabilmektedir.

Hipokloröz Asit (HOCl)

Hipokloröz asit radikal olmamasına karşın ROT içinde yer almaktadır. Fagositik hücrelerin bakterilere karşı savunmasında önemli görevi vardır. Aktif hale gelen monositler, nötrofiller, eozinofiller ve makrofajlar süperoksit radikali üretirler. İçerdikleri miyeloperoksidaz enzimi aracılığıyla süperoksit radikalinin dismutasyon reaksiyonu sonucu oluşan hidrojen peroksiti klor iyonuyla tepkimeye sokarak antibakteriyel bir ajan olan hipokloröz aside dönüştürürler (Eşitlik 10) (Aydın ve ark., 2001).

Singlet Oksijen (Singlet O2)

Oksijen molekülünün daha reaktif bir türü olan singlet oksijen moleküler oksijenin enerji almasıyla oluşurlar. Klorofil a ve b, bilirübin, retinal, porfirin gibi biyolojik moleküller üzerine belirli dalga boyunda ışık gönderildiğinde de singlet oksijen oluşabilir. Bu nedenle göz retinası sürekli ve yoğun ışığa maruz kaldığından dolayı retinada bulunan retinal pigmenti singlet oksijen üretir. Bu durum gözde hasara neden olabilmektedir. Singlet oksijen biyolojik olarak önemli proteinler, metiyonin, triptofan, histidin ve sistein gibi aminoasitlerin kalıntılarıyla reaksiyon vererek ciddi hasar oluşturabilirler (Buga ve ark., 1989; Aydın ve ark., 2001).

Niktrik Oksit (NO)

Nitrik oksit bir azot ve bir oksijenin çiftlenmemiş elektron vererek oluştuğundan dolayı radikal bir madde olarak tanımlanabilir (Butler ve ark., 1995). Nitrik oksit sentaz (NOS) enzimi ile L-argininden sentezlenen nitrik oksit gazı kolayca düz kas hücrelerine geçerek damar gevşemesini uyarmaktadır (Şekil 2.7) (Aydın ve ark., 2001).

Nitrik oksit yüksüz bir molekül olduğundan dolayı ve çiftlenmemiş elektron taşıdığından dolayı bir hücreden diğerine rahatça geçebilmektedir. Az konsantrasyonlarda nitrik oksit damar düz kaslarının gevşemesine neden olarak damar basıncı ve kan akışını ayarlama, sinirlerden uyarı geçişi gibi hayati olaylarda görev almaktadır (Snyder, 1992; Lowenstein ve ark., 1994). Bakteri duvarının yapısında bulunan lipopolisakkarit damar duvarındaki NOS enzimini aktifleştirerek endojen sitokinlerin (IL-1β, TNF-α ve INF-γ) salınmasını uyarır. Bu olay damar duvarında sürekli nitrik oksit oluşumuna neden olmaktadır (Schulz ve Triggle, 1994). Sitotoksik olarak uyarılmış makrofajlardan salınan nitrik oksitin, yine uyarılmış makrofajlardan salınan süperoksit radikali ile reaksiyona girerek güçlü bir oksidan olan peroksinitrit (ONOOH) oluşturduğu, oluşan peroksinitritin ise son derece güçlü bir oksidan olan hidroksil radikali oluşumuna neden olduğu ileri sürülmektedir (Eşitlik 11, 12, 13).

NO + O₂• → ONOO (11)

ONOO + H → ONOOH (12)

ONOOH → NO2 + OH• (13)

Bu durum nitrik oksitin toksisitesini açıklamaktadır. Süper oksit radikalinde olduğu gibi hidrojen peroksitinde nitrik oksitin toksisitesini artırdığını gösteren araştırmalar mevcuttur (Aydın ve ark., 2001).

Çeşitli mekanizmalar sonucu oluşan serbest radikal türlerinin neden olduğu bazı reaksiyonlarılar tablo halinde gösterilmiştir (Tablo 2.2).

Tablo 2.2. Serbest radikaller ve neden olduğu reaksiyonlar (Öğüt ve Atay, 2012) Serbest Radikal Formül Neden Olduğu Hasar

Süperoksit .

O-O-

Fe2+ ve Cu+ iyonlarını geri kazanma yoluyla Haber-Weiss reaksiyonunu katalizleme, hidrojen peroksit veya peroksinitrit oluşumu

Hidrojen peroksit HO-OH Hidroksil radikali oluşumu, enzim inaktivasyonu, biyomoleküllerin oksidasyonu

Hidroksil radikali OH. Hidrojen çıkarılması, serbest radikallerin ve lipit peroksitlerin üretimi, tiyol oksidasyonu

Oksijen O=O Çifte bağlarla reaksiyon, peroksitlerin oluşumu, aminoasitlerin ve nükleotitlerin oluşumu

Nitrik oksit .N=O Peroksinitrit oluşumu, diğer radikallerle reaksiyon

Peroksinitrit O=N-O-O¯

Hidroksil radikali oluşumu, tiyollerin ve aromatik grupların oksidasyonu, ksantin dehidrojenazın ksantin oksidaza dönüşümü, biyomoleküllerin oksidasyonu

Hipoklorit ClO¯ Amino ve kükürt içeren grupların oksidasyonu, klorin oluşması

Radikal R. Hidrojen çıkarılması, radikallerin oluşumu; lipitlerin ve diğer biyomoleküllerin bozunması

Hidroperoksit R-O-OH Biyomoleküllerin oksidasyonu, biyolojik membranların bozulması

Bakır ve demir

iyonları Cu

2+

/ Fe3+ Fenton ve Haber-Weiss reaksiyonlarıyla hidroksil radikali oluşumu