Biyolojik sistemlerdeki en önemli serbest radikaller oksijenden oluşmuş radikallerdir (Jeong ve ark., 2009). Moleküler oksijen dış orbitallerinde paylaşılmamış iki elektron içerir. Bu elektronlar paylaşılmadığında, ayrı ayrı orbitallerde bulunduklarında ve spinleri aynı yönde olduğu zaman en düşük enerji seviyesindedirler. Bu dış orbitallerden her biri birer elektron daha kabul edebilir. Bu orbitallerin tek elektron alması ile süperoksit anyonu (süperoksit radikali (O2·), iki elektron alması ile de peroksi anyonu (O22-) oluşur (Ajila ve
ark., 2008). Hem çevresel etkenler, hem de organizmalardaki enzimatik ve enzimatik olmayan tepkimelerle en çok ve en kolay oluşan oksijen radikali süperoksit radikalidir. Serbest süperoksit radikal anyonu (O2·-) hemen tüm aerobik hücrelerde oksijenin bir
elektron alarak indirgenmesi sonucu meydana gelir (Yanbeyi, 1999; Verma ve ark., 2010). Süperoksit radikali normalde mitokondriyal solunum esnasında oluşmaktadır. Mitokondrilerde kullanılan oksijenin % 2’si süperoksit haline gelir. Oksijen mitokondride redükte olduğunda primer ürün sudur. Su, sitokrom oksidaz moleküler oksijene 4 elektron eklediğinde oluşan nontoksik bir moleküldür (Çakır, 1997).
Süperoksit anyonu, diğer moleküllerden elektronları çekerek enerji gereksinimlerini karşılayabildiklerinden, oksitleyici ajan olarak kabul edilir. Ayrıca süperoksit radikali aldığı elektronu başka bir elektron alıcıya vererek tekrar oksijene oksitlenebilir ve böylece bir indirgeyici olarak davranabilir (Şekil 1.3) (Yanbeyi, 1999; Gülçin ve ark., 2004). Hücre
16
membranındaki siklooksijenaz ve lipooksijenaz enzimleri; lökosit membranındaki, NADH oksidaz enzimi; sitoplazmadaki ksantin oksidaz ve triptofan dehidrogenaz enzimleri aracılığıyla da süperoksit radikali oluşmaktadır (Çakır, 1997; Klug ve ark., 1972).
Şekil 1.3. Elektron taşıma zinciri ve süperoksit radikalinin açığa çıkması
Canlılarda, süperoksit radikallerinin oluşumuna neden olan olayları iki grupta toplayabiliriz:
1. Çeşitli çevresel etkilerle (fiziksel ve kimyasal) süperoksit radikali oluşabilir. Örneğin, yüksek enerjili ışınlardan beta, gama ve X ışınları, süperoksit radikallerinin yanında diğer radikallerin oluşumunu da gerçekleştirirler (Klug ve ark., 1972).
2. Canlı sistemler radikal oluşumuna neden olan çevre koşullarından tümüyle izole edilseler bile, eğer moleküler oksijeni metabolize ediyorlarsa canlı sistemdeki yükseltgenme indirgenme tepkimeleri sırasında süperoksit radikali (O2·) üretebilirler
(Kılınç, 1985).
Süperoksit radikali hemen tüm aerobik hücrelerde oluşan, indirgen ve orta derecede yükseltgen olan bir ajandır. Esas önemi, hidrojen perokside kaynaklık etmesi ve geçiş metal iyonlarının indirgeyicisi olmasıdır. Uzun bir yarı ömre sahip olup, lipofilik özellik gösterir. Bu özelliğinden dolayı da oluştuğu yerden uzak bölgelere difüzyonla
17
yayılabilmektedir. Ancak doğrudan doğruya hasar yapıcı etkisi çok fazla değildir (Ünal, 1999; Dikici, 1999).
En çok mitokondri, endoplazmik retikulum ve kloroplast gibi hücresel organellerde, elektron transport zincirinin çeşitli komponentlerinden O2’e elektron sızması ile oluşur.
Mitokondriyal elektron transport zincirinde elektronlar iki moleküler noktada kaçak olur. Bunlardan birincisi, NADH-dehidrogenaz basamağı, ikincisi ise koenzim Q ya da ubikinon basamağıdır. En son basamakta elektronların O2’e taşınmasından sorumlu olan sitokrom
oksidaz enzimi oksijenin % 97-99’unu harcayarak suya indirger. Fakat O2’nin % 1-
3’ünden, transport zincirinden sızan elektronlarla O2· oluşur (Dikici, 1999; Fırat, 1997).
1.4.1. Süperoksit Radikalini Etkisiz Hale Getiren Sistemler
1.4.1.1. Süperoksit Dismutaz
Aerobik organizmalar reaktif oksijen türlerinin sebep olduğu toksisiteye karşı hem kimyasal hem de enzimatik korunma sistemlerine sahiptir (Jeong ve ark., 2009; Genestra, 2007). Süperoksit radikalleri, sulu ortamda önemli ölçüde birikmezler ve kendiliğinden dismutasyon ile ortamdan temizlenirler (Fridovich, 1975; Çakır, 1997). Süperoksit radikali, yüksek katalitik etkiye sahip süperoksit dismutaz (SOD) enziminin etkisiyle dismutasyona girerek konsantrasyonu azalır. SOD tarafından katalizlenen bu reaksiyon dismutasyon tepkimesi olarak adlandırılır (Jeong ve ark., 2009). Süperoksit dismutaz, O2· anyonunu,
daha az reaktif türler olan O2 ve H2O2’ye dönüştürür (Şekil 1.4) (Doyotte ve ark., 1997).
Şekil 1.4. Süperoksit dismutaz enziminin etki mekanizması
Memelilerde üç farklı SOD bulunur. Bunlar; sitosol, nükleus ve lizozomlarda bulunan homodimerik yapıdaki bakır (Cu) ve çinko (Zn) taşıyan Cu,Zn-SOD; mitokondriyal matrikste bulunan homotetramerik mangan (Mn) içeren Mn-SOD;
18
ekstraselüler boşluklarda heparine bağlı olarak bulunan homotetramerik Cu,Zn-SOD’dir (Fridovich, 2001). Bakır, çinko içeren süperoksid dismutaz sitosol ve çekirdeğe, Mn-SOD ise mitokondriyal matriks içerisine yerleşmiştir (Olsvik ve ark., 2005). Cu,Zn-SOD; yaklaşık 32 kiloDalton (kDa) büyüklüğünde iki alt üniteden oluşmaktadır ve Cu ile Zn köprülerinden oluşan kısım enzimin aktif bölgesi olarak kabul edilmektedir (Banci ve ark., 1998). Cu eksikliği, Zn eksikliğine oranla enzimin aktivitesini daha çok engellemektedir (Evans ve Halliwell, 2001; Kim ve ark., 2005). Mn-SOD ortalama 86 kDa molekül ağırlığında tetramerik bir proteindir. Prokaryotlarda Cu,Zn-SOD ve Mn-SOD’a ek olarak 41 kDa moleküler ağırlığındaki dimerik bir protein olan Fe içeren SOD da (Fe-SOD) bulunmaktadır.
Metal katalizörleri ne olursa olsun bütün SOD’ler benzer bir mekanizmayı paylaşırlar. Ancak, prooksidanlar tarafından oluşturulan aşırı oksidatif stres şartlarında Cu,Zn-SOD daha hızlı indüklenir ve omurgalılarda SOD’lerin % 80’i sitosolik Cu,Zn- SOD’dir (Ahmad, 1995; Voinea ve ark., 2004). Süperoksit dismutaz tarafından gerçekleşen redüktif detoksifikasyonda, her O2· radikali için bir adet H2O2 molekülü oluşmakta ve
NADPH gibi çeşitli hücresel indirgeyiciler tüketilmektedir. SOD tarafından gerçekleşen direkt detoksifikasyonda ise hücresel indirgeyicilere gereksinim duyulmaksızın, tüketilen her O2· radikali için 0.5 H2O2 molekülü oluşmaktadır (Şekil 1.5). SOD, O2·‘nin singlet
oksijen (1O2) ile peroksil radikalleri gibi reaktif türlerle de reaksiyona girebilecek histidin
ve diğer çeşit yan zincirler içermektedir (Benov ve Fridovich, 1998; Fattman ve ark., 2003).
19
1.4.1.2. Süperoksit Radikali Üzerine Doğal Kaynaklı Antioksidanların Etkisi
Günümüzde yapılan çalışmalar oksijen radikallerinin giderilmesinde sadece organizmadan kaynaklanan savunma sistemlerinin yeterli olmadığına sıkça değinmektedir. Özellikle yapılan araştırmalar ile organizmada meydana gelen oksidatif hasarlara karşı dışardan alınan antioksidanların da oldukça etkili olabildiği saptanmıştır. Süperoksit radikalinin etkilerini gidermede bu bitkisel kaynaklı antioksidanların oldukça etkili olduğu yapılan araştırmalarla gösterilmiştir. Devi ve Arumughan (2007) pirinç kepeğinden elde edilen ekstraktların fitokimyasal içeriklerine göre antiradikal etkisini belirlemek amacıyla yaptıkları araştırmalarında bu bitkinin ekstraktlarının süperoksit radikalini temizleme özelliğine sahip olduğunu belirlemişlerdir. Moridani ve O’Brien (2001) ise flavonoid bakımından zengin bir beslenme ile yaşlanma, iskemik reperfüzyon ve kronik hastalıkların oluşumunda etkili olan süperoksit radikaline karşı organizmanın korunabileceğini bildirmişlerdir. Beyaz lahananın antioksidan etkisinin araştırıldığı bir başka çalışmada da bu bitkinin özellikle dış yapraklarının süperoksit ve hidroksil radikalinin etkilerine karşı koruyucu etkisinin olduğu saptanmıştır (Vrcovska ve ark., 2006).