PROTE‹N OKS‹DASYONUNUN MEKAN‹ZMASI,
ÖNEM‹ VE YAfiLILIKLA ‹L‹fiK‹S‹
THE MECHANISM, SIGNIFICANCE AND
RELATIONSHIP WITH AGING OF PROTEIN
OXIDATION
Özlem GÜLBAHAR Gazi Üniversitesi T›p Fakültesi
T›bbi Biyokimya/Merkez Laboratuvar› ANKARA Tlf: (0312) 202 41 67 Fax: (0312) 213 72 37 e-mail: mdzengin@yahoo.com Gelifl Tarihi: 20/12/2006 (Received) Kabul Tarihi: 07/03/2007 (Accepted) ‹letiflim (Correspondance)
A
BSTRACT
I
t is known that reactive oxygen species play roles at physiologic and pathologic process-es. They may damage biomolecules like proteins, lipids, DNAs and carbohydrates. Proteins are the main target of oxidative stress. Ionized-radiation, metal-ion cathalized reac-tions, photochemical process and enzyme cathalized redox reactions form the reactive oxy-gen radicals which react with proteins. Hidroxyl or carbonyl derivations of aminoacid side chain, protein-protein cross linkage and fragmantation of polypeptide chains are main results of protein oxydation. Within these having protein carbonyl group is the most common mark-er of protein oxidation.The studies made in the recent years show a relation between aging and oxygen radicals. As an example of protein damage via oxygen radicals, is the oxidative inactivation of some key metabollic enzymes in getting older. Furthermore it is known that proteins which are oxidatively modified increase in conditions like inflammatory diseases, atherosclerosis, neuro-logic diseases, ischemia-reperfussion damage and carsinogenesis.
Key words: Protein oxidation, Reactive oxygen species, Aging.
Ö
Z
R
eaktif oksijen türlerinin birçok fizyolojik ve patolojik süreçte rol oynad›¤› bilinmektedir. Re-aktif oksijen türleri direk ya da indirek olarak protein, lipid, DNA ve karbohidrat gibi bi-yomoleküllerin hasarlanmas›na yol açabilirler. Proteinler oksidatif hasar›n majör hedefleri ola-rak tan›mlanmaktad›r. ‹yonize radyasyon, metal iyon-katalizli reaksiyonlar, fotokimyasal pro-sesler ve enzim katalizli redoks reaksiyonlar› taraf›ndan oluflturulan reaktif oksijen türleri ile proteinlerin reaksiyonu sonucu protein oksidasyonu oluflmaktad›r. Amino asit yan zincirleri-nin hidroksil veya karbonil derivelerine modifikasyonu, protein-protein çapraz ba¤lar›n›n olu-flumu ve polipeptid zincirlerinin fragmantasyonu proteinlerin oksidatif reaksiyonlar›n›n muh-temel sonuçlar›d›r. Bunlar aras›nda protein karbonil grubu içeri¤i genel bir indikatördür ve protein oksidasyonunun en yayg›n kullan›lan belirtecidir.Son y›llarda yafllanma ile ilgili araflt›rmalarda da reaktif oksijen türleri üzerinde durulmak-ta ve yafllanma sürecinde önemli rol oynad›¤› ileri sürülmektedir. Proteinlerin aktif oksijen tür-leri arac›l›¤›yla hasarlanmas›na örnek olarak yafllanma s›ras›nda görülen baz› anahtar metabo-lik enzimlerin oksidatif inaktivasyonu verilebilir. Ayr›ca oksidatif olarak modifiye olan protein-lerin inflamatuar hastal›klar, aterosklerozis, nörolojik hastal›klar, iskemi-reperfüzyon hasar› ve karsinogenezisi içeren farkl› patolojik flartlarda birikti¤i bilinmektedir.
Anahtar sözcükler: Protein oksidasyonu, Reaktif oksijen türleri, Yafllanma.
R
EVIEW
A
RTICLE
P
ROTE‹NO
KS‹DASYONUNUNM
EKAN‹ZMASIP
rotein oksidasyonu, reaktif oksijen türleri (ROS) (OH˙,H2O2gibi) ile direkt olarak veya oksidatif stresin sekonderürünleri ile reaksiyonu sonucu indirek olarak indüklenen, pro-teinlerin kovalent modifikasyonu olarak tan›mlanmaktad›r (1). Reaktif oksijen türlerinin üretimine neden olan tüm reaksiyon-lar ve ajanreaksiyon-lar protein oksidasyonuna yol açabilmektedir (2).
ROS ile protein ana yap›s›n›n reaksiyonu, amino asit α karbonundan bir H atomunun OH˙’e ba¤lanarak ayr›lmas› ve H2O oluflturmas› ile bafllar (3). Her ne kadar OH˙’in majör
kayna¤› fizyolojik flartlar alt›nda H2O2’nin Fe veya Cu
arac›l›-¤› ile ayr›lmas› olsa da ayn› reaksiyonlar iyonize radyasyon so-nucu oluflan OH˙ ve HO2˙ ile de gerçekleflmektedir. H
atomu-nun OH˙’ne ba¤lanarak ayr›lmas› karbon merkezli radikalin oluflumuna neden olur. Oluflan bu radikal, oksijen varl›¤›nda h›zl›ca peroksil radikaline dönüflür. Peroksil radikali de kolay-l›kla, süperoksit radikalinin protonlanm›fl formu veya baflka bir molekülden H atomu alarak alkil peroksite dönüflür. Alkil peroksit ise HO2˙ ile daha ileri bir reaksiyonla alkoksil
radika-line ve daha sonra da alkoksil radikali yine HO2˙ ile hidroksi
türevine dönüflür (3).
Reaksiyonlar karbon merkezli radikale oksijenin eklenme-sine ba¤l›d›r. Oksijenin varl›¤›nda ilerleyen bu ileri reaksiyon-lar HO2˙ d›fl›nda Fe+2 arac›l›¤› ile de gerçekleflebilmektedir.
E¤er oksijen yoksa karbon merkezli radikal karbon-karbon çapraz ba¤l› türevleri üretmek üzere bir baflka karbon merkez-li radikal ile reaksiyona girebimerkez-lir. Bu yoldaki alkil, alkil perok-sil ve alkokperok-sil radikal ara ürünleri ayn› ya da baflka protein molekülündeki di¤er amino asit rezidüleri ile yan reaksiyonla-ra girerek flekil 1’dekine benzer reaksiyonlarla yeni bir karbon merkezli radikal oluflturabilirler (3).
Protein Oksidasyonunun Türleri
Proteinler birçok farkl› mekanizma ile okside olabildiklerinden birden fazla protein oksidasyon türü vard›r (1). Proteinlerin oksidatif modifikasyonlar› için genel kabul gören bir s›n›flan-d›rma flemas› yoktur. Ancak protein oksidatif modifikasyonu, oksitlenen rezidünün ve oluflan ürünün özelli¤ine göre iki gru-ba ayr›labilmektedir (4).
1. Global Modifikasyon: Birden çok rezidünün de¤iflti¤i
ve birden çok ürünün olufltu¤u modifikasyonlard›r. Kar-bonil gruplar›n›n oluflumu bu tür modifikasyonun bir ör-ne¤idir.
2. Spesifik Modifikasyon: Hem oksitlenen rezidünün,
hem de oluflan ürünün oldukça spesifik oldu¤u modifikas-yonlard›r. Ditirozin oluflumu bu tip modifikasyonun bir örne¤idir.
Protein oksidatif modifikasyonunun pek çok farkl› tipi ol-du¤undan, protein oksidasyonu için tek evrensel belirteç yok-tur (1). Ancak, protein karbonil gruplar› oksidatif indüklü hücresel hasar›n en genel belirteç olarak kabul edilmekte ve yayg›n olarak kullan›lmaktad›r (1,2,5,6).
Bunun nedenleri aras›nda protein karbonil gruplar›n›n bir-çok farkl› mekanizma ile ortaya ç›kabilmesi, stabil olmas› ve basit ama duyarl› yöntemlerle ölçülebilir olmas› say›labilir (7).
Karbonil Gruplar›n›n Oluflumu (Global Modifikasyon)
Proteinlerin ROS veya oksidatif stresin sekonder ürünleri ile reaksiyonu, karbonil gruplar›na sahip peptit fragmanlar› veya protein türevlerinin oluflumuna neden olabilir. Karbonil grup-lar›n›n oluflumu birkaç mekanizma ile gerçekleflebilmektedir (3).
1. Proteinlerin, ROS taraf›ndan okside edilmesi arac›l›¤›yla peptit ba¤lar›n›n y›k›lmas› sonucu karbonil gruplar› ortaya ç›kabilir (3).
Protein ana yap›s›n›n oksidasyonu s›ras›nda oluflan proteinlerin alkil peroksit türevleri ve alkoksil radikalleri peptid ba¤›n›, ya diamid ya da alfa amidasyon yolu ile y›-kabilirler. Diamid yolu üzerinden parçalanmada proteinin N- terminal bölgesinden derive olan peptit fragman› C-terminal k›sm›nda bir diamid yap›ya sahip iken proteinin C terminal bölgesinden derive olan peptid fragman› N ter-minal k›sm›nda isosiyanat yap›ya sahiptir. Buna karfl›n al-fa amidasyon yolu üzerinden y›k›lmada proteinin N termi-nal bölgesinden elde edilen peptit fragman› C - termitermi-nal k›sm›nda bir amid grubuna sahip iken proteinin C termi-nal kesiminden derive olan fragmandaki N termitermi-nal ami-no asit rezidüsü ise alfa ketoaçil derivesi olarak yerini al›r (3).
Ayr›ca glutamil, aspartil ve prolil yan zincirlerine ROS ata¤› sonucunda da peptid ba¤›n›n y›k›m› gerçekleflebilir (3). Peptid ba¤›, glutamil rezidüsünün gama karbon ato-mundan bir hidrojen atomunun OH˙’ne ba¤lanarak ayr›l-mas› sonucu C–terminal fragman›n›n N- terminal amino asitinin yerine N-pirüvil derivesinin yer ald›¤› bir mekaniz-ma ile bölünmeye bafllar (8).
Proteinlerin radyolizisi s›ras›nda oluflan peptit frag-manlar›n›n say›s›n›n prolil rezidülerinin say›s›na hemen hemen eflit oldu¤u gözlenmifl, prolil rezidülerinin oksidas-yonu ile peptid ba¤›n›n parçalanmas›n›n bafllayabilece¤i ileri sürülmüfltür (9). Prolil rezidülerinin oksidasyonu sonu-cu 2-pirolidon oluflumu ile birlikte peptid ba¤›n y›k›m›n›n geliflebilece¤i Uchida’n›n çal›flmalar› ile de gösterilmifltir (10). 2-pirolidon’un asit hidrolizi ile ürün olarak 4- amino-butirik asit ortaya ç›kar. Bu nedenle, protein
hidrolizatla-r›n›n içerisinde 4-aminobutirik asidin varl›¤›, prolin oksi-dasyonu yolu ile peptit ba¤›n ayr›lmas›n›n gerçekleflti¤inin muhtemel kan›t› olarak kabul edilmektedir (3).
2. Metal kataliz arac›l› oksidasyon sistemleri ile baz› protein-lerin amino asit rezidüprotein-lerinin yan zincirprotein-lerinin oksidasyonu sonucu da karbonil gruplar› ortaya ç›kabilmektedir. Metal katalizli oksidasyona maruziyet sonras› lizin, arjinin, pro-lin ve treonin rezidülerinin karbonil derivelerine, histidin rezidülerinin ise 2-oxo-histidine dönüfltü¤ü gözlenmifltir (3). Escherichia coli glutamin sentetaz ile yap›lan çal›flma-lar sonucu enzim üzerinde metal ba¤lama bölgelerinde yer alan amino asit rezidülerinin bölge spesifik bir mekanizma ile metal katalizli oksidasyona oldukça duyarl› oldu¤u gös-terilmifltir (11). Lizin rezidüsünün amino grubuna Fe(II)’in ba¤lanmas› ile oluflan flelat komplexi H2O2ile reaksiyona
girdi¤inde ürün olarak OH˙ ortaya ç›kar. OH˙’nin lizin re-zidüsü ile reaksiyonu sonucu ise 2-amino-adipik-semialde-hit oluflur. Fe (II) ile di¤er baz› amino asitlerin benzer re-aksiyonlar› da karbonil derivelerinin oluflumuna neden olur. Metal katalizasyon sisteminin bölge spesifik bir me-kanizma oluflu, reaksiyonun katalaz ile inhibe edilebildi¤i halde OH˙ yakalay›c›lar› taraf›ndan inhibe edilememesi ile aç›klanm›flt›r. Muhtemelen OH˙ yakalay›c›lar›, metal ba¤-lama bölgesinde gerçekleflen amino asit-OH˙ kafes reaksi-yonlar› ile yar›flamaz. Amino asit oksidasyonunun bu böl-ge spesifik mekanizmas›n›n önemi son çal›flmalar ile daha iyi anlafl›lm›flt›r (3). Örne¤in Requena ve arkadafllar› çal›fl-malar›nda, prolin, lizin ve arjinin rezidülerinin aldehit de-rivelerine oksidasyonundan, in vitro MCO sistemleri ile glutamin sentetaz›n oksidasyonu sonucu oluflan protein karbonil gruplar›n›n tamam›ndan ve rat karaci¤er ekstrat-lar›nda tespit edilen protein karbonil gruplar›n›n % 50-60’›ndan bölge spesifik mekanizman›n sorumlu oldu¤unu ifade etmifllerdir (12).
3. Reaktif karbonil grubu içeren proteinler ayn› zamanda, in-dirgeyici flekerler veya onlar›n oksidasyon ürünleri ile pro-teinlerin lizin rezidülerinin primer amino gruplar›n›n se-konder reaksiyonlar› sonucu oluflabilir (13). Ayr›ca polian-sature ya¤ asitlerinin peroksidasyonu s›ras›nda oluflan α-β ansature aldehitler ile lizin, sistein veya histidin rezidüleri-nin reaksiyonlar› sonucu da oluflabilirler (14).
Spesifik Modifikasyon
Spesifik oksidasyon ürün örnekleri aras›nda fenilalanin residü-lerinin o-tirozine ve tirozinin ditirozine dönüflümleri bulunur (4).
Protein Yap›s›nda Yer Alan Amino Asitlerin ve Serbest Amino Asitlerin Oksidasyonu
Potansiyel olarak amino asit yan zincirlerinin tümünün oksi-datif olarak modifiye olabilece¤i belirtilmektedir ancak baz› re-zidülerin oksidasyonu sonucu oluflan ürünler tam olarak ta-n›mlanamam›flt›r (1,15).
Protein-Protein Çapraz Ba¤›n›n Oluflmas›
Proteinlerin oksidatif modifikasyonu farkl› mekanizmalar ara-c›l›¤›yla protein içi veya proteinler aras› çapraz ba¤l› derivele-rin oluflumuna da neden olabilir (3).
Okside Proteinlerin Birikimi
Okside protein düzeyini, protein oksidasyon oran› ile okside protein y›k›m oran› aras›ndaki denge belirler. Bu dengeyi sa¤-layan faktörlerden protein oksidasyon oran›, ROS üretimini gerçeklefltiren bir dizi faktöre ve antioksidanlar›n konsantras-yonlar›na ba¤l› iken di¤er faktör olan okside protein y›k›m oran› ise proteolitik aktivitenin derecesine ba¤l›d›r (16).
Okside proteinler, selektif olarak ve h›zl› bir flekilde y›k›l›r-lar. Lizozom ve proteozomlar proteinlerin y›k›m›n› sa¤layan ve strese karfl› belirli maddeler taraf›ndan aktive edilen iki in-trasellüler sistemdir. Proteolitik aktivitenin azald›¤› durumlar-da okside proteinlerin birikimi söz konusu olur. Hücresel can-l›l›¤›n sürdürülmesinde proteolitik fonksiyonlar›n önemi Alz-heimer hastal›¤›, diyabet, ateroskleroz ve iskemi/reperfüzyon hasar›n› içeren birçok hastal›kta ortaya konulmufltur (16).
Serbest radikallerin proteolitik sistemleri inhibe edebildi¤i olas› 2 mekanizma vard›r (16):
1. Serbest radikaller arac›l›¤›yla proteazlar› inhibe eden pro-teinlerin oluflumu
Proteinlerin serbest radikal üreten sistemlere veya MDA ve 4-hidroksi-2-nonenal (HNE) gibi lipid peroksidas-yon ürünlerine uzam›fl maruziyeti agrege, çapraz ba¤l› materyallerin üretimi ile sonuçlan›r. Protein hidrofobisite-sindeki artma nedeniyle, proteolitik enzimler taraf›ndan bu substratlar›n tan›nmas›nda bir art›fl söz konusudur. So-nuçta proteinlerin bu formlar› çeflitli proteinazlar taraf›n-dan kolayca tan›nmakla birlikte agrege, çapraz ba¤l› yap›-lar› dolay›s›yla proteolizise dirençlidirler. Oksidatif olarak modifiye olmufl proteinler böylece aktif bölgeye ba¤l› ka-larak proteolitik aktiviteyi inhibe eder ve proteozom inhi-bitörleri gibi hareket ederler (16).
2. Spesifik proteolitik enzimlerin direkt olarak serbest radikal arac›l› modifikasyonu:
Lizozomal sistemlerin spesifik komponentlerinin ser-best radikaller ile etkileflimi yayg›n olarak araflt›r›lmamas›-na karfl›l›k, proteozomlar›n serbest radikallere maruziyet
sonras›nda inaktive oldu¤u gösterilebilmifltir. Proteozom aktivitesindeki azalman›n apoptozisin uyar›lmas›na ve art-mas›na ba¤l› olabilece¤i de düflünülmektedir (16). Oksidatif Stresin Belirteci Olarak Protein Oksidasyonunu Kullan›lmas›n›n Avantajlar› ve Dezavantajlar›
Lipid peroksidasyonu ve DNA oksidatif baz modifikasyonu ürünlerinin ölçümüne oranla, proteinler oksidatif stresin mar-k›r› olarak baz› avantajlara sahiptir. Proteinlerin her biri ken-dine özgü biyolojik fonksiyonlara sahip olduklar›ndan, modifi-kasyonlar› sonucu özgül fonksiyonel bozukluklar ortaya ç›kar (fibrinojenin oksidasyonu sonucu p›ht›laflma bozuklu¤unun ol-mas› gibi). Proteinlerin oksidatif modifikasyonu sonucu a盤a ç›kan ürünler göreceli olarak stabil olup duyarl› analizlerle dü-zeyleri ölçülebilir. Bu nedenle protein oksidasyonu oksidatif stresin düzeyini ortaya koymada uygun bir belirteç olarak kul-lan›labilir (1).
Protein modifikasyonunun flekli oksidan›n tipi hakk›nda önemli bilgiler verebilir. Örne¤in; lizin rezidüleri üzerindeki aminoaçil eklentiler ve klorotirozil gruplar›, nötrofil ve/veya monosit kaynakl› oksidasyonu yans›t›r ve muhtemelen HOCl ile oksidasyonun spesifik belirteçleridir. Oksidasyon ürünleri-nin bu tipleriürünleri-nin her ikisi de insan ateroskleroz lezyonlar›nda bulunmufltur. Singlet oksijen protein karbonillerinin iyi bir in-dükleyicisi de¤ildir. Bu nedenle oksidatif stresin kayna¤› sing-let oksijen ise, bu reaktif türüne daha duyarl› olan metionin, histidin, tirozin ve triptofan›n oksidasyon ürünleri analiz için daha yararl› olabilir. Oksidatif stresin bir belirteci olarak pro-tein, lipid veya DNA’n›n kullan›l›p kullan›lmayaca¤›n›n tayi-ninde oksidatif stresin yap›s› önemli bir rol oynar. Örne¤in, HOCl protein oksidatif modifikasyonunun mükemmel bir in-dükleyicisidir. Ama lipid veya DNA’n›n modifikasyonuna ne-redeyse hiç neden olmaz. Bu nedenle okside edici bir tür ola-rak HOCl ön planda oldu¤unda, mark›r olaola-rak proteinler kul-lan›lmal›d›r. Di¤er ROS, lipid peroksidasyonu veya oksidatif DNA hasar›n› indüklemede daha etkilidirler (1).
Karboniller ROS’un hemen hemen tüm tipleri taraf›ndan indüklenebilirler. Bu nedenle oksidatif stresin kayna¤› hakk›n-da önemli bilgi vermezler. Ek olarak karboniller, metiyonin sülfoksit ve sistein derivelerine k›yasla daha zor indüklenirler, bu nedenle oksidatif stresin daha ciddi boyutlar›n› yans›t›yor olabilirler. Sonuç olarak protein karbonil gruplar›n›n yüksek düzeylerde bulunmas› yaln›zca oksidatif stresin de¤il, ayn› za-manda hastal›klarla ba¤lant›l› fonksiyon bozukluklar›n›n da bir iflaretidir. Di¤er yandan metiyonin ve sistein oksidatif sald›r›-ya oldukça dusald›r›-yarl› olmalar›na ra¤men bu rezidülerin modifi-kasyonu her zaman protein fonksiyonlar› üzerinde bir etkiyle sonuçlanmaz. Metiyonin rezidüleri baz› durumlarda aminoaçil
rezidülerini oksidatif hasardan korumak amac›yla internal çöpçü olarak görev yapabilir (1).
Protein oksidasyonunun oldukça spesifik olan yap›s›, ayn› zamanda oksidatif stresin belirteci olarak bu makromolekülle-rin kullan›m›n›n dezavantajlar›ndan bimakromolekülle-rini oluflturur. Protein oksidasyon ürünlerinin çeflitlili¤i nedeniyle oksidatif stresin ti-pini belirleyebilmek amac›yla farkl› analiz yöntemleri olufltur-ma gereksinimi do¤mufltur (1).
P
ROTE‹NO
KS‹DASYONUNUNÖ
NEM‹O
ksidasyon araflt›rmalar›nda bugün en büyük iddialardanbiri in vivo oksidatif stresin tayinidir. Proteinler tüm hüc-re ve dokularda yer almalar› ve oksidatif modifikasyona duyar-l› olmalar› nedeniyle oksidatif stresin faydaduyar-l› bir mark›r› olarak hizmet edebilirler (17). ROS biyolojik moleküllerin tümüne za-rar verebilir.Bununla birlikte proteinler muhtemelen oksidatif hasara en duyarl› moleküllerdir ve hasar›n etkisi di¤er moleküllere göre oldukça fazlad›r (18).
Proteinlerin oldukça farkl› biyolojik fonksiyonlar› vard›r. Proteinlerde in vivo olarak meydana gelen oksidatif de¤ifliklik-ler proteinde¤ifliklik-lerin rol oynad›¤› çeflitli hücresel fonksiyonlar› etki-ler. Protein oksidasyonu ile iliflkili oldu¤u bilinen baz› hastal›k-lar ve hedef proteinleri: (1) Ateroskleroz (LDL), Romatoid ar-trit (IgG, α-1-proteinaz inhibitör), ‹skemi-reperfüzyon hasar›, Amfizem (α-1-proteinaz inhibitör, elastaz), Nörodejeneratif hastal›klar, Alzheimer (β-aktin, kreatin kinaz), Parkinson, Sporadik amyotrofik lateral skleroz, Muskuler distrofi, ARDS, Yafllanma (glutamin sentetaz, karbonik anhidraz III , akoni-taz), Progeria, Akut pankreatit, Kataraktogenez ( α-kristalin-ler) ve Kanser.
Reseptörlerin, sinyal ileti mekanizmalar›n›n, yap›sal pro-teinlerin, transport sistemlerinin ve enzimlerin rol oynad›¤› hücresel olaylar oksidatif protein hasar›ndan etkilenir (19). Örne¤in enzimlerin oksidatif de¤iflikliklerinin enzim aktivitele-rinde inhibisyona neden oldu¤u gösterilmifltir. Enzim oksida-tif de¤ifliklikleri ›l›ml› veya ciddi, hücresel veya sistemik meta-bolik etkiler gösterebilir. Bu etkiler de¤iflikli¤in süreklili¤i ve de¤iflen moleküllerin yüzdesine ba¤l›d›r (1)
Proteinlerin yap›sal de¤ifliklikleri de fonksiyon kayb›na yol açabilir. Örne¤in plazma fibrinojen proteini okside oldu¤u za-man solid p›ht› oluflturma yetene¤ini kaybeder ve p›ht›n›n in-hibisyonun derecesi proteinlerde karbonil oluflumuyla korele-dir. Sinoviyal s›v›daki immünglobinlerin oksidasyonu agregas-yona neden olur ve romatoid artritin etyolojisine katk›da bu-lunur. α-1 antitripsin’in oksitatif de¤iflikli¤i ciddi fizyolojik so-nuçlara neden olur. Bu plazma proteini akci¤er ve kartilaj gi-bi dokularda proteoliz inhigi-bisyonundan sorumludur. Düflük dansiteli lipoproteinlerin (LDL) oksidasyonu LDL
apoprote-ininde karbonil gruplar›n›n oluflumuna yol açar. Okside LDL ise doku makrofajlar› taraf›ndan al›n›p birikir. LDL nin oksi-dasyonu aterosklerozun ethiolojisinde önemli rol oynar. Ben-zer flekilde kristalin proteininin oksidasyonu lenste katarakt oluflumunda önemli rol oynayabilir. Di¤er baz› hastal›klarda da okside proteinlerde bir art›fl oldu¤unu gösteren çal›flmalar mevcuttur (1).
P
ROTE‹NO
KS‹DASYONU VEY
AfiLANMAO
ksidanlar aerobik metabolizma taraf›ndan yüksek oranlar-da ve sürekli olarak üretilir. Bu oksidanlar DNA (20), pro-tein (21) ve lipid (22) makromoleküllerinin hasar›na neden olurlar. Sonuçta böyle hasarlanmalar›n artmas› yafllanmaya ve yafla ba¤l› dejeneratif hastal›klar›n oluflmas›na katk›da bu-lunabilir (23,24).Mitokondri taraf›ndan üretilen oksidanlar yafl ile artan ok-sidatif lezyonlar›n majör kayna¤› gibi görünmektedir. Baz› mi-tokondriyal fonksiyonlar›n yafl ile iliflkili olarak azald›¤› göste-rilmifltir. Oksidatif hasar yüzünden oluflan mitokondriyal defi-sitteki yafla ba¤l› art›fl›n hücresel, doku ve organizmal yafllan-man›n majör nedeni oldu¤u söylenmektedir. Oksidatif olarak hasarlanm›fl proteinlerin birikimi yafl ile belirgin olarak artar. Okside olmufl reaktif karbonil gruplar›na sahip disfonksiyonel proteinlerin birikimi protein amino gruplar› aras›nda molekül içi veya moleküller aras› çapraz ba¤lar›n oluflumuna yol aça-bilir. Bu da mitokondride fizyolojik ve biyokimyasal fonksi-yonlar›n kayb›na neden olabilir. Sonuçta mitokondride prote-in oksidasyon ürünlerprote-inprote-in yafla ba¤l› birikimi enerji üretimprote-inprote-in kayb›na ve oksidanlar›n üretiminin artmas›na yol açabilir (24).
Yafllanma s›ras›nda gözlenen akut nörolojik hasar veya kronik nörolojik dejenerasyonlar›n mitokondriyal disfonksi-yon ve NMDA reseptör arac›l› yolda üretilen oksidanlar yoluy-la oluflabilece¤i düflünülmektedir. Ayr›ca T lenfositlerde yafla ba¤l› görülen de¤iflikliklerde antioksidan tedavi sonras› oksi-dan indüklü membran rijiditesinin azalmas›, hücre içi antiok-sidan düzeylerin artmas› ve mitokondriyal fonksiyonlar›n dü-zelmesi gibi düzelmelerin olmas› yafll›l›kta immün sistemde gözlenen bozulmalarda oksidatif stresin rolünü ortaya koy-maktad›r (24).
Kaç›n›lmaz biyolojik bir süreç olan yafllanma fizyolojik fonksiyonlarda genel bir azalma ile karakterizedir (24). Yafl-lanma, birçok enzimin ›s›ya daha duyarl› formlar›n›n oluflma-s›, aktivitelerinde azalma veya tamamen inaktive olmas› gibi enzim fonksiyonlar›nda bozulmalar›n art›fl› ile iliflkilidir. Yafll› hücrelerde baz› proteinlerin inaktif formlar›n›n birikti¤i de gösterilmifltir. Lipofusin gibi protein içeren ‘yafl pigmentleri’ baz› dokularda birikir. Yafllanma ile baz› gerbil dokular›nda protein karbonil düzeylerinin artt›¤› da gösterilmifltir. Muhte-melen bu yafla ba¤l› de¤iflikliklerin, en az›ndan bir k›sm›n›n,
çeflitli nedenlerle indüklenen oksidatif modifikasyonlar nede-niyle ortaya ç›kt›¤› yap›lan çal›flmalarla kan›tlanm›flt›r: Enzim-lerin in-vitro olarak ROS’a maruz kalmas›, yafllanmada görü-len de¤iflikliklere benzer flekilde, enzimlerin katalitik aktivite-sinde, ›s› stabilitesinde ve proteolitik duyarl›l›klar›nda bozul-malara yol açmaktad›r. Hayvanlar›n oksidatif strese k›sa süre-li maruziyeti de enzimlerde yafllanmada gözlenen de¤ifliksüre-likle- de¤ifliklikle-re benzer de¤iflikliklede¤ifliklikle-re yol açmaktad›r. Yafll› hayvanlar oksi-datif stresin neden oldu¤u protein hasar›na genç hayvanlar-dan daha duyarl›d›r (2). Proteinlerin karbonil içeri¤inde yafla ba¤l› bir art›fl oldu¤u insan beyni, gerbil beyni, göz lensi, rat hepatositleri, sineklerin tüm vücut proteinleri ve insan eritro-sitlerinde yap›lan çal›flmalarla gösterilmifltir. Protein karbonil içeri¤inde art›fla yol açan rejimlerle yaflam süresini art›ran re-jimler aras›nda ters bir iliflki söz konusudur. Örne¤in kalori k›-s›tlamas›n›n protein karbonil düzeylerinde bir azalmaya ve flam süresinde art›fla neden oldu¤u rat ve fareler üzerinde ya-p›lan çal›flmalarla gösterilmifltir. Ayn› kronolojik yaflta k›yasla-ma yap›ld›¤› zak›yasla-man k›sa yaflam süresine sahip ev sineklerinin uzun yaflayanlardan daha yüksek düzeylerde oksidize protein-lere sahip oldu¤u gözlenmifltir (2).
Protein karbonillerinin birikimi amyotrofik lateral skleroz, Alzheimer hastal›¤›, repiratuar distres sendromu, muskuler distrofi, katarakt, romatoid artrit, progeria ve Werner sendro-mu gibi baz› hastal›klar ile iliflkilidir. Aterosklerozis, diyabet, Parkinson hastal›¤›, esansiyel hipertansiyon, kistik fibrozis ve ülseratif kolit hastal›klar›nda da proteinlerin oksidatif modifi-kasyonunun rolü oldu¤u düflünülmektedir (2).
K
AYNAKLAR1. Shacter E. Quantification and significance of protein oxidation in biological samples. Drug Metab Rev 2000; 32:307-326. 2. Berlett BS, Stadtman ER. Protein oxidation in aging, disease,
and oxidative stres. J Biol Chem 1997; 272: 20313-20316. 3. Stadtman ER, Levine RL. Free radical-mediated oxidation of free amino acids and amino acid residues in proteins. Amino Acids 2003; 25:207-218.
4. Levine RL. Carbonyl modified proteins in cellular regulation, aging, and disease. Free Radic Biol Med 2002; 32: 790-796. 5. Beal MF. Oxidatively modified proteins in aging and disease.
Free Radic Biol Med 2002; 32: 797-803.
6. Chevion M, Berenshtein E, Stadtman ER. Human studies rela-ted to protein oxidation: protein carbonyl content as a marker of damage. Free Radic Res 2000; 33: 99-108.
7. Shan X, Aw Ty, Jones DP. Glutathione-dependent protection against oxidative injury. Pharmac Ther 1990; 47: 61-71. 8. Garrison WM. Reaction mechanisms in radiolysis of peptids,
9. Schuessler H, Schilling K. Oxygen effect in radiolysis of prote-ins. Part 2. Bovine serum albumin. Int J Radiat Biol 1984; 45: 267-281.
10. Uchida K, Kato Y, Kawakishi S. A novel mechanism for oxida-tive damage of prolyl peptides induced by hydroxyl radicals. Bi-ochem Biophys Res Commun 1990; 169: 265-271. 11. Farber JM, Levine RL. Sequence of a peptide susceptible to
mixed-function oxidation: probable cation binding site in gluta-mine synthetase. J Biol Chem 1986; 261: 4575-4578. 12. Requena JR, Chao CC, Levine RL, Stadtman ER. Glutamic
and aminoadipic semialdehydes are the main carbonyl pro-ducts of metal-catalyzed oxidation of proteins. Proc Natl Acad Sci USA2001; 98: 69-74.
13. Grandhee S, Monnier VM. Mechasism of formation of the Ma-illard protein cross-link pentosidine. J Biol Chem 1991; 266: 11649-11653.
14. Uchida K, Stadtman ER. Covalent attachment of 4-hydroxyno-nenal to glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. J Biol Chem 1993; 268: 6388-6393.
15. Leeuwenburgh C, Hansen PA, Holloszy JO, Heinecke JW. Oxidized amino acids in the urine of aging rats: potential mar-kers for assessing oxidative stress in vivo. Am J Physiol 1999; 276: 128-135.
16. Szweda PA, Friguet B, Szweda LI. Proteolysis, free radicals and aging. Free Radical Biology&Medicine 2002; 33:9-36.
17. Schreck R, Albermann K, Baeuerle PA. Nuclear factor kapa B: an oxidative stres-responsive transcription factor of eukaryotic cells (a review). Free Radic Biol Med 1992; 17: 221-237. 18. Dalle-Donne I, Rossi R, Giustarini D, Milzani A, Colombo R.
Protein carbonyl groups as biomarkers of oxidative stres. Clini-ca ChimiClini-ca Acta 2003; 329: 23-38.
19. Çakatay U, Telci A, Kayali R, Tekeli R, Akçay T, Sivas A. Re-lation of oxidative protein damage and nitrotyrosine levels in the aging rat brain. Experimental Gerontology 2001; 36: 221-229. 20. Fraga CG, Shigenaga MK, Park JW, Degan P, Ames BN. Oxi-dative damage to DNA during aging: 8-hydroxy-2’-deoxygu-anosine in rat organ DNA and urine. Proc Natl Acad Sci 1990, 87: 4533-4537.
21. Stadtman ER. Protein oxidation and aging. Science 1992; 257, 1220-1224.
22. Marnett LJ, Hurd H, Hollstein MC, Levin DE, Esterbauer H, Ames BN. Naturally occurring carbonyl compounds are muta-gens in Salmonella tester strain TA104. Mutat Res 1985, 148: 25-34.
23. Ames BN, Shigenaga MK, Hagen TM. Oxidants, Antioxidants, and the Degenerative Diseases of Aging. Proc Natl Acad Sci USA 1993; 90: 7915-7922.
24. Shigenaga MK, Hagen TM, Ames BN. Oxidative damage and mitochondrial decay in aging. Proc Natl Acad Sci 1994,91: 10771-10778.
