• 2012. szeptember 18-19.
• Előadó: Bánhegyi Gábor

Elektronátvivők redoxpotenciálja mutatja meg, hogy elektron leadás vagy felvétel a jellemzőbb rájuk – minél negatívabb érték, annál fogékonyabb elektron leadására, minél pozitívabb, annál nagyobb affinitással köti meg az elektront. Redoxpotenciál kijelöli az elektron „vándorlását”, pl. redukált intermedier (nagy ε°) – elektronátvivő (magas, de nem a legmagasabb redoxpotenciál) – oxigén, vagy alternatív akceptorok

• NAD⁺ (nikotinamid-adenin-dinukleotid) – szabad koenzim, ε°= (-,042)-(-0,32)
• NADP⁺ (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) – szabad koenzim
• FAD (flavin-adenin-dinukleotid) és FMN (flavin-mononukleotid) – prosztetikus csoport
• ubikinon (koenzim Q) lipidoldékony, membránhoz kötött
• vas-kén komplexek – enzimhez kötött, prosztetikus csoport
• hem tartalmú molekulák – enzimhez kötött, prosztetikus csoport

• glutation (tripeptid, cisztein aminosav SH-csoportja egy másik glutation SH-csoportjával reagálva dimert hozhat létre diszulfid-híddal – oxidáció lehetősége, ritkán az intermedier anyagcserében is szerepel)
• aszkorbinsav
• E-vitamin (lipid, membránban lokalizált)

oxidált forma: stabil aromás piridin+adenin dinukleotid, pozitív töltés. Két elektron és egy proton felvételével (plusz egy proton oldatban tartásával) redukált formájúvá alakul: stabil kinoidális szerkezet, N nemkötő elektronpárral rendelkezik. piridin: funkcionális rész, adenin: a megfelelő enzimhez való kötődést biztosítja, ezt befolyásolja a foszforiláltság vizsgálati módszer: NAD⁺ és NADH abszorpciós maximumot mutat 260 nm-nél, de a kinoidális szerkezet miatt a NADH 340 nm-nél is mutat lokálisan abszorpciós maximumot, spektrofotométerrel elkülöníthetők

• az elektrontranszferért a molekula izoalloxazin csoportja felelős
• aromás gyűrű + e^- + H⁺ → szemikinon forma + e^- +H⁺ → stabil kinoidális szerkezet
• redukált FAD könnyen reagál oxigénnel, oxidálódik – reduktázok nem működnek FAD-dal! pl. zsíracil-KoA dehidrogenáz: FAD-ot köt, de a FAD nem oxidálódik – elektronok légzési láncba kerülnek ↔ zsíracil-KoA oxigenáz: FAD oxidálódik, elektronok nem kerülnek légzési láncba
• szemikinon párosítatlan spinű N-t tartalmaz, reaktív szabadgyök, oxigénnel is reagálhat – oxidációs „baleset”, oxigén szabadgyökök keletkezhetnek
• fotométerrel nem detektálható a redukált és oxidált állapot

KoAQ vagy Q10 – kinon származék 10 izoprénegységgel belső mitokondrium membránban lokalizált, egy H felvételével szemiubikinonná, még egy H felvételével ubikinollá alakul szemiubikinon stabil, kevésbé reakcióképes, oxigénnel nem reagál

Légzési láncban szerepel, mindig egy elektron átvitele történik ferri (Fe³⁺) – ferro (Fe²⁺) át- illetve visszaalakulással pl.:

• 4 cisztein oldallánc S-je megköt egy vasat
• 4 cisztein + 2 szervetlen S megköt két vasat
• 4 cisztein + 4 szervetlen kén megköt 4 vasat

(pl. citokrómokban)

• myoglobinban, hemoglobinban oxigén-szállító, stabil a ferro (Fe²⁺) állapot
• citokrómokban elektronszállító, ferro-ferri átmenet történik – vas 4 nitrogénatomhoz köt + 2 axiális ligandhoz köt, oxigén nem fér a vashoz

• redoxpotenciál: kijelöli, hogy végbemehet-e az adott reakció az adott koncentrációviszonyok mellett
• egy vagy két elektron átvitelére van szükség? (leggyakrabban 2)
• hidrofil vagy hidrofób a környezet? (elektronátvivőnek is ehhez kell alkalmazkodnia)
• enzim természete
• történjen-e közvetlen reakció oxigénnel?

Szubsztrátról átvivőre, szubsztrátról átvivőn át oxigénre, szubsztrátról átvivők láncát át oxigénre, egyre növekvő redoxpotenciál-sor jellemzi

– aznos redoxpotenciál, enzimek is ugyanúgy kötik NAD⁺: sejten belül magas oxidált-forma koncentráció (700-szoros), oxidatív foszforiláció – energiatermelésben vesz részt NADP⁺: sejten belül magas redukált-forma koncentráció, oxidációjához bioszintézis, hidroxiláció, antioxidáns redukálása kapcsolható össze – szintézisben és védelemben vesz részt

C=C kötés FAD enzimek hoznak létre, C=O kötést NAD-enzimek – tandemben ketocsoportot hoznak létre, pl. zsírsavoxidáció

• oxidázok: szubsztrát + molekuláris oxigén elektronjai

AH₂ + O₂ – A + H₂O általában flavoproteinek, pl. xantin-oxidáz 4 AH + O₂ – 4 A + 2 H₂O citokróm C oxidáz – egyetlen ilyen közvetlen reakció

• dehidrogenázok, reduktázok: reakcióban nincs oxigén

AH₂ + átvivő – A + átvivő H₂ leggyakrabban NAD(P), ritkán FAD, FMN

• oxigenázok: oxigén beépülésével

1. Monooxigenáz (egy oxigénatom épül be, másik oxigént a molekulából redukált átvivő redukál) AH + átvivőH₂ + O₂ – A-OH + átvivő + H₂O pl. citokróm P450
2. Dioxigenáz (egy molekulányi oxigén épül be) AH + O₂ – A-O₂H hidroperoxil, reaktív csoport keletkezik

• peroxidázok: H₂O₂ és hidroperoxidok eliminálása

1. Kataláz – diszproporcionálódás: 2 részben redukált kiindulási anyagból teljesen redukált + teljesen oxidált termék H₂O₂ + H₂O₂ – 2H₂O + O₂
2. Peroxidáz – antioxidánssal, pl. glutation-peroxidáz. Prosztetikus csoportok lehetnek: hem, szelén, cisztein oldallánc H₂O₂ + AH₂ – 2 H₂O + A

Föld légköre: redukáló légkör – majd oxidáló, stressz az élőlényeknek – védekezési mechanizmusok az oxidációval szemben, de vannak káros hatások

O₂ + 4 e^- + 4 H → 2 H₂O teljes oxidáció, de folyamatában keletkezhetnek reaktív oxigén termékek:

• szabadgyökök (szuperoxid, hidroxil gyök, peroxil gyök, alkoxil gyök, hidroperoxil gyök)
• nem szabadgyök (hidrogén peroxid, hipoklórossav, ózon, szinglet oxigén)

Más molekulákkal reagálnak: szabadgyök+nem szabadgyök – további szabadgyök is keletkezik

• szabadgyök (nitrogén II monoxid, nitrogén IV dioxid)
• nem szabadgyök (peroxinitrit ONOO^-, salétromossav, nitrogén III oxid)

Egyensúly a prooxidáns (reaktív oxigéntermékek képződését katalizálják, vagy maguk is oxidáló hatásúak) és antioxidáns anyagok között – eltolódhat prooxidáns felé: oxidatív stressz – eltolódhat antioxidáns felé: reduktív stressz Prooxidáns: elektron akceptor, magas redoxpotenciál - Antioxidáns: elektron donor, alacsony redoxpotenciál

• enzimreakció főterméke
• véletlen mechanizmus

Lehetnek: kis molekulasúlyúak, vízoldékonyak, zsíroldékonyak (endogén vagy exogén)

mitokondriális légzési lánc, kémiai baleset, mikroszomális légzési lánc, hemoglobin oxigénkötése, dioxigenázok, oxigén direkt reakciója fémionnal, reakció szemikinonokkal (2 kg termelődik) Termeli: NADPH oxidáz (NOX) granulocyták plazmamembránjában FAD, citokróm is van a miniatűr légzési láncban Szuperoxidot SOD továbbalakítja H₂O₂-dá, majd HOCl keletkezik belőle, szükséges: ATP bontás Nitrogén monoxid gyökkel peroxinitrit (ONOO^-) keletkezik, reaktív anyag Krónikus granulomatózus betegség: fagocitál, de nem tudja elpusztítani, granulum keletkezik, fertőzés perzisztál Hb: előfordulhat vas Fe³⁺-má alakulása szuperoxid keletkezése mellett, dezoxi methemoglobin kötni nem tud - metHb reduktáz enzim visszaalakítja, ha hiányzik: methemoglobinémia, terápia: c vitamin Kinonok redox ciklusa: hidroxikinonból szemikinon, majd újra kinon, de vannak enzimek, amelyek kinon: szemikinon átalakulást katalizálnak - fehérjékkel adduktokat képeznek, NADPH elfogyhat Paracetamol: túladagolás, éhezés eseten toxikus lehet

keletkezése: szuperoxid anionból keletkezhet, dizmutálással (SOD) flavoproteinek működése során keletkezik, pl. aminosav oxidáz

keletkezése: legveszélyesebb, mert kontrollálatlan módon keletkezik, enzimmel nem hatástalanítható: Fenton reakció, Haber-Weiss reakció

Káros hatások:

• Lipidek peroxidációja, ezáltal membrán károsodik, nem specifikus permeabilitás változás, lipoproteinek peroxidációja - ateroszklerózis, élelmiszer avasodás
• Nukleinsavak bázisai, fehérje aminosav oldalláncok oxidatív károsodásai
• Lipidperoxidáció: H elvonás, gyök keletkezik, átrendeződés után konjugált dién, lipid peroxil gyök: lipid endoperoxidok, hidroperoxidok keletkeznek, láncreakció

Lipidperoxidáció terminálása: tokoferol molekula visszaalakítja, tokoferil keletkezik, aszkorbinsav visszaalakítja - véges a visszaalakulás, kimerül a redukáló mechanizmus

Antioxidánsok redoxpotenciálja kijelöli az elektronvándorlást (Halliwell-Asada ciklus)

1. Legfontosabb endogén antioxidáns: glutation (két enzimatikus lépéssel keletkező tripeptid), magas koncentráció, diszulfiddá alakul oxidációval, 9o%ban redukált formában van jelen – oxidált termékek, gyökök redukálásának lehetősége
2. urát, húgysav: purin metabolizmus végterméke, gyökfogó, bar rossz vízoldhatóságú savas pH-n
3. bilirubin: hem lebontás végterméke az élővilágban leggyakrabban biliverdin, emberben bilirubin, ez rossz vízoldhatóságú: viszont antioxidáns!
4. tokoferol: alfa nagy mennyiségben, alfa tokoferin gyököt hoz létre, exogén
5. Aszkorbinsav: exogén, aszkorbil gyökké alakul, két gyök dizmutálva dehidroaszkorbáttá ill. aszkorbinsavvá alakul
6. Színes növényi anyagok: karotin, likopin - konjugált dién szerkezet, ezeket a molekulákat támadják a szabadgyökök, támadáspont a molekula közepén, alkalmazás: pl. napvédő krémekben
7. Növényi anyagcseretermékek: EGCg (zöldtea aktív hatóanyaga), rezveratrol (vörösborban) szív- és érrendszeri betegségek megelőzése („francia paradoxon”)
8. Extracelluláris antioxidánsok preventív hatásúak: transzferrin: ferri ionokat köt, hemopexin: hemet köt, Haptoglobin: teljes szabad hemoglobint köt, cöruloplazmin: réziont köt, albumin: kismértékű antioxidáns hatás, sok tiolcsoport, jó gyökfogó, rézionokat is meg tud kötni – megakadályozzák a szabadgyökök keletkezését