Endogenní zdroje volných radikálů Fyziologické vs. patofyziologické procesy ~ Enzymatické systémy: Xanthin / Xanthin oxidasa, NADPH oxidasa, Peroxidasy, NO syntasa, Cytochrom P450 ~ Autooxidační reakce: glyceraldehyd, adrenalin, noradrenalin, dopamin, cystein, katecholaminy aj. ~ Proteiny obsahující hem ~ Elektronový transportní řetězec mitochondrií Xanthin oxidoreduktasa SH SH Mo-P FADH- Fe/S 85 kDa 40 kDa20 kDa Xanthin oxidoreduktasa Peptid (20 kDa) Peptid (20 kDa) Xanthin oxidasa (XO) 125 kDa Xanthin dehydrogenasa (XDH) 145 kDa Xanthin oxidasa (XO) 145 kDa Thioly Oxidace Xanthin dehydrogenasa XDH nukleosid fosforylasa kys. močová NAD+ NADH adenosin AMP ADP ATP adenosin inosin hypoxanthin Endoteliální buňka Xanthin oxidasa - ischemie XDHadenosin AMP ADP ATP adenosin inosin hypoxanthin Endoteliální buňka XO Ca2+ calpain Ca2+ Xanthin oxidasa - reperfuze XO kys. močová O2 O2 •- adenosin AMP ADP ATP adenosin inosin hypoxanthin Endoteliální buňka Xanthin oxidoreduktasa XO XDH NAD+ NADH NAD+ NADH (½ O2 H2O2 ½ O2 H2O2) 2 O2 2 O2 •- 2 O2 2 O2 •- Oxidativní vzplanutí neutrofilů Fagosom O2 O2• H2O2 NADPH + H+ NADP+ HMP NADPH Oxidáza GSSG GSH GR GP SOD HOCl MPO NADPH oxidasa NADPH oxidasa NADP+ O2 •- O2 NADPH + H+ Myeloperoxidasa H2O2 + Cl- + H+ HClO + H2O MPO Syntéza oxidu dusnatého NADPH NADPH O2 NO• L-arginin hydroxy-L-arginin citrulin Syntasy oxidu dusnatého (NOS) Společné vlastnosti: Substrát L-Arginin Kofaktory NADPH, FAD, FMN, H4-biopterin Hemová skupina Protoporfyrin IX cNOS: ncNOS (~ NOS I) – nervová tkáň (plíce, neutrofily) ecNOS (~ NOS III) – endoteliální buňky iNOS (~ NOS II) - makrofágy, neutrofily - stimulace cytokiny, mikrobiálními produkty NOS – produkce NO a superoxidu FAD FMN Hem – Fe3+ NADPH O2 + L-Arg NO• + Cit reduktáza oxygenáza e- e- eO2 O2 •- O2 O2 •- Regulace homeostázy vaskulárního napětí L-Arginin NO• cGMP GTP relaxaceCa2+eNOS guanylát cyklasa + + + - Oxygenasy Enzymy důležité pro oxidační reakce v metabolismu xenobiotik a endogenních sloučenin • Monooxygenasy (na substrát se přenáší 1 atom z O2) • Dioxygenasy (na substrát se přenáší 2 atomy z O2) Monooxygenasy Cytochromy P450 Monooxygenasy obsahující flavin Dopamin -monooxygenasy Monooxygenasy obsahující měď Monooxygenasy závislé na pteridinu Cytochrom P450 (= CYP) ~ Procaryota, Eucaryota ~ téměř všechny orgány a tkáně ~ vázány na membránu (endoplazmatické retikulum, mitochondrie) ~ hlavní úloha v evoluci: ochrana proti zvyšující se koncentraci O2 v atmosféře ~ pozdější úloha: oxidační reakce • anabolismus/katabolismus endogenních sloučenin • detoxikace xenobiotik Cytochrom P450 (= CYP) Hemoprotein ~ protein ~ hem (Fe-protoporfyrin IX) Cytochrom P450 (= CYP) Cytochrom P450 (= CYP) (cyt c) NADPH Fp1 cyt P450 NADH Fp2 cyt b5 (např. desaturasy) Přenos elektronů na mikrosomální cyt P450 Cytochrom P450 (= CYP) Přenos elektronů na cyt P450 v jaterním endoplazmatickém retikulu Flavoprotein P450-Fe3+-SH P450-Fe2+-SH P450-Fe3+-SH O2 - P450-Fe3+-SH O2 2- P450-Fe3+-SH O• P450-Fe3+ NADPH NADP+ S•OH 2e- SH e- e- O2 H2O2 H2O 2H+ O2 •- Cytochrom P450 (= CYP) Cytochrom P450 (= CYP) Přenos elektronů na mitochondriální cyt P450 cyt P450 FAD Adr Ado NADPH NADP+ Cytochrom P450 (= CYP) Enzymatické systémy Xenobiotikum Xenobiotikum Elektrofilní metabolity Nukleofilní radikály Kovalentní vazba Kovalentní vazba O2 O2 •- O2 Oxidativní stres H2O2, HO•, 1O2 Dýchací řetězec KoenzymQ NADH NAD+ NADH-koenzym Q reduktáza2eUbiquinon (oxidovaný) Semiquinon (část. redukovaný) Ubiquinol (plně redukovaný) 1e- 1eKoQH2-cyt. C reduktáza Cytochrom C Cytochrom oxidasa O2 2H2O 2 H2O NADH dehydrogenasa Ubichinon Cyt c1Cyt b Cyt c Cyt a Cyt a3 O2 O2 -• O2 O2 -• H2O2 H2O2 O2 Rotenon Antimycin Kyanid Produkce superoxidu v dýchacím řetězci Kolik superoxidu vyprodukuje dospělý člověk?  dospělá osoba v klidu spotřebuje 3,5 ml O2 / kg /min ~ 352,8 l / den (při 70 kg) ~ 14,7 mol / den  jestliže 1 % O2 O2 •- ~ 0,147 mol O2 •- / den ~ 53,66 mol O2 •- / rok ~ 1,7 kg O2 •- / rok  při námaze: až 10x více Exogenní zdroje volných radikálů • složky potravy • léčiva • UV záření • ionizující záření • znečištěné prostředí