oksygen (reaktive oksygenforbindelser)

Artikkelstart

Reaktive oksygenforbindelser er kjemiske forbindelser med oksygen som kan gi oksidative skader på nukleinsyrer (DNA og RNA), proteiner og fett. Oksygen er et av de mest elektronegative stoffene som finnes på Jorden, og er dermed svært reaktivt i visse former.

Singlett oksygen, oksygenradikaler (superoksidantionradikalet (O2-), hydroksylradikalet (OH•)), hydrogenperoksid (H2O2) og ozon (O3) er reaktive oksygenforbindelser.

Oksidanter og antioksidanter

Oksidativt stress oppstår når det er en ubalanse mellom oksidanter og antioksidanter.

Antioksidanter i plantene som C-vitamin (askorbinsyre), E-vitamin(α-tokoferol), karotenoider, flavonoider (antocyaniner), tripeptidet glutation og flere enzymer (superoksid dismutase, katalase, askorbat peroksidase, glutation peroksidase, glutation reduktase og peroksiredoksin), gir beskyttelse mot de reaktive oksygenforbindelsene.

Både planter og dyr benytter noen av de reaktive oksygenforbindelse til å bekjempe angrep fra sykdomsfremkallende organismer, blant annet superoksidanionradikal dannet av enzymet NAD(P)H oksidase.

NADPH + 2O2 → NADP+ + 2O2- + H+

Dannelse av reaktive oksygenforbindelser

Singlett oksygen

Oksygen i grunntilstanden, triplett oksygen (3O2), kan sammen med et pigment motta lysenergi og bli omdannet til singlett oksygen (1O2). Singlett oksygen er en eksitert tilstand av molekylært oksygen som gir oksidative skader i alle organismer, og blir laget i en fotokjemisk eller kjemisk reaksjon, se fotosensitiserende stoffer.

Superoksidanionradikal

Elektrontransporten i celler gjør at oksygen kan motta et elektron og danne et oksygenradikal, superoksidanionradikal. Superoksidantionet blir dannet i respirasjonskjeden i mitokondriene, i immunsystemet brukt som forsvar mot patogener, ved ioniserende stråling, fra medisiner (antimalariamidler, sulfapreparater), fra sekundærmetabolitter i sopp og planter, ugrasmidler (paraquat, diquat), samt elektrontransport i kloroplaster hos planter. Elektrontransport er en fundamental prosess i energiomsetningen i alle organismer, i mitokondrier, samt kloroplaster i planter. Transport av elektroner via transisjonsmetaller (jern, kobber), gir mulighet for at det blir dannet superoksidet av oksygen (O2-) i en enelektronreduksjon (e-) av oksygen (O2)

O2 + e- → O2-

Superoksidanionet kan motta et proton i vann, og danner et hydroperoksyl (HO2) og et hydroksylion (OH-) i en reaksjon med pKa-verdi ca. pH 4.8, det vil si lik mengde superoksidradikal og hydroperoksyl ved pH 4.8:

O2- + H2O → HO2 + OH-

Superoksidanionradikalet er skadelig og blir fjernet og omsettes til hydrogenperoksid.

Hydrogenperoksid

De skadelige superoksidanionradikalene blir fjernet og omsatt til hydrogenperoksid ved hjelp av enzymene superoksid dismutaser.

Superoksid dismutaser (SOD) er enymer som gir en disproporsjonering :

2HO2 → O2 + H2O2

Superoksid dismutaser er meget effektive enzymer og finnes bundet til kobber-zink (Cu-Zn-SOD), mangan (Mn-SOD) eller eller jern (Fe-SOD). CuZn-SOD finnes i cytoplasma hos alle eukaryote celler, Mn-SOD i mitokondrier og hos prokaryoter, mens Fe-SOD finnes i bakterier og kloroplaster.

Videre blir hydrogenperoksid fjernet av enzymene katalase eller peroksidaser. Enzymet katalase bryter ned hydrogenperoksid til oksygen og vann:

2H2O2 → 2H2O + O2

Hydrogenperoksid blir dessuten dannet i flere enzymreaksjoner i planter og dyr, blant annet beta-oksidasjon av fettsyrer, samt i fotorespirasjon hos planter.

Når oksygen mottar to elektroner og to protoner, dannes hydrogenperoksid. Sammen med jern eller kobber kan hydrogenperoksid lage meget reaktive hydroksylradikaler i en Fentonreaksjon eller i Haber-Weiss-reaksjoner.

Hydrogenperoksid og kan virke som et signalstoff og styringsmolekyl i metbolismen, samt inngå i immunforsvaret sammen med superoksidradikalet produsert av enzymet NADPH oksidase

NADPH + 2O2 → NADP+ + 2O2- + H+

Superoksidradikalet kan bli omdannet til hydrogenperoksid katalysert av superoksid dismutase

Peroksidaser i antioksidantforsvar

Peroksidaser er en store gruppe enzymer. Glutation peroksidase bruker tripeptidet glutation (GSH) som elektrondonor og finnes som flere isoenzymer, og inneholder små mengder selen i form av selenocystein (en av grunnene til at man trenger meget små mengder selen tilført via maten. Hos pattedyr deltar enzymet glutation peroksidase i beskyttelsen mot oksidative skader, omdanner hydrogenperoksid til vann, og fjerner skadelige fettsyrehydroperoksider. Mennesket har åtte forskjellige glutation peroksidase, GPx1-GPx8, lokalisert i forskjellige deler av kroppen og med ulike preferanser for substrater.

Glutation peroksidase katalyserer reaksjonen:

2GSH + H2O2 → GS-SG + 2H2O

GSH er den reduserte formen av tripeptidet glutation og GS-SG er den oksiderte formen, et glutation disulfid bestående av to molekyler glutation hektet sammen i en disulfidbro via aminosyren cystein.

Oksidert glutation blir redusert og gjendannet til glutation av enzymet glutation reduktase med reduksjonskraften NADPH laget i oksidativ pentosefosfatvei

GS-SG + NADPH + H+ → 2GSH + NADP+

Røde blodlegmemer (erytrocytter) lager store mengder NADPH i oksidativ pentoseveien brukt i antioksidantforsvaret mot reaktive oksygenforbindelser i samvirke med glutation reduktase. I tillegg deltar redoksproteiner for å opprettholde stabile redoksoksforhold i cellene (redokshomeostase), for eksempeltioredoksiner, glutaredoksiner, peroksiredoksiner, glutation-S-transferase omega-1.

Askorbat peroksidase i planter

Planter bruker istedet enzymet askorbat peroksidase for å fjerne hydrogenperoksid, og er en av grunnene til at planter inneholder mye askorbinsyre (vitamin C). Askorbat peroksidase reduserer hydrogenperoksid og oksiderer askorbat i planter og alger, og produktet er vann og radikalet monodehydroaskorbat

askorbat + H2O2 → monodehydroaskorbat + H2O

Med monodehydroaskorbat reduktase og reduksjonskraften NADPH gjendannes askorbat, som er en del av glutation-askorbatsyklus. Monodhydroaskorbatradikalet disproporsjonerer til askorbat og dehydroaskorbat.

Dehydroaskorbat blir redusert til askorbat ved hjelp av glutation katalysert av dehydroaskorbat reduktase

dehydroaskrobat + 2GSH → askorbat + GS-SG

Glutation blir gjendannet med reduksjonskraft fra NADPH katalysert av glutation reduktase.

2 monodehydroaskorbat + NAD(P)H + H+ → 2 askorbat + NAD(P)+

Glutation-askorbatsyklus finnes i plantecellene i cytosol, mitokondrier, plastider og peroksisomer.

Bakkenært ozon

Bakkenært ozon blir dannet i en reaksjon mellom nitrogenoksider, sollys og organiske stoffer i atmosfæren.

I tillegg til reaktive oksygenforbindelser finnes det reaktive nitrogenforbindelser og reaktive svovelforbindelser.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg