Reaktivní formy kyslíku, čili volné radikály, jsou běžně spojovány s něčím škodlivým, ale není to tak vždy úplně pravda. Volné radikály hrají také důležitou roli při udržováni homeostázy organismu.To, zda jsou pro nás dobré či nikoli, záleží na jejich množství v našem organismu – avšak jejich nadbytek může našemu tělu způsobit velké potíže. Podívejme se tedy blíže na to, co jsou volné radikály a jaké jsou jejich úkoly.
Co jsou to volné radikály a jakou funkci plní v našem organizmu?
Volné radikály se tvoří v procesu buněčného dýchání nezbytného pro tvorbu energie v buňce. Jejich vznik může být iniciován i jinými procesy, např. Ionizujícím nebo ultrafialovým zařízením, ultrazvukem, oxidačním stresem, fyzickým vypětím atp.
Volné radikály jsou atomy nebo molekuly, které existují samostatně a mají jeden nebo více nepárových elektronů. Tyto elektrony činí molekulu velmi reaktivní.
Ta se pak chce zbavit nebo odebrat elektron z jiné molekuly.
Volné radikály jsou různé chemické sloučeniny, ale nejběžnější jsou sloučeniny kyslíku (ROS Reactive Oxygen Species) a sloučeniny dusíku ( RONS Reactive Oxygen and Nitrogen Species). Příklady běžných sločenin zahrnují:
- peroxidový radikál,
- hydroperoxidový radikál,
- oxid dusičný,
- superoxidový aniontový radikál,
- oxid dusnatý,
- singletový kyslík,
- hydroxilový tradikál,
- peroxid vodíku,
- ozon.
Proces tvorby volných radikálů je pro organizmus velmi důležitý, protože regulují četné procesy v buňkách.
Důležité funkce volných radikálů v organizmu
Přítomnost volných radikálů má vliv mimo jiné na růst a diferenciaci a nakonec programovanou buněčnou smrt (apoptózu). Díky nim je syntéza, uvolňování a inaktivace oxidu dusnatého správná. Také transport glukózy do buněk je regulován volnými radikály. A jednou z jejich nejdůležitějších funkcí je regulace přenosu signálu jak v rámci jedné buňky, tak mezi různými buňkami.
Bez existence volných radikálů by si naše tělo nedokázalo poradit s nejrůznějšími patogeny, se kterými přichází denně do styku. Buňky imunitního systému, které se zabývají fagocytózou, tedy vstřebáváním a trávením velkých částic (např. bakterií), se aktivují poté, co se jejich receptory dostanou do kontaktu s patogenem a začne v nich specifický proces zvaný „kyslíkový výbuch“. V důsledku toho vznikají volné radikály ve formě radikálů superoxidových aniontů a z nich v průběhu následných reakcí, např. hydroxylový radikál, chlornany nebo bromňany. Jsou účinným obranným mechanismem uvnitř našich buněk.
Kromě toho vědci poznamenali, že limfocyty T používají reaktivní formy kyslíku k regulaci imunitní signalizace a migrace do zanícených oblastí.
Jak tedy vidíte, správné a fyziologicky bezpečné množství volných radikálů je nezbytné pro fungování našeho těla. Problém nastává při jejich nadprodukci – pod vlivem vnitřních a vnějších faktorů.
Jaké škody mohou způsobit nadměrné volné radikály?
Poškození DNA se promítne do poruch procesů replikace DNA – její duplikace bez chyb v procesu tvorby nových buněk. Důsledkem chyb v DNA je nesprávný proces transkripce genetické informace při tvorbě nových proteinů v buňce, což narušuje její strukturální a metabolické funkce.
Co je oxidační stres?
Oxidační stres, tedy narušení rovnováhy mezi intenzitou procesů vyvolávajících tvorbu reaktivních forem kyslíku a antioxidační kapacitou organismu, je pro náš organismus nebezpečný. Jak jsme již zmínili, může dojít k poškození buněčných membrán, proteinů v buňkách nebo DNA. To se promítá do zatížení systémů jako je oběhový systém, dýchací systém, trávicí systém a nervový systém.
Nadměrné oxidační procesy, zejména ty, které trvají dlouhou dobu, mohou přispívat ke vzniku tak závažných onemocnění, jako jsou degenerativní onemocnění (Alzheimerova choroba nebo Parkinsonova choroba), závažná onemocnění jako např. (hepatitida, pankreatitida) nebo nádorová onemocnění.
Samotná oxidace (peroxidace) lipidů buněčné membrány způsobuje změnu permeability buněčné membrány, narušení energetických procesů v mitochondriích a může mít za následek i buněčnou smrt. V makro měřítku může poškození endotelu krevních cév volnými radikály přispět k rozvoji aterosklerózy.
Obranné mechanismy organismu a nadbytek volných radikálů
Tělo má vyvinuté obranné systémy proti oxidativnímu stresu, podmiňující rovnováhu v množství volných radikálů.
Prvním systémem je enzymatický antioxidační mechanismus. Speciální enzymy slouží k prevenci a redukci existujících reaktivních forem kyslíku. Tyto enzymy jsou:
- SOD, tj. superoxiddismutáza, která chrání buňku před škodlivými účinky peroxidů;
- CAT, kataláza, která rozkládá peroxid vodíku na vodu a kyslík;
- Gpx neboli glutathionperoxidáza je selenoenzym, který redukuje peroxid vodíku a organické peroxidy.
Jsou první obrannou linií a mají zabránit spuštění řetězce reakcí, které produkují volné radikály.
Neenzymatický antioxidační mechanismus se také podílí na přerušení reakčního řetězce. K jeho fungování potřebujeme antioxidanty dodávané tělu potravou. Patří mezi ně známé vitamíny, např. vitamín C, vitamín A (betakaroten) a vitamín E. Důležité jsou také minerály, např. selen, zinek, měď. Důležitou roli hrají také rostlinné polyfenoly. V tomto mechanismu hrají roli i endogenní sloučeniny, jako je kyselina močová, glutathion nebo deriváty estradiolu. Působení těchto látek je druhou linií obrany.
Důležitá role antioxidantů
Mechanismus účinku antioxidantů spočívá v tom, že dávají molekule volných radikálů elektron, který jí chybí. Dělají to dříve, než jej volný radikál převezme z jiné, fyziologicky důležité molekuly tedy DNA, enzymu nebo lipidu. Díky tomu jsou antioxidanty schopny tyto pro tělo životně důležité prvky chránit.
Antioxidanty jsou součástí zdravé nezpracované stravy. Najdeme je především v ovoci a zelenině. Jejich bohatým zdrojem je také bylinné koření a čaj, káva nebo bylinné nálevy používané při každodenním vaření. Antioxidanty najdeme také v semenech a ořeších, stejně jako v nerafinovaných olejích lisovaných za studena.
Kombinace působení dvou výše uvedených antioxidačních mechanismů: antioxidační a neenzymatický mechanismus nám poskytuje nejlepší obranu proti přebytku volných radikálů v těle.
Posledním, třetím prvkem ochranného systému jsou mechanismy pro odstraňování molekul poškozených volnými radikály nebo pokud možno nápravu poškození. Například enzym DNA polymeráza se účastní opravy genetického materiálu.
Volné radikály. Shrnutí
Je důležité si uvědomit, že přítomnost volných radikálů v těle není sama o sobě špatná věc. Jak jsme vysvětlili, hrají důležitou roli při regulaci homeostázy těla. Pouze jejich nadbytek může mít za následek negativní důsledky v podobě oxidačního stresu, který může být příčinou mnoha onemocnění.
Doba, ve které žijeme, nabízí mnoho civilizačních výdobytků, které nám usnadňují každodenní život. Druhou stránkou tohoto pokroku je však větší množství toxických faktorů, které v našem těle generují nadbytek volných radikálů.
Vyplatí se proto pamatovat na hygienu Vaší životosprávy a dodat dennímu jídelníčku potřebnou porci antioxidantů ze zeleniny, ovoce nebo bylinek.
Marta Koziarska – farmaceutka s bohatou praxí, v profesi od roku 1998. Nesmírně zvídavý člověk, se smyslem pro poslání, zastánce hledání příčin nemocí a celostní medicíny. Říká si „Sherlock Holmes medicíny“. Autor řady publikací, zástupce šéfredaktora portálu Radioklinika.pl.
Bibliografie
- Kulbacka J, Saczko J, Chwiłkowska A, Stres oksydacyjny w procesach uszkodzenia komórek, Polski Merkuriusz Lekarski, 2009, 157(44), s.44-47;
- Zabłocka A, Janusz M, Dwa oblicza wolnych rodników tlenowych, Postepy Hig Med Dosw, 2008, 62, s. 118-124;
- Karbarz M, Źródła powstawania i oddziaływanie środowiskowe wolnych rodników, Zeszyty Naukowe SGSP, 40, s. 59-67;
- Skotnicka M, Golan M, Szmukała N, Rola naturalnych przeciwutleniaczy pochodzenia roślinnego w profilaktyce nowotworowej, Ann. Acad. Med. Gedan. 2017, 47, s. 119-127;
- Białek M, Czauderna M, Budowa chemiczna oraz funkcje fizjologiczne wybranych antyoksydantów, Instytut Fizjologii i Żywienia Zwierząt im. Jana Kielanowskiego Polskiej Akademii Nauk, Jabłonna 2016;
- Puzanowska-Tarasiewicz H, Kuźmicka L, Tarasiewicz M, Antyoksydanty a reaktywne formy tlenu, BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. – XLIII, 2010, 1, s. 9-14;
- Oliński R, Jurgowiak M, Żelazo, wolne rodniki i oksydacyjne uszkodzenia DNA a choroba miażdżycowa, Via Medica, 2002, 8(2), s. 37-44;
- Czajka A, Wolne rodniki tlenowe a mechanizmu obronne organizmu, Nowiny Lekarskie, 2006, 75(6), s. 582-586;
- Czerwiecki L, Współczesne poglądy na rolę przeciwutleniaczy roślinnych w profilaktyce chorób cywilizacyjnych, ROCZN. PZH 2009, 60 (3), s. 201 – 206;
- http://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/Enzymy-antyoksydacyjne/.