Czym są wolne rodniki i jakie funkcje pełnią w organizmie?
Wolne rodniki powstają w procesie oddychania komórkowego niezbędnego do tworzenia energii w komórce. Ich powstanie mogą zainicjować także inne procesy np. promieniowanie jonizujące czy nadfioletowe, ultradźwięki, stres oksydacyjny.Wolne rodniki to atomy lub cząsteczki, które istnieją samodzielnie i mają jeden lub więcej niesparowanych elektronów. Dzięki tym elektronom cząsteczka taka jest bardzo reaktywna. Chce bowiem pozbyć się nadmiarowego elektronu lub zabrać podobny innej cząsteczce.
Wolne rodniki to różnorakie związki chemiczne, ale najczęściej spotykane są związki tlenu (ROS Reactive Oxygen Species) i związki azotu (RONS Reactive Oxygen i Nitrogen Species). Przykładowe, często występujące związki to:
- rodnik nadtlenkowy,
- rodnik wodoronadtlenkowy,
- ditlenek azotu,
- anionorodnik ponadtlenkowy,
- monotlenek azotu,
- tlen singletowy,
- rodnik hydroksylowy,
- nadtlenek wodoru,
- ozon.
Proces powstawania wolnych rodników jest dla organizmu sprawą bardzo ważną, gdyż regulują one liczne procesy zachodzące w komórce.
Ważne funkcje wolnych rodników w organizmie
Obecność wolnych rodników ma m.in. wpływ na wzrost oraz różnicowanie i w końcu programowaną śmierć komórki (apoptozę). Dzięki nim prawidłowa jest synteza, uwalnianie oraz inaktywacja tlenku azotu. Także transport glukozy do komórek jest regulowany przez wolne rodniki. A jedną z ich ważniejszych funkcji jest regulacja przesyłania sygnałów zarówno w obrębie pojedynczej komórki jak i pomiędzy różnymi komórkami.
Bez istnienia wolnych rodników nasz organizm nie potrafiłby sobie poradzić z różnymi patogenami, z którymi codziennie się styka. Komórki układu immunologicznego zajmujące się fagocytozą czyli wchłanianiem i trawieniem dużych cząstek (np.bakterii) aktywują się po zetknięciu ich receptorów z patogenem i rozpoczyna się w nich specyficzny proces zwany „wybuchem tlenowym”. W jego wyniku powstają wolne rodniki pod postacią anionorodników ponadtlenkowych a z nich, w toku kolejnych reakcji, m.in. rodnik hydroksylowy, podchloryny czy podbrominy. Stanowią one skuteczny mechanizm obronny wewnątrz naszych komórek.
Dodatkowo naukowcy zauważyli, że limfocyty T wykorzystują reaktywne formy tlenu do regulacji przekazywania sygnału odpowiedzi immunologicznej i ich migracji do obszarów ze stanem zapalnym.
Jak więc widać odpowiednia i fizjologicznie bezpieczna ilość wolnych rodników jest naszemu ciału niezbędna do funkcjonowania. Problem powstaje w momencie ich nadprodukcji – pod wpływem czynników wewnętrznych i zewnętrznych.
Jakie szkody może wyrządzić nadmiar wolnych rodników?
Czym jest stres oksydacyjny?
Stres oksydacyjny czyli zaburzenie równowagi między natężeniem procesów indukujących powstanie reaktywnych form tlenu, a zdolnością antyoksydacyjną organizmu jest dla naszego ciała niebezpieczny. Uszkodzeniu mogą ulec, jak już wspomnieliśmy, błony komórkowe, białka w komórkach czy DNA. Przekłada się to na obciążenie układów takich jak układ krążenia, układ oddechowy, układ pokarmowy i układ nerwowy.
Nadmiar procesów oksydacyjnych, zwłaszcza trwających dłuższy czas, może przyczynić się do powstawania tak poważnych chorób jak np. choroby degeneracyjne (choroba Alzheimera czy choroba Parkinsona), zwyrodnieniowe (np. choroby stawów), zapalne (zapalenie wątroby, zapalenie trzustki) czy choroby nowotworowe.
Już samo utlenienie (peroksydacja) lipidów błony komórkowej powoduje zmianę w przepuszczalności błony komórkowej, zakłócenie procesów energetycznych w mitochondriach i może nawet skutkować śmiercią komórki. W skali makro uszkodzenie przez wolne rodniki śródbłonka naczyń krwionośnych może przyczynić się do rozwoju miażdżycy.
Mechanizmy obronne organizmu a nadmiar wolnych rodników
Organizm wykształcił systemy obronne przed stresem oksydacyjnym, warunkujące równowagę w ilości wolnych rodników.
Pierwszy system to mechanizm antyoksydacyjny enzymatyczny. Specjalne enzymy mają w nim za zadanie zapobieganie powstawaniu oraz redukcję już istniejących reaktywnych form tlenu. Te enzymy to:
- SOD czyli dysmutaza ponadtlenkowa broniąca komórkę przed szkodliwym wpływem nadtlenków;
- CAT czyli katalaza rozkładająca nadtlenek wodoru do wody i tlenu;
- Gpx czyli peroksydaza glutationowa to selenoenzym redukujący nadtlenek wodoru i nadtlenki organiczne.
Stanowią one pierwszą linię obrony i mają zapobiegać rozpoczęciu się łańcucha reakcji wytwarzających wolne rodniki.
W przerywaniu łańcucha reakcji uczestniczy także mechanizm antyoksydacyjny nieenzymatyczny. Do jego działania potrzebujemy antyoksydantów dostarczonych do organizmu wraz z pożywieniem. Należą do nich znane wszystkim witaminy np. witamina C, witamina A (betakaroten) i witamina E. Ważne są również minerały m.in. selen, cynk, miedź. Istotną rolę odgrywają też roślinne polifenole. Swoją rolę mają w tym mechanizmie również związki endogenne takie jak kwas moczowy, glutation czy pochodne estradiolu. Działanie tych substancji to druga linia obrony.
Ważna rola antyoksydantów
Mechanizm działania antyoksydantów polega na tym, że oddają one cząsteczce wolnego rodnika elektron, którego jej brakuje. Robią to zanim wolny rodnik pobierze go od innej, fizjologicznie ważnej cząsteczki tj. DNA, enzymu czy lipidu. Dzięki temu antyoksydanty są zdolne, aby chronić te istotne dla organizmu elementy.
Substancje antyoksydacyjne są składnikiem zdrowej nieprzetworzonej diety. Znajdziemy je przede wszystkim w owocach i warzywach. Także używane w codziennej kuchni ziołowe przyprawy oraz herbata, kawa czy napary z ziół są ich bogatym źródłem. Przeciwutleniacze znajdziemy też w nasionach i orzechach oraz tłoczonych z nich na zimno olejach nierafinowanych.
Połączenie działania dwóch wyżej wymienionych mechanizmów antyoksydacyjnych: mechanizmu antyoksydacyjnego i nieenzymatycznego daje nam najlepszą obronę przed nadmiarem wolnych rodników w organizmie.
Ostatnim, trzecim elementem układu ochronnego są mechanizmy usuwania uszkodzonych przez wolne rodniki cząsteczek lub, jeśli to możliwe, naprawienia szkód. Dla przykładu enzym polimeraza DNA uczestniczy w naprawie materiału genetycznego.
Wolne rodniki. Podsumowanie
Trzeba pamiętać, że obecność wolnych rodników w organizmie nie jest złem samym w sobie. Jak wyjaśniliśmy, mają one do odegrania ważną rolę w regulowaniu homeostazy organizmu. Dopiero ich nadmiar może skutkować negatywnymi konsekwencjami w postaci stresu oksydacyjnego, mogącego być przyczyną wielu chorób.
Czasy, w których przyszło nam żyć oferują wiele zdobyczy cywilizacyjnych ułatwiających nam codzienne życie. Drugą stroną tego postępu jest jednak większa ilość czynników toksycznych, generujących w naszym ciele nadmiar wolnych rodników.
Warto więc na co dzień pamiętać o higienie swojego stylu życia i dostarczaniu w codziennym menu niezbędnej porcji antyoksydantów pochodzących z warzyw, owoców czy ziół.
Marta Koziarska – farmaceuta z bogatym doświadczeniem, w zawodzie od roku 1998. Osoba niezwykle dociekliwa, z poczuciem misji, zwolenniczka szukania przyczyn choroby i medycyny holistycznej. Mówi o sobie „Sherlock Holmes medycyny”. Autorka licznych publikacji, zastępca redaktor naczelnej portalu Radioklinika.pl.
Bibliografia
- 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/.