Erdődi Ferenc, Gergely Pál, Vereb György

Általános és bioszervetlen kémia

Oxigéngyökök képződése és eliminációja biológiai rendszerekben

Az oxigén felhasználása alapvető fontosságú az energiatermelő folyamatokban. A sejtlégzés során elsősorban az O2 tetravalens redukciója következik be:

O2 + 4 e– +4 H+

2 H2O .

A felszabaduló energia a terminális oxidációval együttjáró ATP-képződés során konzerválódik.

Az oxigén részleges redukciója viszont reaktív termékekhez vezet (H2O2, szuperoxid-anion, hidroxilgyök). A divalens redukció során H2O2 képződik:

O2 + 2 e–+2 H+ → H2O2 .

Az oxigén monovalens redukciója a növény- és az állatvilágban egyaránt előfordul, elsősorban oxidázok működése során következhet be:

O2 + 2 e–+2 H+

HO2

+ H+ .

A szuperoxid-anion spontán dizmutálása lassú folyamat. A szervezetben a szuperoxid-anion hatékony eliminációját a szuperoxid-dizmutáz katalizálja:

+2 H+

H2O2 + O+

Az emlős-szuperoxid-dizmutáz réz(II)- és cink(II)tartalmú metalloenzim, katalitikus funkcióját már áttekintettük (l. 261. oldal). A keletkező H2O2-t kataláz alakítja molekuláris oxigénné:

2 H2O2

2 H2O + O+

A glutation-peroxidáz is alkalmas állati szervezetekben a H2O2 eliminálására. Elsősorban a vörösvértestekben fordul elő, H2O2 iránti affinitása nagy, működéséhez redukált glutationt igényel:

2 GSH+ H2O2

GS–SG + 2 H2O

(GSH: redukált glutation, GS–SG: oxidált glutation).

A H2O2 bár köztiterméke a szuperoxid-anion eliminálásának, reakcióképes gyökök forrása is lehet. Az ún. Fenton-reakcióban vas(II)ionok katalizálják a H2O2 bomlását:

H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + ·OH + OН–

·OH + Fe2+ → Fe3+ + OH–

A szuperoxid-anion reakciója hidrogén-peroxiddal szintén hidroxilgyök képződéséhez vezet (Haber-Weiss-reakció):

+ H2O2 → O2 + ·OH + OH–

A reakcióképes hidroxilgyök (·OH), 1-2 ütközés után „elektront rabolva” hidroxidionná alakul, tehát erős oxidálószer. A hidroxilgyök a környezetében lévő makromolekulákkal ütközik és azokat oxidálja. Különösen érzékenyek a kettős kötést tartalmazó lipidek, amelyek oxidációja lipid-peroxidokat és végül malon-dialdehidet eredményez. Ez utóbbi a fehérjék primer aminocsoportjával reagálva keresztkötéseket hoz létre. A keresztkötés, továbbá a különféle aminosav maradékok hidroxilgyökkel való módosítása a fehérjefunkciók károsodásához vezet. A hidroxilgyök kémiailag módosítja (elsősorban hidroxilálja) a pirimidin- és a purinbázisokat is, ezért DNS-károsodást is okozhat. Lényegében hasonló hatások válthatók ki más aktivált oxigénformákkal is (ózon, szuperoxid-anion, szingulett oxigén). Szabad gyökök képződhetnek biológiai rendszerekben lejátszódó Fenton-típusú reakcióban is, ha a szövetekben, fehérjével stabilis komplexet nem alkotó szabad Fe2+ vagy Fe2+-nukleotid komplexek fordulnak elő.

A szabad gyökök képződése láncreakció formájában megy végbe, pl. az alábbi módon:

láncindítás:	search
láncfolytatás:	search
	search (alkil-hidroperoxid)
elágazás:	search
láncletörés:	search

Reaktív oxigénszármazékok természetes körülmények között is képződnek (oxidázok, hemoglobin és mioglobin működése során), ezeket különféle fiziológiás antioxidáns mechanizmusok hatástalanítják (193. ábra).

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1438aebszk_2844/#m1438aebszk_2844 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1438aebszk_2844/#m1438aebszk_2844)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1438aebszk_2844/#m1438aebszk_2844)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

193. ábra. Reaktív oxigénszármazékok hatástalanítása. Gyökfogó molekulakéntkonjugált kettős kötésű vegyületek (E-vitamin, -karotin), redukálószerek (aszkorbinsav, tiolok), fenolok (húgysav), ceruloplazmin szerepelhetnek

Az oxigénkoncentráció növekedése a szövetekben fokozza a reaktív oxigénszármazékok képződését. Nem véletlen, hogy éppen az ,,oxidatív stressz”-nek kitett vörösvérsejtek tartalmaznak jelentős mennyiségben antioxidáns hatású enzimeket.

A kontrollált körülmények között keletkező oxigéngyökök hasznos biológiai funkciót is betölthetnek pl. a fagocitózisban. A monocitákban és granulocitákban NADPH-oxidáz hatására

z képződik. Immunkomplexek, sejttörmelék vagy baktériumok hatására a szuperoxid-anion képződése megsokszorozódik. A jelenség ,,légzési robbanás” néven ismert:

A szuperoxid-anion tovább alakul szuperoxid-dizmutázjelenlétében H2O2-vá, majd granulocitákban mielo-peroxidáz hatására erősen oxidáló szingulett oxigén keletkezik, amely hozzájárul a fagocitált baktérium elpusztításához. A monocita-makrofág rendszerben mielo-peroxidáz nincs, itt feltehetően a szuperoxid-anion fejti ki az ölő (killing) hatást. Szabad gyökként reagál a makrofágokban és egyéb szövetekben képződő nitrogén-monoxid (NO) is.

A kontrollálatlan módon keletkező reaktív oxigénszármazékok sejtkárosodáshoz vezetnek. Idült gyulladásokban (pl. fzületekben) bekövetkező szövetkárosodások oka, hogy a fokozottan képződő szuperoxidanion és egyéb reaktív származékok kijutnak az extracelluláris térbe, ahol nincsenek hatástalanító enzimek. Feltételezik, hogy a citotoxikus hatásokért a peroxi-nitrit-ion is felelős, amely az NO és a szuperoxid-anion reakciójában keletkezik:

A szabad gyökök által károsodott szövetek szétesése további makrofág aktiválódást okoz. A szabad gyökök képződése szerepet játszhat a biológiai öregedésben is. Erre utal, hogy az egyed fejlődése során mérhető szuperoxid-dizmutáz-aktivitás egyenesen arányos a fajra jellemző maximális életkorral.

Oxigéngyökök károsító hatásának tulajdonítható az „oxigénmérgezés” is. A tiszta oxigénben tartott kísérleti állatok napok alatt elpusztulnak. A koraszülöttek túlzott mértékű (tiszta oxigénnel történő) hiperoxigenizálásának egyik következménye az ún. retrolentáris fibroplázia (kötőszövetszaporulat a szemlencse mögött), amely vakságot okozhat. Ez a súlyos szövődmény elkerülhető az oxigén levegővel történő keverésével (kb. 60%-os O2-tartalom).

Az oxigénbelélegeztetés szükséges és indokolt mindazokban az esetekben, amikor nem jut kellő oxigén a hemoglobin telítésére (pl. rossz tüdőfunkció, rossz vérkeringés), továbbá az oxigénnel kompetitív módon kötődő mérgek (CO, HCN, H2S) hatásának ellensúlyozására. Ezekben az esetekben az O2 kötődése, ill. transzportja fokozható az O2 parciális nyomásának növelésével.

Tartalomjegyzék

ÁLTALÁNOS ÉS BIOSZERVETLEN KÉMIA
Impresszum
Az Olvasóhoz
chevron_rightÁltalános kémia
- chevron_rightKémiai alapfogalmak
- chevron_rightAz atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer
  - chevron_rightA kvantumelmélet alapjai
    - A fény hullámtermészete
    - Az elektronhullámok és a kvantummechanika
  - chevron_rightSzínképek
    - Emissziós és abszorpciós színképek
    - Atomszínképek
  - A hidrogénatom Bohr-féle modellje
  - chevron_rightA kvantummechanikai atommodell
    - Kvantumszámok
    - Atomorbitálok
  - chevron_rightTöbbelektronos atomok elektronszerkezete
    - Az elektronhéjak energiaszintje
    - Az elektronhéjak felépülésének törvényei
  - chevron_rightAz elemek periódusos rendszere
  - chevron_rightPeriodikus tulajdonságok
- chevron_rightA molekulák szerkezete
  - chevron_rightAz elsődleges kémiai kötés alaptípusai
    - A férnes kötés
    - Az ionkötés
    - chevron_rightA kovalens kötés
      - Kovalens kötéshossz és kötési energia
  - chevron_rightÁtmenet a kötéstípusok között
    - Elektronegativitás
  - chevron_rightA kovalens kötés elmélete
    - chevron_rightA vegyértékkötés-elmélet
    - chevron_rightA molekulaorbitál-elmélet
      - Kétatomos molekulák molekulaorbitáljai
      - Többszörös kötések, delokalizált molekulapályák
  - chevron_rightMásodlagos kémiai kötések
- chevron_rightHalmazállapotok
  - chevron_rightGázhalmazállapot
  - chevron_rightFolyékony és szilárd halmazállapot
- chevron_rightOldatok és kolloidok
- chevron_rightA víz és a vizes oldatok
- chevron_rightKémiai egyensúlyok
- chevron_rightKémiai termodinamika
- chevron_rightReakciókinetika
  - chevron_rightReakciósebesség és reakciómechanizmus
  - chevron_rightHőmérséklet és reakciósebesség
    - Ütközési elmélet
    - chevron_rightAz átmeneti állapot (aktivált komplex) elmélete
      - Kémiai reakciók energiaváltozása
  - chevron_rightTöbb elemi lépésből álló reakciók
  - chevron_rightKatalízis
    - Homogén katalízis
    - Heterogén katalízis
- chevron_rightElektrokémia
  - chevron_rightA redoxifolyamatok áttekintése
  - chevron_rightAz elektrokémia alapjai
- chevron_rightA redoxifolyamatok termodinamikája
  - A Nernst-egyenlet
  - Redoxifolyamatok az anyagcserében
- chevron_rightAz elektrokémia gyakorlati alkalmazásai
chevron_rightBioszervetlen kémia
- chevron_rightKomplex vegyületek
- Az élethez szükséges elemek áttekintése
- chevron_rightAz alkálifémek szerepe biológiai rendszerekben
- chevron_rightA magnézium és a kalcium biológiai jelentősége
  - chevron_rightA magnézium bioszervetlen kémiája
    - Magnéziumkomplexek
  - chevron_rightA kalcium élettani szerepe
- chevron_rightAz átmenetifémek komplexei
  - chevron_rightA vas biológiai jelentősége
    - chevron_rightA vas szerepe az oxigénkötésben és az oxigéntranszportban
    - chevron_rightVas–kén fehérjék biológiai funkciói
      - Citokrómok
      - Kataláz, peroxidáz, citokróm-P450
    - chevron_rightVasanyagcsere
  - chevron_rightA réz biológiai jelentősége
    - chevron_rightA réz biokémiai evolúciója. Fontosabb rézfehérjék
    - chevron_rightRézfehérjék az elektrontranszportban
    - chevron_rightA rézanyagcsere és zavarai
      - Wilson-kór
      - Menkes-kór
  - chevron_rightA cinkcsoport elemeinek biológiai jelentősége
    - chevron_rightA cink biológiai funkciói
      - Cinkenzimek szerkezete
      - „Cinkujj” fehérjék szerkezete
  - Metallotioneinek és funkciójuk
  - chevron_rightA molibdén és a mangán biológiai szerepe
    - Molibdénkomplexek
    - Mangánkomplexek
  - A vanádium, króm, kobalt és nikkel élettani hatása
  - A platinakomplexek daganatellenes hatása
- chevron_rightAz alumínium- és az óncsoport elemeinek biológiai szerepe
  - Az alumínium hatása az emberi szervezetre
  - Óncsoport: germánium, ón, ólom
- chevron_rightA szilíciumvegyületek biológiai szerepe
- chevron_rightA nitrogén és foszfor szerepe a biológiai rendszerekben
- chevron_rightAz oxigéncsoport elemeinek biológiai jelentősége
  - chevron_rightAz oxigén bioszervetlen kémiája
  - chevron_rightA szelén biológiai jelentősége
    - A szelénvegyületek élettani hatásai
- chevron_rightA halogének bioszervetlen kémiája
chevron_rightIrodalom a bioszervetlen kémia fejezeteihez
Rendszám- és atomtömeg-táblázat

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 705 1

Orvostudomány

A könyv feladata, hogy az orvostudományt, gyógyszerésztudományt és biológiát választó egyetemi szak hallgatóit és e téma iránt érdeklődőket megismertesse egyrészt a kémia tudomány alapjaival, az általános kémiával, másrészt a fémek és nemfémes elemek biológiai szerepével, a bioszervetlen kémiával vagy másképp, szervetlen biokémiával.

Hivatkozás: https://mersz.hu/erdoddi-gergely-vereb-altalanos-es-bioszervetlen-kemia//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero