Protection of Biomolecules by Antioxidants - Mechanisms and Applications

Abstract: Popular Abstract in Swedish Reaktiva syreföreningar s.k. ROS uppstår naturligt i den syrerelaterade metabolismen eller i andra processer och den orsakar skador på essentiella föreningar i cellen såsom DNA, proteiner och fetter. Denna oxidation ligger till grund för många allvarliga sjukdomar hos människor som t.ex. viss typ av cancer och Alzheimers och man tror även att den ligger bakom andra åkommor som t.ex. själva åldrandet. Förutom detta orsakar ROS-relaterad oxidation flera andra sorters oönskade effekter som härskning av mat och inaktivering av enzymer. Hydroxylradikalen anses vara en relevant radikal in vivo och den är dessutom mycket reaktiv, den kan i stort sett oxidera alla sorters organsiska molekyler. Den kan bildas i en reaktion mellan väteperoxid, som är en naturligt förkommande metabolit, och en övergångsmetall såsom järn eller koppar, i en s.k. Fenton reaktion. För att försvara sig mot oönskad radikaloxidation har aeroba organismer utvecklat flera olika försvarsmekanismer. En viktig sådan utgörs av antioxidanter, vars uppgift är att reagera med fria radikaler före andra för cellen mer viktiga molekyler tar skada. Denna sammanställningsavhandling är baserad på flera artiklar som handlar om forskning om antioxidanter och oxidation av DNA och protein. Angående DNA utfördes en mekanistisk studie som omfattade undersökandet av bildningen och identifieringen av flera oxidationsprodukter när nukleosiden dG utsattes för hydroxylradikaloxidation som genererades med hjälp av en järndriven Fenton reaktion. Ett tydligt resultat i studien var att den populära markören 8-oxodG som bildas är mycket känslig för vidare oxidation. Den uppmätta halten 8-oxodG var högst beroende av reaktionsförhållandena och reaktionstiderna som användes. Tillsatser av två stycken antioxidanter, den metallbindande catechin och den starka radikalfångande askorbinsyra (vitamin C) prövades, där catechin visade sig vara den mest effektiva antioxidanten. Återigen påvisades problem med 8-oxodG, där det var tydligt att det fanns stora fördelar med att använda sig av flera oxidationsproduktioner när man utvärderade antioxidanternas effektivitet. I en annan artikel användes en annan strategi för att utvärdera antioxidanter. Denna gång användes ett cellulärt test baserat på Ames-test-stammen Salmonella typhimurium TA102. Oxidationen inducerades med antingen väteperoxid eller den organiska hydroperoxiden tert-butylhydroperoxid. Precis som i den tidgare artikeln visade sig att metallbindande antioxidanter, denna gång quercetin och caffeic acid, fungerade klart bättre än de antioxidanter som saknar denna förmåga. De två sista artiklarna i avhandlingen handlar om proteinoxidation, där enzymet kloroperoxidas (CPO) från Caldariomyces fumago valdes ut som lämpligt målprotein. Detta enzym är av kommersiellt intresse, för att den kan katalysera stereo- och regio-selektiva oxidationsreaktioner, som är användbara i bl.a. tillverkningen av läkemedel, med hjälp av väteperoxid istället för tungmetallsalter som annars är brukligt. Det största problemet med CPO är att den är känslig för oxidativ inaktivering, som orsakas av väteperoxid i den katalytiska reaktionen. I en av studierna fanns ett samband mellan inaktivering och oxidation av en specifik aminosyra, en cysteine som är essentiell för CPOs aktivitet på grund av dess funktion som axiell ligand till järnet i hemgruppen i det aktiva sätet. Dessutom så kunde inte hemgruppen detekteras i de inaktiverade proverna, vilket tydde på att hemgruppen antagligen förstördes. I den andra studien med CPO upptäcktes att tillsatsen av antioxidanter signifikant motverkade inaktiveringen, upp till tio gånger fler reaktioner kunde katalyseras innan enzymet förstördes när antioxidanten caffeic acid tillsattes. Åter igen var det en metallbindande antioxidant som visade sig vara den mest effektiva. Kontentan av dessa artiklar är att de metallbindande antioxidanterna visade sig klart överlägsna de enbart radikalfångande antioxidanterna. Vidare så indikerar resultaten att Fenton reaktionen är relevant in vivo och därför är lämplig att använda i in vitro test. Dessutom verkar möjligheten för antioxidanter att metallbinda vara en högst relevant för den antioxidativa effekten både in vitro och in vivo.