الاجهاد التأكسدي Oxidative stress

يمكن ان يعرف على انه زيادة المواد المؤكسدة في الخلية وحولها، والتي تؤدي الى اضرار في التراكيب الخلوية مثل تدمير DNA و RNA والبروتينات. ويكون في الاحياء الراقية سببا في العديد من الامراض مثل Rheumatoid arthritis , Inflammatory bowel disorders وتصلب الشرايين والامراض العصبية التحللية وبعض انواع السرطان والهرم والالتهابات والسكري ويساعد في التعجيل من استماتة الخلايا، كم انه يعد احد الأسباب المهمة للتطفير وتوليد الأورام. وفي البكتريا يؤثر او يمنع الانجذاب الكيماوي للمواد الغذائية وغيرها من الحالات التي هي ليست في صالح الخلية.

ويحصل الاجهاد التأكسدي عندما تكون درجته اكبر من دفاعات الانظمة الخلوية، ويمكن ان تحصل الزيادة فيه عند التعرض لظروف بيئية او غذائية او حالة مرضية، اضافة الى الأسباب الداخلية للخلايا.

مصادر المؤكسدات المسببة للإجهاد:

هناك عددا من المصادر التي تنتج مركبات الاوكسجين الفعالة ROS، ونظرا لطبيعة تركيب جزئية الاوكسجين، فذرة الاوكسجين تحوي على زوج من الالكترونات غير المزدوجة في غلافها الخارجي وهو بشكله الجزيئي يكون خاملا، ويمكن ان يكتسب عدد من الالكترونات وتكون جذوره هي الفعالة، والاخيرة لها مصادر متعددة :

•  المصادر الانزيمية : تنتج كنواتج عرضية لعمليات الايض الهوائي، ومصادرها تفاعلات انزيمية مثل :

1-  عمليات الاكسدة بواسطة انزيمات نزع الهيدروجين للـ NADH واللاكتات ومركبات اخرى وهذه مهمة في توليد O₂^- في E. coli.

2-   تفاعلات الانزيم الذائب في الخلية Glutathione reductase الذي يستعمل NADH مصدرا للإلكترونات.

3- تفاعلات Cytochrome P450 اذ توجد منه بعض الانواع من البكتريا وكذلك يكون مصدرا مهما في أنسجة اللبائن وخاصة الكبد اذ يشكل 4% من بروتينات الخلية الكلي.

•   المصادر اللانزيمية : وهذه تنتج من عمليات أكسدة ذاتية لبعض مكونات الخلية وتؤدي الى انتاج (^-O₂  ) ومنها Ubiquinols, Catechols ,Thiols , Flavins .

مركبات الاوكسجين الفعالة (ROS) Reactive oxygen species

هناك عددا من مركبات الاوكسجين التي تسبب الاجهاد التأكسدي ومنها :

(O₂^-) Superoxide

وينتج من الاكسدة الانزيمية لبعض المركبات الموجودة في الخلية – المذكورة أعلاه – فمركبات الكوينون المحبة للإلكترونات سوآءا كانت خلوية طبيعية مثل Ubiquinone او خارجية تختزل الى مركبات وسطية Semiquinones وتقوم الاخيرة باختزال الاوكسجين الجزيئي الى Superoxide (O₂^-)  وانتاج Oxidized quinones, والاخيرة يمكن ان تعاني من عدة دورات من الاكسدة والاختزال . ويقوم الايون ^-O₂  بأكسدة مجاميع الثايول والاسكوربات والتوكوفيرولات Tocopherols و Catecholamine's وكذلك يهاجم البروتينات الحاوية على عناقيد الحديد والكبريت (Fe - S) ₄ ، وكذلك يتفاعل مع العناصر الانتقالية مثل ايونات الحديد والنحاس حتى عندما تكون في مركبات معقدة.

جذر OH

وتنتج من عدة مركبات عند امتصاص الضوء بطول موجي 365 نانومتر من قبل ثمالات التربتوفان، وكذلك في التحلل الشعاعي Radiolysis للماء اضافة الى العديد من المركبات الفعالة الاخرى، وتنتج ايضا من تفاعل بيروكسيد الهيدروجين مع الحديد المختزل.

وجذر الهيدروكسيل له تفاعلات مختلفة داخل الخلايا، اذ انه يتفاعل مع اكثر من جزئية حيوية وذلك لان جهد الأكسدة والاختزال القياسي له عالي (2.3 فولت) مقارنة بالأوكسجين (0.8 فولت)، لذلك فهو يؤكسد معظم الجزيئات والمركبات ما عدا الأوزون، ولكن قابلية انتشاره قليلة وتصل عدد قليل من النانومترات لذلك فان تأثيره على الجزيئات الحيوية يعتمد على مكان وجوده ويكاد يكون موضعها.

 ¹O₂

يمكن ان ينتج داخل الانظمة الحية بتأثير بعض الانزيمات مثل تفكيك ^-O₂ ، وكذلك من تفكيك (Peroxidized glutathione) GSOO^. وكذلك من تفاعلات المركبات المتحسسة للضوء مثل الرايبوفلافين وصبغات الصفراء. وينتج خارج الانظمة الحية من تفاعلات المثيلين الزرقاء المتحسسة Photosensitizer methylene blue مع الضوء المرئي . والمركب ¹O₂ يتفاعل مع الحوامض الدهنية غير المشبعة وكذلك مع التوكوفيرولات لينتج Tocopherols radicals ، كما انه يتفاعل مع الهستيدين والتربتوفان. وهناك العديد من المركبات المتحسسة Sensitizers التي تنتج الاوكسجين الأحادي مطمورة في الأغشية الخلوية مما يؤدي الى زيادة قابلية المركب على بدا عملية اكسدة الدهون Lipid peroxidation وأكثر التفاعلات التي يشاركه فيها ¹O₂ هو اضافته الى الأواصر المقترنة وتكون نواتج التفاعلات هي البيروكسيدات.

بيروكسيد الهيدروجين H₂O₂

يتفاعل المركب مع الجزيئات العضوية (Keto acids) وكذلك يهاجم مجاميع الثايول في البروتينات وكذلك الكلوتاثايون المختزل. كما يهاجم الايونات المختزلة من النحاس (⁺Cu)  والحديد (⁺⁺Fe) لانتاج جذور الهيدروكسيل OH.

الاوزون O₃

ويعد من ملوثات الهواء العامة وينتج من عمليات التفاعل الضوئي لأكاسيد النتروجين مثل NO₂ والهيدروكربونات. ويتحلل الى .HOO. , HO في الماء النقي ويتفاعل مع المركبات الحاوية على الأواصر المزدوجة Dienes والأمينات ومجاميع الثايول مكونا البيروكسيدات الحلقية (Ozonides) . ويكون بيروكسيد الهيدروجين والالديهايدات او كلاهما معا عند تفاعله مع الحوامض الدهنية Polyunsaturated fatty acids . ويقوم بأكسدة مجاميع الثايول في البروتينات والمركبات ذات الوزن الجزئي الواطئ.

وهناك بعض مركبات الاوكسجين التي يمكن ان تتفاعل مع ايون الحديديك مؤدية الى توليد مركبات مثل  Perferryl [2Fe+₂O₂] وهو مركب غير قادر على التفاعل مع الجزيئات الحيوية ولكنه يعاني العديد من التفاعلات تؤدي الى انتاج Ferryl radical الذي يكون غنيا بالإلكترونات ويمكن ان يؤدي الى أكسدة الدهون.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .