Freie Radikale - Feinde des Organismus?

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1 Freie Radikale - Feinde des rganismus? G. Jeschke ET Zürich, Lab. Phys. hem. Arteriosklerose, Krebs und Rheuma - diesen unterschiedlichen Erkrankungen ist eins gemeinsam: ie werden durch freie Radikale (mit)verursacht, äusserst reaktionsfreudige, gefährliche toffwechselprodukte. Was sie anrichten, sieht man jeden Morgen im piegel, denn freie Radikale fördern den Alterungsprozess. onja Luz, Via medici 5/97 T. FIKEL,. J. LBRK, ature 000, 408:

2 Etwas hemie Was sind eigentlich freie Radikale? Paarbildung von Elektronen schafft kovalente Bindungen Bindungsbruch führt zu Radikalen ungepaarte Elektronen "suchen" Bindungspartner

3 Etwas physikalische hemie Kann man freie Radikale sehen? icht direkt, aber ungepaarte Elektronen sind kleine Magnete Magnetisches Feld etwas höhere Energie etwas tiefere Energie Energie h Magnetisches Feld B 0 Elektronenspinresonanz-pektroskopie (ER) Mikrowellenphoton freie Radikale im Magnetfeld absorbieren Mikrowelle- wenn die Frequenz stimmt

4 Etwas Biophysik Ein Beispiel- freie Radikale in der Photosynthese Elektronentransfer in photosynthetischen Reaktionszentren D special pair accessory chlorophyll 95 Gz ER 18 Å 8 Å s A1 BPhe A ubiquinone s Lebenszeit etwa 100 s imulation Experiment aus: A. AVITKY, K. MÖBIU, Photosynth. Res. 009, 10:

5 Etwas Biochemie Wo kommen freie Radikale im menschlichen rganismus vor? Beispiel 1: Ribonukleotid-Reduktase katalysiert Umwandlung von R zu D diese Katalyse ist streng konserviert in allen Lebewesen Tyrosyl-Radikal, RR-Tyr Ribonukleotid R RR-Tyr Base R RR-Tyr Base RR -RR R RR-Tyr Base - R Desoxyribonukleotid RR-Tyr Base R RR-Tyr Base RR -RR R RR-Tyr Base 5

6 Etwas mehr Biochemie Wo kommen freie Radikale im menschlichen rganismus vor? Beispiel : Der eurotransmitter wirkt muskelentspannend, dient der positiven Rückkopplung in der synaptischen Reizübertragung (ypothese) nur 5 s albwertszeit im Gehirn ständige euproduktion bei Bedarf ADP + 1/ ADP + + ADP + 1/ ADP + siehe auch: 6

7 pinfallen Achtung Falle! Wie man kurzlebige Radikale detektiert pinfallen diamagnetische ubstanzen (kein ER-ignal), die mit reaktiven Radikalen zu stabilen Radikalen reagieren Inhibition der -Generation in Mäuseleber durch das hemotherapeutikum Doxorubicin ER-pektren zu verschiedenen Zeiten nach Doxorubicin-Injektion II Fe Kontrolle h Fe 5 h 1 h G. ZU et al. Biotech. Technol. 1999, 1:

8 R Reaktive auerstoff-pezies: R Die Öffentlichkeit entdeckt freie Radikale und Antioxidantien T. FIKEL,. J. LBRK, ature 000, 408: "ier besprechen wir inweise darauf, dass die angemessene und unangemessene Produktion von xidantien, zusammen mit der Fähigkeit von rganismen, auf oxidativen tress zu reagieren, auf komplexe Weise mit der Alterung und der Lebenszeit verbunden ist." 8

9 R Warum gibt es in der lebenden Zelle R? ichts ist perfekt auerstoff ist sehr reaktiv auch enzymatische Reaktionen haben ebenprodukte uperoxid ensteht in Mitochondrien als ebenprodukt der Atmung (1-% des auerstoffs) Verwandlung von Imperfektion in einen Vorteil enzymatischer Abbau durch uperoxid-dismutase (D) - [D] + hochreaktive R - Waffen gegen äussere und innere Feinde Immunsystem produziert - (und ) gezielt Apoptose (programmierter Zelltod) wird durch R reguliert chärfung der Waffen - wird zu Wasserstoffperoxid umgewandelt Fenton-Reaktion: + [Fe ] + + kein enzymatischer Abbau Gegenspieler: Vitamin E, Glutathion 9

10 R Phagozyten- Die oldaten des menschlichen rganismus Militärische Analogie angreifende Armee: pathogene Bakterien verteidigende Armee: Immunsystem oldaten der verteidigenden Armee: Phagozyten wichtigstes Waffensystem: R Phagozyt bei der Inkorporation eines Anthrax-Bakteriums Wie produziert ein Phagozyt R? ADP-xidase reduziert auerstoff zu - uperoxid- Gut oder böse? Mutationen in ADP-xidase (zu wenig ) ständige bakterielle Infektionen - hohe ADP-xidase-Aktivität (zu viel ) Arteriosklerose R gehören zur Balance des rganismus. - xidative Burst Phagozyt inkorporiert Bakterium - Phagozyt produziert,, l - Bakterium wird oxidativ zerstört 10

11 R achweis von R und ihren Produkten ochreaktive freie Radikale sind schwer nachweisbar albwertszeit von in der Zelle: 1 anosekunde extrem geringe Konzentrationen ptimierte pinfallen Glutathionyl-Radikal dort verfügbar, wo R entstehen charakteristische ER-pektren möglichst stabile Abfangprodukte möglichst wenig toxisch ydroxyl-radikal R G. GET et al. Bioorg. Medicin. hem. 011, 19:

12 R R und das Altern chädigung des rganismus durch R Gegenspieler D wird unbrauchbar Arteriosklerose Zellwachstum wird gestoppt D-Reparaturenzyme Antioxidantien (Vitamine, E, Glutathion) Wann gibt es zu viel R? oxidativer tress R-Produktion gewinnt berhand über Antioxidantien bei hohem ahrungsumsatz bei sportlicher Betätigung bei Entzündungen Fast alle chäden werden repariert. Aber die nicht reparierten akkumulieren sich über die Lebensdauer. 1

13 Jungbrunnen? trategien gegen R-bedingtes Altern? "Plausible Geschichten" haben wenig Wert port führt zu oxidativem tress Vermeidung von port verlängert das Leben? zu wenig Antioxidantien führen zu chäden ahrungsergänzungsmittel? Vom Wert klinischer tudien Bestätigung der ypothese höhere Publikationswahrscheinlichkeit kleiner Effekt grosse Publizität Korrelation ist keine Evidenz für eine Ursache-Wirkungs-Beziehung Leben ist Balance und Leben ist komplex jeglicher Fundamentalismus ist schädlich Ausgewogenheit und Vielseitigkeit es gibt keinen "Jungbrunnen" und schon gar keinen ohne ebenwirkungen 1

14 Zusammenfassung Die Rolle freier Radikale im rganismus es geht nicht ohne zu viele sind schädlich - keines ist per se schlecht oder gut alle Abbildungen ohne Zitat: Wikimedia ommons 14