مركبات الأكسجين التفاعلية

تعتبر مركبات الأكسجين التفاعلية (بالإنجليزية: Reactive oxygen species or ROS)‏ منتجات ثانوية لعملية الاستقلاب الغذائي الطبيعي للأكسجين، وتلعب أدوارًا مهمة في إرسال الإشارات الخلوية وتوازن الخلايا.[1][2] تعتبر مركبات الأكسجين التفاعلية عنصرًا أساسيًا في الأداء الخلوي، وهي موجودة بمستويات منخفضة وثابتة في الخلايا الطبيعية الحية.[3] تشارك مركبات الأكسجين التفاعلية في عمليات الاستقلاب الغذائي عند النباتات، لكنها يمكن أن تسبب ضررًا غير عكوس في الحمض النووي للنباتات، لأنه يؤكسد بعض المكونات الخلوية ويمنعها من أداء وظائفها الطبيعية، وهذا ما يشير إلى أن مركبات الأكسجين التفاعلية قد يكون لها دور مزدوج في الكائنات الحية (عوامل ضارة أو عوامل وقائية) أو إشارات على التوازن بين إنتاج مركبات الأكسجين التفاعلية والتخلص منها في الوقت والمكان المناسبين،[4] إذ يمكن أن تنشأ سمية مركبات الأكسجين عن الإنتاج غير المنضبط أو من الإزالة غير الفعالة لها بواسطة نظام مضادات الأكسدة. يمكن أن تزيد مستويات مركبات الأكسجين التفاعلية بشكل كبير خلال أوقات الإجهاد التي تتعرض لها الخلية مثل: التعرض للأشعة فوق البنفسجية أو التعرض للحرارة، ما يؤدي إلى تلف كبير في الهياكل الخلوية. يُعرف هذا الضرر عند تراكمه باسم الإجهاد التأكسدي.[1] يتأثر إنتاج مركبات الأكسجين التفاعلية بشدة بالاستجابة لعوامل الإجهاد في النباتات، وتشمل العوامل التي تزيد من إنتاج مركبات الأكسجين التفاعلية: الجفاف، ارتفاع تركيز الشوارد، نقص حرارة الخلايا، انخفاض قدرة الخلايا على الدفاع عن مسببات الأمراض، نقص المغذيات، التسمم بالمعادن والأشعة فوق البنفسجية. تتولد مركبات الأكسجين التفاعلية أيضًا من مصادر خارجية مثل الإشعاعات المؤينة،[5] ما ينتج عنه تأثيرات غير عكوسة في نمو الأنسجة عند كل من الحيوانات والنباتات.[6]

مصادر إنتاج مركبات الأكسجين التفاعلية

مصادر داخلية

تنتج مركبات الأكسجين التفاعلية من خلال التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث أثناء عمليات التنفس والتمثيل الضوئي في العضيات الخلوية مثل الميتوكوندريا والبيروكسيسومات.[4][7][8][9] تعمل الميتوكوندريا أثناء عملية التنفس على تحويل طاقة الخلية إلى شكل قابل للاستخدام، هو أدينوزين ثلاثي الفوسفات. تتضمن عملية إنتاج إيه تي بي في الميتوكوندريا، والتي تسمى الفسفرة التأكسدية، نقل البروتونات عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي عن طريق سلسلة نقل الإلكترونات.[10] ومن المصادر الأخرى لإنتاج مركبات الأكسجين التفاعلية في الخلايا الحيوانية هو تفاعلات نقل الإلكترون المحفزة بواسطة أنظمة الميتوكوندريا بي 450 في الأنسجة الدهنية.[11] تتسرب بعض الإلكترونات خلال هذه العملية وتتفاعل مع جزيئات الأكسجين، وللتعامل مع هذا المصدر الطبيعي لمركبات الأكسجين التفاعلية تمتلك الأنسجة تراكيز كبيرة من مضادات الأكسدة مثل فيتامين سي وبيتا كاروتين والأنزيمات المضادة للأكسدة. أما إذا حدث الكثير من الضرر في الميتوكوندريا بحيث لا يمكن إصلاحه، فإن الخلية تخضع لموت خلوي مبرمج.[12][13][14][15][16][17][18]

مصادر خارجية

يمكن تحفيز تكوين مركبات الأكسجين التفاعلية بواسطة مجموعة متنوعة من العوامل الخارجية مثل الملوثات البيئية والمعادن الثقيلة والتبغ والمخدرات والمواد الحيوية الضارة والإشعاع، وفي النباتات يمكن أن تأثر العوامل غير الحية مثل درجة الحرارة المرتفعة والتفاعل مع الكائنات الحية الأخرى على إنتاج مركبات الأكسجين التفاعلية.

يمكن للإشعاعات المؤينة أن تولد موادًا ضارة من خلال تفاعلها مع الماء، وهي عملية تسمى التحلل الإشعاعي. يشكل الماء 55 – 60% من جسم الإنسان، ولذلك فإن احتمال التحلل الإشعاعي مرتفع للغاية في ظل وجود الإشعاعات المؤينة، وفي هذه العملية يفقد الماء إلكترونًا ويصبح شديد القدرة على التفاعل، ثم يتحول إلى جذور الهيدروكسيل وغيره من مركبات الأكسجين التفاعلية. يحدث إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية في النباتات أثناء عمليات الإجهاد التي تتعرض لها الخلايا والتي تؤدي إلى تقليل أو توقف عملية الاستقلاب الغذائي.[19][20][21]

التأثيرات الضارة

اكتُشفت تأثيرات مركبات الأكسجين التفاعلية على استقلاب الخلايا في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. لا تشمل هذه التأثيرات موت الخلايا المبرمج فقط، ولكن بعض التأثيرات الإيجابية مثل زيادة دفاع الخلايا وحماية الجينات وتفعيل الجهاز المناعي. تساهم مركبات الأكسجين التفاعلية في النشاط الخلوي من خلال مجموعة متنوعة من الاستجابات الالتهابية مثل تلك التي تحدث في أمراض القلب والأوعية الدموية، وقد تكون متورطة أيضًا في ضعف السمع الناتج تلف قوقعة الأذن الناجم عن ارتفاع مستويات الصوت، وفي السمية الأذنية لبعض الأدوية مثل سيسبلاتين، وفي الصمم الخلقي عند كل من الحيوانات والبشر.[22][23]

تشمل القائمة التالية أهم التأثيرات الضارة لمركبات الأكسجين التفاعلية على الخلية:[24]

  1. تلف الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي.
  2. أكسدة الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة الموجودة في الدهون.
  3. أكسدة الأحماض الأمينية الموجودة في البروتينات.
  4. تعطيل عملية التأكسد معن طريق أنزيمات معينة.

الشيخوخة

يساهم الضرر التأكسدي الذي تسببه مركبات الأكسجين التفاعلية في التدهور الوظيفي الذي يميز شيخوخة الخلايا. تشير الدراسات التي أجريت في اللافقاريات إلى أن الحيوانات المعدلة وراثيًا التي تفتقر إلى أنزيمات معينة مضادة للأكسدة تكون أعمارها أقصر، لكن التلاعب العكسي لزيادة مستويات الأنزيمات المضادة للأكسدة يؤدي إلى تأثيرات غير متوازنة على معدلات العمر (على الرغم من أن بعض الدراسات التي أجريت على ذبابة الفاكهة تظهر أنه يمكن زيادة العمر من خلال زيادة مضادات الأكسدة)، لكن فرضيات أخرى اقترحت أن حذف الميتوكوندريا يمكن أن يطيل العمر الافتراضي لبعض الكائنات الحية. يؤدي حذف الأنزيمات المضادة للأكسدة في الفئران إلى إطالة العمر بنسب متفاوتة. وجدت دراسة أجريت على الفئران التي تعاني من الشيخوخة المبكرة زيادة في الإجهاد التأكسدي، وانخفاضًا في نشاط الأنزيمات المضادة للأكسدة، وتلفًا أكبر للحمض النووي في القشرة المخية عند الفئران.[25][26][27][28]

العقم عند الذكور

يعتبر تعرض الحيوانات المنوية للإجهاد التأكسدي مسببًا رئيسيًا للعقم عند الذكور،[29] إذ يبدو أن تلف الحمض النووي في الحيوانات المنوية الناجم عن الإجهاد التأكسدي عامل مهم من عوامل العقم عند الذكور.[30][31]

السرطان

تتولد مركبات الأكسجين التفاعلية بشكل مستمر، ويتخلص منها النظام البيولوجي الطبيعي باستمرار أيضًا.[32] تتحكم الخلايا الطبيعية في مستويات مركبات الأكسجين التفاعلية عن طريق الموازنة بين توليد مركبات الأكسجين التفاعلية والتخلص منها عن طريق أنظمة خاصة في الخلية. يمكن أن يؤدي الإفراط في استخدام مركبات الأكسجين التفاعلية في ظل ظروف الإجهاد التأكسدي إلى تلف البروتينات الخلوية والدهون والحمض النووي، ما يؤدي إلى ضرر كبير في الخلية يساهم في عملية التسرطن.

تُظهر الخلايا السرطانية مستويات أكبر من مركبات الأكسجين التفاعلية مقارنة بالخلايا الطبيعية، ويعود ذلك جزئيًا إلى التحفيز الورمي وزيادة النشاط الاستقلابي الغذائي وخلل الميتوكوندريا. تساهم مركبات الأكسجين التفاعلية في نمو الخلايا السرطانية واستمرارها نظرًا لأن هذه المركبات تنشط عملية الالتهاب المزمن التي تعتبر وسيطًا رئيسيًا للتسرطان، ولكن من ناحية أخرى يمكن للمستويات المرتفعة من مركبات الأكسجين التفاعلية أن تثبط نمو الورم من خلال التنشيط المستمر لمثبطات الدورة الخلوية، وتحريض عملية الموت الخلوي المبرمج وشيخوخة الخلايا. تعتمد معظم عوامل العلاج الكيميائي والعلاج الشعاعي للخلايا السرطانية على مركبات الأكسجين التفاعلية من خلال زيادة الإجهاد التأكسدي. [33][34][35][36][37]

مواد كيميائية تعتبر جذورا حرة
الصيغة الكيميائيةالتسميةملحوظات
O2·− أنيون- هيدروكسيد جذر حر , مرسال ثانوي,[38] تسمية قديمة: أنيون بيروكسيد
HO· هيدروكسيل شارد جذر حر، شديد النشاط الكيميائي
HOO· جذر هيدروبيروكسيم جذر حر
ROO· جذر بيروكسيل جذر حر, [39]
RO· جذر ألكولسيل جذر حر، في الدهون
H2O2 بيروكسيد الهيدروجين نشط في تكزين مركبات أكسينية أخرى, مرسال ثانوي[38]
ROOH هيدروبيروكسيد
O3 أوزون
OCl− أنيون حمض الهيدروكلوروز
1O2 ذرة اكسجين منفردة تنتج من إثارة (انقسام) جزيء أكسجين

تلك جذور حرة ضارة لخلايا الجسم، وهي تنشأ أثناء استقلاب المواد الغذائية طبيعيا وتنتشر في الجسن، ويقواومها فيتامين إي وفيتامين سي وغيرهما.

فيتامين سي يكثر في الموالح و الليمون وفي الفلفل الرومي والبروكولي والكيفي والجوافة والفراولة غيرها.

و فيتامين إي يكثر في زيت القمح وزيت عباد الشمس وزيت الذرة وزيت الزيتون وفي زيت الرابس وفي اللوز والبندق.

فيستحسن الطبخ بتلك الزيوت بدلا من السمن والدهون الاصطناعية الأخرى.

المراجع
  1. "Free radicals and antioxidants in human health: current status and future prospects"، The Journal of the Association of Physicians of India، 52: 794–804، أكتوبر 2004، PMID 15909857.
  2. Edreva, Aglika (02 أبريل 2005)، "Generation and scavenging of reactive oxygen species in chloroplasts: a submolecular approach"، Agriculture, Ecosystems & Environment (باللغة الإنجليزية)، 106 (2): 119–133، doi:10.1016/j.agee.2004.10.022، ISSN 0167-8809، اطلع عليه بتاريخ 03 نوفمبر 2020.
  3. "Role of reactive oxygen intermediates and cognate redox signaling in disease resistance"، Plant Physiology، 124 (1): 21–9، سبتمبر 2000، doi:10.1104/pp.124.1.21، PMC 1539275، PMID 10982418.
  4. Edreva, Aglika (02 أبريل 2005)، "Generation and scavenging of reactive oxygen species in chloroplasts: a submolecular approach"، Agriculture, Ecosystems & Environment (باللغة الإنجليزية)، 106 (2): 119–133، doi:10.1016/j.agee.2004.10.022، ISSN 0167-8809.
  5. Sosa Torres ME, Saucedo-Vázquez JP, Kroneck PM (2015)، "Chapter 1, Section 3 The dark side of dioxygen"، في Kroneck PM, Torres ME (المحررون)، Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases، Metal Ions in Life Sciences، Springer، ج. 15، ص. 1–12، doi:10.1007/978-3-319-12415-5_1، PMID 25707464.
  6. "ROS Are Good"، Trends in Plant Science، 22 (1): 11–19، يناير 2017، doi:10.1016/j.tplants.2016.08.002، PMID 27666517.
  7. "Thiol-Based Peroxidases and Ascorbate Peroxidases: Why Plants Rely on Multiple Peroxidase Systems in the Photosynthesizing Chloroplast?"، Molecules and Cells، 39 (1): 20–5، يناير 2016، doi:10.14348/molcells.2016.2324، PMC 4749869، PMID 26810073.
  8. "The nature and mechanism of superoxide production by the electron transport chain: Its relevance to aging"، Journal of the American Aging Association، 23 (4): 227–53، أكتوبر 2000، doi:10.1007/s11357-000-0022-9، PMC 3455268، PMID 23604868.
  9. "Mitochondrial respiratory chain-dependent generation of superoxide anion and its release into the intermembrane space"، The Biochemical Journal، 353 (Pt 2): 411–6، يناير 2001، doi:10.1042/0264-6021:3530411، PMC 1221585، PMID 11139407.
  10. "Targeting mitochondrial reactive oxygen species as novel therapy for inflammatory diseases and cancers"، Journal of Hematology & Oncology، 6 (19): 19، فبراير 2013، doi:10.1186/1756-8722-6-19، PMC 3599349، PMID 23442817.
  11. "Electron leakage from the mitochondrial NADPH-adrenodoxin reductase-adrenodoxin-P450scc (cholesterol side chain cleavage) system"، Archives of Biochemistry and Biophysics، 305 (2): 489–98، سبتمبر 1993، doi:10.1006/abbi.1993.1452، PMID 8396893، مؤرشف من الأصل في 26 أكتوبر 2021.
  12. "Antioxidant protective mechanisms against reactive oxygen species (ROS) generated by mitochondrial P450 systems in steroidogenic cells"، Drug Metabolism Reviews، 38 (1–2): 171–96، 2006، doi:10.1080/03602530600570040، PMID 16684656، S2CID 10766948، مؤرشف من الأصل في 23 أكتوبر 2021.
  13. "Regulation and measurement of oxidative stress in apoptosis"، Journal of Immunological Methods، 265 (1–2): 49–72، يوليو 2002، doi:10.1016/s0022-1759(02)00070-4، PMID 12072178، مؤرشف من الأصل في 21 يوليو 2018.
  14. Alberts, Bruce؛ Johnson, Alexander؛ Lewis, Julian؛ Morgan, David؛ Raff, Martin؛ Roberts, Keith؛ Walter, Peter (2014)، Molecular Biology of the Cell (ط. 6)، New York: Garland Science، ص. 1025، ISBN 978-0-8153-4432-2.
  15. "Functions of ROS in Macrophages and Antimicrobial Immunity"، Antioxidants، 10 (2): 313، فبراير 2021، doi:10.3390/antiox10020313، PMC 7923022، PMID 33669824.
  16. Chen, Xinfeng؛ Song, Mengjia؛ Zhang, Bin؛ Zhang, Yi (28 يوليو 2016)، "Reactive Oxygen Species Regulate T Cell Immune Response in the Tumor Microenvironment"، Oxidative Medicine and Cellular Longevity، 2016: 1–10، doi:10.1155/2016/1580967، PMC 4980531، PMID 27547291.
  17. Zhang, Suping؛ Weng, Jun؛ Pan, Jingxi؛ Tu, Tiecheng؛ Yao, Side؛ Xu, Chunhe (01 يناير 2003)، "Study on the photo-generation of superoxide radicals in Photosystem II with EPR spin trapping techniques"، Photosynthesis Research (باللغة الإنجليزية)، 75 (1): 41–48، doi:10.1023/A:1022439009587، ISSN 1573-5079، PMID 16245092، S2CID 11724647.
  18. "Mechanisms of ROS Regulation of Plant Development and Stress Responses"، Frontiers in Plant Science، 10: 800، 2019، doi:10.3389/fpls.2019.00800، PMC 6603150، PMID 31293607.
  19. "Role of reactive oxygen intermediates and cognate redox signaling in disease resistance"، Plant Physiology، 124 (1): 21–9، سبتمبر 2000، doi:10.1104/pp.124.1.21، PMC 1539275، PMID 10982418.
  20. "Retrograde signaling: Organelles go networking"، Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics، 1857 (8): 1313–1325، أغسطس 2016، doi:10.1016/j.bbabio.2016.03.017، PMID 26997501.
  21. "Mechanism of enhanced superoxide production in the cytochrome b(6)f complex of oxygenic photosynthesis"، Biochemistry، 52 (50): 8975–83، ديسمبر 2013، doi:10.1021/bi4013534، PMC 4037229، PMID 24298890.
  22. "Oxidative innate immune defenses by Nox/Duox family NADPH oxidases"، Trends in Innate Immunity، Contributions to Microbiology، Basel: Karger، ج. 15، 2008، ص. 164–87، doi:10.1159/000136357، ISBN 978-3-8055-8548-4، PMC 2776633، PMID 18511861. — Review
  23. "Lactoperoxidase and hydrogen peroxide metabolism in the airway"، American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine، 166 (12 Pt 2): S57-61، ديسمبر 2002، doi:10.1164/rccm.2206018، PMID 12471090.
  24. Brooker RJ (2011)، Genetics: analysis and principles (ط. 4th)، McGraw-Hill Science، ISBN 978-0-07-352528-0.
  25. "Deletion of the mitochondrial superoxide dismutase sod-2 extends lifespan in Caenorhabditis elegans"، PLOS Genetics، 5 (2): e1000361، فبراير 2009، doi:10.1371/journal.pgen.1000361، PMC 2628729، PMID 19197346.
  26. "Trends in oxidative aging theories"، Free Radical Biology & Medicine، 43 (4): 477–503، أغسطس 2007، doi:10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034، PMID 17640558.
  27. "Increased macromolecular damage due to oxidative stress in the neocortex and hippocampus of WNIN/Ob, a novel rat model of premature aging"، Neuroscience، 269: 256–64، يونيو 2014، doi:10.1016/j.neuroscience.2014.03.040، PMID 24709042، S2CID 9934178.
  28. "Chapter 1: Cancer and aging as consequences of un-repaired DNA damage."، New Research on DNA Damages، New York: Nova Science Publishers, Inc.، 2008، ص. 1–47، ISBN 978-1-60456-581-2، مؤرشف من الأصل في 25 أكتوبر 2014، اطلع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2021., but read only.
  29. "The Simmet lecture: new horizons on an old landscape--oxidative stress, DNA damage and apoptosis in the male germ line"، Reproduction in Domestic Animals = Zuchthygiene، 47 Suppl 4: 7–14، أغسطس 2012، doi:10.1111/j.1439-0531.2012.02049.x، PMID 22827344.
  30. "Sperm DNA damage caused by oxidative stress: modifiable clinical, lifestyle and nutritional factors in male infertility"، Reproductive Biomedicine Online، 28 (6): 684–703، يونيو 2014، doi:10.1016/j.rbmo.2014.02.004، PMID 24745838.
  31. "Comparison of oxidative stress/DNA damage in semen and blood of fertile and infertile men"، PLOS ONE، 8 (7): e68490، 2013، Bibcode:2013PLoSO...868490G، doi:10.1371/journal.pone.0068490، PMC 3709910، PMID 23874641. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط |إظهار المؤلفين=6 غير صالح (مساعدة)
  32. "Chemistry and biology of reactive oxygen species in signaling or stress responses"، Nature Chemical Biology، 7 (8): 504–11، يوليو 2011، doi:10.1038/nchembio.607، PMC 3390228، PMID 21769097.
  33. "Mitogenic signaling mediated by oxidants in Ras-transformed fibroblasts"، Science، 275 (5306): 1649–52، مارس 1997، doi:10.1126/science.275.5306.1649، PMID 9054359، S2CID 19733670. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط |إظهار المؤلفين=6 غير صالح (مساعدة)
  34. "ROS as a tumour suppressor?"، Nature Cell Biology، 8 (11): 1213–5، نوفمبر 2006، doi:10.1038/ncb1106-1213، PMID 17077852، S2CID 21104991.
  35. "Mitogenic signalling and the p16INK4a-Rb pathway cooperate to enforce irreversible cellular senescence"، Nature Cell Biology، 8 (11): 1291–7، نوفمبر 2006، doi:10.1038/ncb1491، PMID 17028578، S2CID 8686894. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط |إظهار المؤلفين=6 غير صالح (مساعدة)
  36. "The emerging role of reactive oxygen species in cancer therapy"، European Journal of Cancer، 40 (13): 1934–40، سبتمبر 2004، doi:10.1016/j.ejca.2004.02.031، PMID 15315800.
  37. "Selective enhancement of cellular oxidative stress by chloroquine: implications for the treatment of glioblastoma multiforme"، Neurosurgical Focus، 21 (6): E10، ديسمبر 2006، doi:10.3171/foc.2006.21.6.1، PMID 17341043.
  38. S. G. Rhee: Redox signaling: hydrogen peroxide as intracellular messenger. In: Exp Mol Med. 31(2), 1999, S. 53–59.
  39. A. Gilbert, J. Baggott: Essentials of molecular Photochemistry. Blackwell Scientific, 1991, ISBN 0-632-02428-3, S. 503.

اقرأ أيضا
  • بوابة موت
  • بوابة علم الأحياء
  • بوابة طب
  • بوابة الكيمياء
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.