Gyvybė, esant deguoniui, atsirado prieš 2,5 milijardo metų, kai išsivystė organizmai, kurie šviesos energiją pavertė cheminių ryšių energija. Fotosintezės proceso metu, reaguojant H₂O ir CO₂, buvo sintetinama gliukozė ir susidarė šalutinis produktas – deguonis. Prieš 1,5 milijardo metų išsivystė eukariotai, kurie jau turėjo mitochondrijas ir substratų oksidacijai vartojo deguonį. Išsiskyrusi energija naudojama ATP sintezei. Organizmai daugiausia deguonies (apie 90 %) vartoja oksidacinio fosforilinimo metu. Palaipsniui prie deguonies prisijungus keturiems elektronams ir keturiems protonams susidaro vanduo. Deguoniui prisijungus po vieną elektroną susidaro aktyviosios deguonies formoms ROS (angl. reactive oxygen species). ROS sudaro radikalai ir chemiškai aktyvūs deguonies ar azoto junginiai. Aktyviųjų deguonies formų padidėjimas sukelia oksidacinį ląstelės stresą.

Visose biologinės oksidacijos reakcijose elektronas nuo substrato yra perduodamas deguonies molekulei dalyvaujant fermentams, turintiems kintamo valentingumo metalo jonų, pvz., citochromoksidazėje yra Fe³⁺/Fe²⁺ ir Cu²⁺/Cu¹⁺. Tam, kad deguonis redukuotųsi, t. y. susidarytų viena H₂O molekulė, kiekvienas deguonies (O₂) atomas turi prijungti po 2 elektronus arba deguonies molekulė – 4 elektronus: O₂ + 4e^– + 4H⁺ → 2H₂O.

Deguonies molekulės elektronų debesies struktūra yra palanki susidaryti toksiškiems dalinės jos redukcijos produktams, kurie ir yra vadinami aktyviosiomis deguonies formomis (ROS). Kuo yra ypatinga deguonies elektronų debesies struktūra? Deguonies atome yra du nesuporuoti elektronai, turintys vienos krypties sukinius. Toks deguonies atomas audinių ląstelėse turi prijungti priešingų sukinių elektronų porą iš substratų, kurių molekulėse yra [-CH(OH)-] grupė, pvz., malato molekulėje. Tam, kad deguonies molekulės atomas galėtų prijungti tokią elektronų porą ir sudaryti patvarią H₂O molekulę, vieno iš prijungiamų elektronų sukinys turi pakeisti kryptį, t. y. invertuotis. Šis procesas yra daugiaetapis. Jam reikia didelės aktyvacijos energijos, t. y. termodinamiškai nepalankus reiškinys. Todėl pirmiausia prie O₂ prijungiamas vienas elektronas, susidarant tarpiniam dalinės redukcijos produktui superoksido radikalui:

O₂ + e^– → O₂^-• superoksido radikalas

redukcija vyksta aktyviajame fermento centre, todėl superoksido radikalas čia lieka iki antrojo, invertuoto elektrono prijungimo. Tačiau jei tarpinė redukcija įvyksta ne aktyviajame centre (esant O₂ pertekliui), tai superoksido radikalas sukelia grandinines reakcijas, dėl kurių susidaro kitos aktyviosios deguonies formos.

Aktyviosios deguonies formos gali būti ir naudingos, ir žalingos organizmui. Jos dalyvauja pernešant elektronus pernašos grandine (pvz., semichinono radikalas), reguliuojant kraujospūdį, (pvz., azoto oksidas), apsaugo organizmą nuo mikroorganizmų (pvz., superoksidas). Jos gali būti signalo nešikliai (pvz., NO, H₂O₂), vandenilio peroksidas skydliaukėje vartojamas hormono tiroksino sintezei.

Bet kaip ten bebūtų, dažniau laisvieji radikalai yra organizmui žalingi. Jie gali oksiduoti lipidus, baltymus, nukleorūgštis. Aktyviosios deguonies formos labai svarbios tam tikrų ligų patogenezei – aterosklerozei, išemijai, onkologinėms ligoms, uždegiminiams procesams, organizmo senėjimui. ROS sukelia ląstelės žūtį.

Aktyviųjų deguonies formų įvairovė.

Terminas „aktyviosios deguonies formos” yra vartojamas apibūdinti ne tik deguonies radikalus – superoksido (O₂^-•), hidroksi- (OH^•), peroksi- (RO₂^•), hidroperoksi- (HO₂^•) radikalus, bet ir neradikalinius deguonies darinius – vandenilio peroksidą (H₂O₂), singuletinį deguonį (¹O₂), ozoną (O₃), hipochlorito rūgštį (HCIO) ir kitus.

Aktyviesiems azoto junginiams apibūdinti vartojamas terminas – aktyviosios azoto formos (RNS angl. reactive nitrogen species), kuriuo apibūdinami ne tik azoto radikalai – azoto oksidas (NO^•), azoto dioksidas (NO₂^•), bet ir neradikaliniai azoto junginiai – nitrito rūgštis (HNO₂), nitroksianijonas (NO^–), peroksonitritas (ONOO^–) ir kiti (žr. lenteles). Šiuo metu ROS terminas vartojamas tiek deguonies, tiek azoto aktyviosioms formoms apibūdinti.

Aktyviosios deguonies formos.

Laisvieji radikalai	Neradikalai
Superoksidas O2-•	Vandenilio peroksidas H2O2
hidroksiradikalas OH•	Singuletinis deguonis 1O2
Lipidų peroksiradikalai LOO•	Ozonas O3
Hidroperoksiradikalas HO2•	Hipochlorito rūgštis HClO

Aktyviosios azoto formos.

Laisvieji radikalai	Neradikalai
	Nitrito rūgštis HNO2
Azoto oksidas NO•	Nitroksianijonas NO–
Azoto dioksidas NO2•	Peroksonitritas ONOO–
	Nitrozilkatijonas N+O

Superoksidas (superoksido anijonradikalas, superoksido anijonas O₂^-• ). Superoksidas susidaro prijungiant vieną elektroną prie deguonies molekulės. Jis susidaro mitochondrijų kvėpavimo grandinėje nepilnutinės deguonies redukcijos metu, tam tikrų fermentinių reakcijų metu. Fagocituojančiose ląstelėse, veikiant NADPH oksidaze, susidaro superoksidas. Superoksidas nėra stiprus oksidatorius. Jis gali būti antrinė signalinė molekulė. Oksiduoja Fe-S centrus, ir atsipalaiduoja Fe. Lėtai reaguoja su -SH, fiziologinėmis sąlygomis tikriausiai nevyksta. E.coli koncentracija yra labai maža (~10^-11 M).

Hidroksiradikalas (OH^•). Pats stipriausias ir aktyviausias oksidatorius. Jo gyvavimo trukmė apie 10^-9 s, difuzijos spindulys – mažiau kaip 10 nm, todėl veikia tik arti taikinio esančias molekules. Hidroksiradikalas efektyviai oksiduoja baltymus, nukleorūgštis ir lipidus. Jo sukeltos grandininės reakcijos pažeidžia ląstelę. Susidaro iš vandenilio peroksido Fentono ar Haberio ir Veiso reakcijų metu, skylant peroksinitrito rūgščiai, vandens jonizacijos metu.

Singuletinis molekulinis deguonis (¹O₂). Tripletinės būsenos deguonį sužadinus elektromagnetinėmis bangomis (veikiant UV spinduliuotei), keičiasi vieno iš nesuporuotų elektronų sukinys ir O₂ pereina į singuletinę vienlypę būseną. Singuletinės būsenos nesuporuotų elektronų sukiniai būna priešingi. Singuletinis deguonis yra geras oksidatorius, bet yra nestabilus, jo gyvavimo pusperiodis 2-7 μs.

Azoto oksido radikalas (NO^•). Susidaro iš arginino, reaguoja su vandenilio peroksidu ir sudaro peroksonitritą.

Tiilo radikalai (RS^•). Susidaro tiolių oksidacijos metu.

Vandenilio peroksidas (H₂O₂). Jis nėra radikalas, tačiau gali oksiduoti baltymų -SH grupes, metalų jonus, veikiančius kaip kofaktoriai, Fe-S centrus ir atpalaiduoja Fe. Lėtai reaguoja su GSH ir cisteino aminorūgštimi. Reakcijos greitis didėja priklausomai nuo -SH grupės apsupties baltymo molekulėje. Nors H₂O₂ gali oksiduoti daug medžiagų, pagrindinis toksinis jo poveikis susijęs su jo virtimu hidroksiradikalu. Vandenilio peroksidas susidaro veikiant superoksido dismutazei, aminorūgščių oksidazėms, ksantino oksidazei ir kitiems fermentams.

Laisvieji radikalai. Yra atomai arba molekulės, turinčios nesuporuotų elektronų išorinėje orbitalėje. Jie yra nestabilūs, chemiškai labai aktyvūs, turintys trumpą gyvavimo trukmę. Laisvieji radikalai gali sukelti grandinines reakcijas, užpildydami savo nesuporuoto elektrono orbitalę elektronu, atplėštu nuo kitos molekulės, ir taip pastarąją paversdami laisvuoju radikalu.

Elektroninė deguonies struktūra yra tokia, kad ji gali prisijungti po vieną elektroną ir sudaryti deguonies radikalus ar kitas chemiškai aktyviąsias deguonies formas. Išoriniame deguonies atomo (elektroninė konfigūracija: 1s²2s²2p⁴) sluoksnyje yra du nesuporuoti elektronai. Du deguonies atomai susijungę sudaro deguonies molekulę O₂.

Pagrindinės, nesužadintos tripletinės būsenos deguonis (O₂) yra paramagnetinė molekulė. Joje yra du nesuporuoti elektronai, turintys vienodus sukinius. Deguonies molekulė yra stabili ir prie jos gana sunku prijungti elektroną. Katalizuojant atitinkamiems fermentams, palaipsniui deguoniui pernešant po vieną elektroną, susidaro superoksidas, vandenilio peroksidas ir hidroksiradikalas:

Aktyviųjų deguonies formų susidarymas. (1.1)

Vykstant medžiagų apykaitos reakcijoms, žmogaus organizme aktyviosios deguonies formos nuolatos susidaro. Jų susidarymą skatina organizmo vidiniai ir išoriniai veiksniai. Aerobinio metabolizmo metu, oksiduojant ksenobiotikus, uždegiminių procesų, išemijos ir reperfuzijos metu, sumažėjus antioksidantų kiekiui ROS koncentracija didėja. Aktyviųjų deguonies formų susidarymą skatina ir išorės veiksniai, pvz., rūkymas, aplinkos užterštumas, jonizuojančioji spinduliuotė.

Veiksniai, skatinantys aktyviųjų deguonies formų susidarymą:

Vidiniai veiksniai	Išoriniai veiksniai
1. Aktyvus mitochondrijų kvėpavimas	1. Rūkymas
2. Aktyvi fagocitozė	2. Aplinkos užterštumas
3. Aktyvi ksantinoksidazė	3. Didelės energijos spinduliuotė
4. Reakcijos, kuriose dalyvauja geležis ir kiti pereinamieji metalai	4. Ultravioletinė spinduliuotė
5. Arachidono rūgšties virsmų reakcijos	5. ksenobiotikai
6. Aktyvi peroksidacija peroksisomose	6. Ozonas
7. Fiziniai pratimai
8. Uždegimas
9. Išemija/reperfuzija

Aktyviosios deguonies formos susidaro oksidacijos redukcijos reakcijų metų, veikiant oksidazėms, oksigenazėms ir kvėpavimo grandinės kompleksams. Ne visi šie fermentai yra vienodai aktyvūs žmogaus audiniuose. Aktyviausi iš jų yra mitochondrijų kvėpavimo grandinės kompleksai ir citoplazmos ksantinoksidazė.

Aktyviųjų deguonies formų susidarymas kvėpavimo grandinėje. (1.2)

Mitochondrijos yra vienas iš svarbiausių ROS šaltinių. Didžiausias deguonies kiekis yra redukuojamas susidarant vandeniui, tačiau yra keli etapai, kuriais gali susidaryti laisvieji radikalai. Iki 4% vartoto deguonies gali būti paverčiama superoksidu. Pernešant elektronus I komplekse, vienas elektronas iš FMN ir iš Fe-S baltymų gali pereiti deguoniui. Superoksidas taip pat susidaro pernešant elektroną iš semichinono radikalo ir iš FeS, esančių III kvėpavimo grandinės komplekse. Daug superoksido susidaro vykstant atgalinei elektronų pernašai, pereinant elektronui iš sukcinato per I kompleksą į NAD⁺. Mitochondrijose yra aktyvi superoksido dismutazė. Mitochondrijos yra labai svarbios atsakant organizmui į oksidacinį stresą. Susidariusios mitochondrijose ROS yra lemiamas veiksnys, sukeliantis apoptozę.

 Superoksido radikalas pradeda grandinines reakcijas, sukeliančias mitochondrijų membranų fosfolipidų peroksidaciją. Fosfolipidų peroksidai taip pat yra aktyvūs junginiai, pradedantys naują peroksidacijos reakcijų grandinę. Taigi lipidų peroksidacija gali plisti į kitas ląstelės membranas ir sutrikdyti jų funkciją.

Radikalų susidarymas fagocitozės metu. (1.3)

 Fagocitinių ląstelių – neutrofilų, makrofagų, monocitų – membranose yra fermentas NADPH oksidazė. Patekę į organizmą mikroorganizmai aktyvina NADPH oksidazę, kuri sintetina superoksidą. Šio proceso metu padidėja deguonies suvartojimas. Susidaręs superoksidas naikina mikroorganizmus ir taip apsaugo ląsteles nuo infekcijos.

Kovodamos su mikroorganizmais ir kitais antigenais fagocituojančios organizmo ląstelės gamina didelius kiekius aktyviųjų deguonies formų – O₂^-•, OH^•, H₂O₂, HCIO, NO ir kt. Šis reiškinys vadinamas „oksidaciniu protrūkiu”, nes trunka tik 30-60 minučių ir aktyviai naudoja O₂. Pagamintos aktyviosios deguonies formos turi gynybinę reikšmę, nes pažeidžia mikroorganizmą, kad jį pajėgia suskaidyti fagocituojančios ląstelės lizosomos.

Tokio oksidacinio protrūkio“ metu, kaip jai minėta fagocituojančių ląstelių (makrofaguose, neutrofiluose ir eozinofiluose) plazminės membranos išorėje yra fermento NADPH oksidazės, kuriai veikiant susidaro aktyvus superoksido radikalas O₂^– . Fagocitozės metu susidaro plazminės membranos invaginacijos, todėl superoksido radikalas išsiskiria į vakuolių ertmę, kur jis pradeda grandinines reakcijas, sudarančias kitus aktyviuosius deguonies junginius (H₂O₂ ir OH^•).

NADPH + O₂ →^{NADPH oksidazė} NADP⁺ + H⁺ + O₂^-•

Superoksidas savaime arba katalizuojant superoksido dismutazei virsta vandenilio peroksidu, kuris, veikiant geležies jonams, virsta OH^•, o veikiant mieloperoksidazei – hipochlorito rūgštimi HCIO. Abu šie dariniai pažeidžia bakterijos sienelę ir palengvina jos suardymą.

 Mieloperoksidazė – nustatoma specializuotose neutrofilų lizosomose. Jis yra neutrofilų fermentas, kuris taip pat išskiriamas į vakuoles. Mieloperoksidazė naudoja H₂O₂ chlorido oksidacijai. Veikiant mieloperoksidazei, susidaro aktyvi hipochlorito rūgštis (HOCl), kuri kartu su kitais aktyviaisiais deguonies junginiais suardo bakterijų membraną.

H₂O₂ + Cl^– →^{Mieloperoksidazė}  OCl^– + H₂O

Kitų aktyviųjų deguonies formų susidarymas. (1.4)

ksantino oksidazė – citozolyje esantis fermentas, kuris katalizuoja galines purino bazių skilimo reakcijas. Oksiduojant ksantiną ir hipoksantiną, susidaro vandenilio peroksidas

Singletinės būsenos deguonis susidaro, kai deguonies molekulė sugeria energijos kvantą, pvz., esant stipriai jonizuojančiai spinduliuotei. Ši deguonies forma tiesiogiai sukelia grandinines lipidų peroksidacijos reakcijas.

Azoto oksido sintazė. Azoto oksidas (NO) yra aktyvusis radikalas, sintetinamas iš arginino veikiant azoto oksido sintazei.

Nefermentinės ROS susidarymo reakcijos. Viena iš svarbiausių hidroksiradikalo (OH^•) susidarymo reakcijų yra pereinamųjų metalų jonų Fe²⁺ ir Cu⁺ katalizuojamos reakcijos. Šie jonai įeina į hemoglobino, mioglobino, feredoksino sudėtį ir gali sužadinti laisvųjų radikalų susidarymą. Radikalinės aktyviosios deguonies formos susidaro ir nefermentinės Fentono reakcijos metu, kai deguonį arba vandenilio peroksidą oksiduoja pereinamųjų metalų jonai.

Veikiant jonizuojančiajai spinduliuotei, vanduo skyla į du aktyvius radikalus – OH^• ir H^•. Aktyviosios deguonies formos taip pat susidaro vykstant riebalų rūgščių β oksidacijai peroksisomose, endoplazminiame tinkle citochromui P450 oksiduojant ksenobiotikus. Citochromo P450 reduktazė gali pagaminti nedidelius kiekius O₂^-•, jei dėl tam tikrų priežasčių šie radikalai išeina iš fermento aktyviojo centro.

Aktyviųjų deguonies formų poveikis ląstelės struktūroms.

Sveiko žmogaus organizme aktyviosios deguonies formos yra greitai sunaikinamos. Jei dėl kažkokių priežasčių aktyviosios deguonies formos nesunaikinamos, tai jos pažeidžia beveik visas svarbiausias ląstelių struktūras – membranas, branduolį, makromolekules (baltymus, nukleorūgštis, angliavandenius, lipidus).

Membranų pažeidimas. Membranų vientisumą palaiko fosfolipidai. Fosfolipido molekulėje prie antrojo C atomo yra prisijungusi nesočioji riebalų rūgštis, kuri gali lengvai oksiduotis veikiant aktyviosios deguonies formoms. Tarpinis membranų fosfolipidų oksidacijos produktas yra fosfolipidų radikalai, kurie sukelia grandininę lipidų oksidaciją.

Dėl lipidų peroksidacijos membrana tampa nepatvari, todėl lengvai pažeidžiama. Be to, peroksidacijos metu susidarę lipidų laisvieji radikalai sukelia grandinines reakcijas ir kitose ląstelės vietose, pvz., citoplazmoje ar branduolyje. Laisvieji radikalai taip pat pažeidžia baltymus ir DNR. Veikiant laisviesiems radikalams, oksiduojasi baltymų merkaptogrupės (-SH) grupės, prolino, histidino, arginino ir metionino liekanos bei DNR esančios purino, pirimidino bazės ir deoksiribozė. DNR tampa nepatvari ir sutrinka genetinės informacijos perdavimas, o baltymai negali atlikti specifinių funkcijų (pernašos, struktūrinės, katalizinės ir kt.).

Lipidų peroksidacija. Ląstelių membranų fosfolipidai, kraujo plazmos lipoproteinai yra ROS taikiniai. ROS oksiduoja nesočiųjų riebalų rūgščių grandinės dvigubuosius ryšius. Veikiant hidroksiradikalui iš polinesočiųjų riebalų rūgščių yra atimamas vandenilis ir prasideda grandininė reakcija. Susidarę lipidų radikalai (L^•) toliau reaguoja su O₂, susidaro lipidų peroksiradikalai (LOO^•) ir lipidų hidroperoksidai (LOOH). Membranų lipidų peroksidacija didina plazminės ir organelių membranų laidumą. Todėl jonai, makromolekulės gali išeiti ar įeiti į ląstelę ar organeles.

Lipidų peroksidacija vyksta trimis etapais. Efektyviausiai lipidus oksiduoja hidroksiradikalas.

1. Pradėties etape hidroksiradikalas atakuoja nesočiąsias riebalų rūgštis ir atima vandenilį iš metilengrupės (-CH₂-), esančios prie dvigubojo ryšio, ir susidaro lipidų radikalas. Pašalinus vandenilį, lipidų radikalas yra stabilizuojamas, vidumolekulinių persitvarkymų metu susidaro konjuguotas dienas.

2. Skilimo etape nestabili lipidų radikalo molekulė reaguoja su O₂ ir susidaro lipidų peroksiradikalas LOO^•. LOO^• gali paimti vandenilį nuo gretimos riebalų rūgšties molekulės, susidaro lipidų peroksidas (LOOH) ir naujas lipidų radikalas (L^•). Šią reakciją katalizuoja geležies arba vario jonai. Viena lipido radikalo molekulė sukelia daugelio lipidų molekulių peroksidaciją, todėl vyksta grandininė reakcija. Peroksiradikalas gali atakuoti gretimai esančias baltymų molekules ir jas oksiduoti. Peroksiradikalas gali sudaryti nepatvarius hidroperoksidus arba endoperoksidus. Lipidų peroksidas gali skilti ir susidaro aktyvieji aldehidai. Šios medžiagos reaguoja su DNR ir sukelia mutacijas. Nesočiųjų riebalų rūgščių oksidacija ir anglies atomų grandinės nutrūkimas suardo membraną, padidina jos laidumą.

3. Baigties etape lipidų peroksidacijos grandininė reakcija yra nutraukiama, kai laisvieji radikalai tarpusavyje susijungia ir susidaro neradikalinis junginys. Lipidų peroksidaciją galima sumažinti naudojant radikalų gaudykles, pvz., a-tokoferoli, KoQ ir kitas medžiagas. Lipidų peroksidacijos požymis yra membranose susikaupusio malono dialdehido kiekis.

Baltymų oksidacija. cisteinas, histidinas, metioninas, triptofanas, tirozinas yra pažeidžiamiausios aminorūgštys, kurias atakuoja radikalai. Pažeidus baltymus, jie gali fragmentuotis, sulipti, gali susidaryti kovalentiniai aminorūgščių susiuvimai. Baltymai, pažeisti ROS, yra geri viduląstelinių peptidazių veikimo taikiniai.

Nukleorūgščių pažaidos. Branduolio ir mitochondrijų DNR pažaidos sukelia mutacijas. Veikiant laisviesiems radikalams, ypač hidroksiradikalui, DNR yra modifikuojama įvairiais būdais. Tai gali būti polinukleotidinės grandinės trūkiai, bazių ir angliavandenių modifikacija, pentozės žiedo skaidymas. Susidaro baltymo ir DNR skersiniai kovalentiniai ryšiai. Hidroksiradikalas gali prisijungti prie heterociklinės bazės dvigubųjų ryšių, gali paimti vandenilį iš timino metilgrupės arba deoksiribozės anglies atomų. Viena iš pažeidžiamiausių bazių yra guaninas. Iš deoksiguanozino susidaro 8-hidroksideoksiguanozinas ir 8-oksodeoksiguanozinas. Nukleorūgščių pažaidos turi labai didelę įtaką kancerogenezei. Aktyviausio hidroksiradikalo poveikis ląstelės sandams dažnai baigiasi tos ląstelės žūtimi.

Aktyviųjų deguonies formų kenksmingumo pašalinimas arba antioksidacinė ląstelės apsauga.

 Žmogaus ir kitų žinduolių audinių ląstelėse yra efektyvi apsauga nuo aktyviųjų deguonies formų. Veikiant apsaugos sistemoms ląstelės apsaugomos nuo laisvųjų radikalų poveikio. Tai labai svarbu senėjimo procesui, sergant tam tikromis ligomis pvz., išemija. Yra kelios apsaugos sistemos: fermentinė (fermentai ardantys aktyviąsias deguonies formas – antioksidaciniai fermentai); specialios molekulės gaudyklės, kurios sugaudo laisvuosius radikalus; baltymai ir kitos molekulės, surišančios pereinamųjų metalų jonus.

Superoksido dismutazė (SOD). Superoksido dismutazė dažnai vadinama pirmąja antioksidacine apsauga. Fermentas katalizuoja dviejų superoksido anijonų susijungimą (dismutaciją) į deguonies molekulę. Audiniuose yra skirtingi SOD izofermentai. Citozolyje esanti superoksido dismutazė savo aktyviajame centre turi Cu/Zn. Mitochondrijų ir daugumos bakterijų SOD aktyviajame centre yra Mn (Mn-SOD). Kai kurių bakterijų aktyviajame centre yra Fe ar Mn (Fe-SOD, Mn-SOD). Superoksido dismutazės aktyvumą didina superoksido radikalai ir tam tikri cheminiai junginiai, nes tiek pirmieji, tiek ir antrieji skatina šio fermento sintezę ir didina jo kiekį.

katalazė. Vandenilio peroksidas (H₂O₂)suskaidomas katalizuojant katalazei, hemą turinčiam fermentui (t. y. hemoproteinas). Daug šio fermento yra peroksisomose, jo taip pat yra mitochondrijose ir citozolyje. Fagocituojančiose ląstelėse taip pat daug katalazės, ji saugo pačią ląstelę nuo žalingo jos gaminamų peroksidų poveikio.

glutationo peroksidazė. Katalizuoja vandenilio ir lipidų peroksidų redukciją. Šis, seleno turintis, fermentas oksiduoja glutationo (GSH) -SH grupes, susidaro oksiduotas glutationas (GSSG). GSH regeneruojamas katalizuojant glutationo reduktazei, kuri redukuoja GSSG panaudodama kaip reduktorių NADPH, susidariusį pentozių fosfato kelio metu. Kadangi pentozių fosfatų kelias šiai reakcijai tiekia NADPH, todėl sumažėjus jo aktyvumui, sutrinka antioksidacinė ląstelės apsaugos sistema. Glutationo peroksidazės cisteino sieros atomas merkaptogrupėje yra pakeistas selenas Se. Stingant seleno, silpnėja antioksidacinės organizmo sistemos, daugėja aktyviųjų deguonies formų. Šio fermento aktyvumas labai priklauso nuo seleno kiekio maiste. Dauguma multivitaminų preparatų turi seleno priedų, nes mūsų maiste ne visada pakanka šio mikroelemento. Atrasti nauji seleno turintys baltymai, kuriems būdingos antioksidacinės savybės: seleno baltymas P, seleno baltymas W.

 Visi antioksidaciniai fermentai yra vienodai svarbūs ir kartu saugo ląstelę nuo oksidacinio streso. Antioksidaciniai fermentai yra aktyviausi kepenyse, antinksčiuose ir inkstuose, nes šių organų ląstelėse yra daug mitochondrijų, peroksisomų ir citochromo P450 fermentų, kurie gamina didelius kiekius aktyviųjų deguonies junginių.

Ubichinonas KoQ. Yra stiprus antioksidantas, saugo organizmą nuo laisvųjų radikalų poveikio, palaiko antioksidacines vitamino E savybes. Daugiausia nustatytas mitochondrijose. Mitochondrijų membranose yra dvi KoQ sankaupos – viena dalyvauja pernešant elektronus, kita – nedalyvauja oksidacijos-redukcijos reakcijose. Manoma, kad nesioksiduojanti KoQ dalis neutralizuoja laisvuosius radikalus.

Tokoferoliai (vitaminas E ir jo dariniai). Membranose tirpus antioksidantas neutralizuoja singuletinį deguonį, peroksiradikalus ROO^•, stabdo grandinines lipidų peroksidacijos reakcijas. Vitaminas C sustiprina vitamino E antioksidacines savybes, nes paverčia silpnų antioksidacinių savybių tokoferilo radikalą aktyviuoju tokoferoliu.

karotenoidai. Membraniniai antioksidantai, vienas iš jų yra vitamino A darinys – β karotenas. Jie veikia kaip radikalų gaudyklės, t. y. junginiai, jungiantys aktyviąsias deguonies formas. Karotenoidai yra sudėtinės maisto dalys. Virškinimo metu jie patenka į kraują ir kaupiami lipoproteinų kompleksuose. Karotenoidai sustabdo grandinines lipidų peroksidacijos reakcijas, nes prijungia lipidų peroksidus ir jų nesuporuotus elektronus. Labai veiksmingas antioksidantas yra iš pomidorų išskirtas karotenoidas likopenas.

Glutationas ir kiti merkaptogrupę turintys junginiai. redukuotas glutationas turi merkaptogrupę. Jis yra glutationo peroksidazės substratas ir dalyvauja skaidant vandenilio peroksidą. GSH taip pat gali tiesiogiai susijungti ir neutralizuoti ROS – hipochloritą, peroksonitritą ir kitus junginius.

L-askorbo rūgštis (vitaminas C). Vandenyje tirpus antioksidantas. Į jos sudėtį įeina dvi enolinės grupės, gali būti vandenilio donoras ar akceptorius. Vitaminas C prijungia laisvuosius radikalus vandeniniuose organizmo skysčiuose, pvz., ląstelių citozolyje. Ši rūgštis pašalina singuletinio deguonies, hipochlorito, hidroperoksidų, superoksido bei hidroksiradikalo kenksmingumą, nes prijungia nesuporuotą elektroną, redukuoja α tokoferolio radikalą. Terpėje esant geležies ar vario jonų, askorbo rūgštis būna stiprus prooksidantas, tai yra veikia kaip oksidatorius. Vitaminas C būtinas ir tam, kad vitaminas E liktų aktyvus. Yra žinoma, kad vitaminas C yra profilaktikos priemonė nuo peršalimo. Tai priklauso nuo jo antioksidacinio poveikio, kuris sustabdo kvėpavimo takų gleivinių pažeidimą, sukeltą aktyviųjų deguonies formų.

Polifenoliniai antioksidantai. Tai yra didelė grupė cheminių junginių (daugiau kaip 4000 rūšių), turinčių polifenolinę struktūrą. Jie nustatyti ankštiniuose augaluose, vaisiuose (obuoliuose, gervuogėse, vyšniose), daržovėse (brokoliuose, kopūstuose, salieruose). Raudonasis vynas, šokoladas, žalioji arbata turi daug polifenolinių antioksidantų. Šiuo metu intensyviai tiriamas resveratrolis, esantis raudonajame vyne. Polifenoliniai antioksidantai suriša laisvuosius radikalus ir mažina žalingą aktyviųjų deguonies formų poveikį.

Šlapimo rūgštis. Tai yra vandenyje tirpus antioksidantas. Ji gali veikti kaip tiesioginis antioksidantas arba sudaro chelatinius junginius su pereinamųjų metalų Fe ir Cu jonais, kartu stabdo Fentono ar Haberio ir Veiso reakcijas.

Pereinamųjų metalų jonus prijungiantys baltymai. Metalų jonų turintys baltymai (feritinas, transferinas, laktoferinas, ceruloplazminas) sukelia antioksidacinį poveikį, nes suriša metalų jonus ir todėl nevyksta Fentono reakcija. Audiniuose trikrūvės geležies jonai susijungia su feritinu, geležies jonus perneša transferinas ir laktoferinas. Ceruloplazminas sujungia dvikrūvio vario (Cu²⁺) jonus.

Aktyviųjų deguonies formų reikšmė ligų patogenezei.

Jei antioksidacinės sistemos nepajėgia kovoti su aktyviomis deguonies formomis, laisvųjų radikalų sukeltos grandininės reakcijos sutrikdo organizmo veiklą. Ši būsena vadinama ,,oksidaciniu stresu”. Jis prasideda dėl daugybės priežasčių, kurias galima apibendrinti taip:

– aktyvi fagocitozė uždegimo židinyje;

– kvėpavimo grandinės inhibavimas (pvz., audinio išemijos metu);

– pereinamųjų metalų, pvz., Fe²⁺, koncentracijos padidėjimas (pvz., pjautuvinės anemijos, reumatoidinio artrito atveju);

– antioksidacinių vitaminų stoka.

Manoma, kad oksidacinis stresas skatina daugelį patologinių procesų ir ligų, tarp jų kancerogenezę, aterosklerozę, kataraktą, reumatoidinį artritą ir kt.