التأثير الحيوي للاجهاد التاكسدي في الخلية The effect of oxidative stress in the cell

التأثير الحيوي  للاجهاد التاكسدي في الخلية The effect of oxidative stress in the  cell  

تمتاز الجذور الحرة بكونها جزيئات تمتلك واحداً أو أكثر من الإلكترونات المفردة في مداراتها الخارجية، وتكون الجذور الحرة ذات فعّالية عالية أكثر من غيرها بسبب وجود الكترون مفرد في غلافها الخارجي ، اذ تتمكن من التفاعل بسرعة مع أية جزيئة ، أو مع أي جذر حر آخر ⁽¹⁾ ، إنّ هذه الجذور الحرة ومنها أنواع الأوكسجين الفعالة تنتج بصورة طبيعية في داخل الجسم من التفاعلات الحيوية داخل الأنسجة الحية كنواتج لعمليات التمثيل الغذائي أو الايض Metabolism بصورة مستمرة في الجسم ⁽²⁾ ، وتعد الجزيئات الحيوية الهدف الرئيسي المتأثر بالتحطم والضرر الناتج عن الأكسدة ، ولعل أهم هذه الأهداف هي جزيئات الدهون والبروتينات وجزيئات الحامض النووي الرايبوزي منقوص الأوكسجين DNA ³⁾⁾ ، إذ إنَّ الإجهاد التأكسدي يؤدي  الى تدمير هذه الجزيئات الحيوية ⁽⁴⁾ ، وقد يحدث تحطيم لجزيئة الحامض النووي في الخلايا اللمفية ⁽⁵⁾ وإنَّ تأثير الأكسدة على البروتينات يكمن من التأثير على الآصرة المزدوجة  إذ تعمل على أكسدتها وكذلك تعمل على أكسدة مجموعة الثايول (SH -) ، ثم تغير من تركيب البروتينات وحدوث تحويرات عليها وبعد ذلك سوف تؤثر على عملها ، وتثبط فعالية الإنزيمات وإن  الشكل (1-5) يوضح التغيرات في المكونات الحياتية التي يسببها الاجهاد التأكسدي  ⁽⁶⁾ .

الشكل (1-5) التغير في تركيب المكونات الكيميائية الحياتية

وإنَّ الضرر التأكسدي للجزيئات البايلوجية  كالبروتينات والنيوكليدات Nucleotides والبروتينات الدهنية Lipiprotein ممكن أن تترافق مع كثير من الامراض كالالتهاب Inflammation ، والطفرات Mutations ، والسرطان Cancer، والخرف Dementia ، والشيخوخة الفسيولوجية Physiological aging ⁽⁷⁾ ، ومن أهم الأعضاء المتضررة بسبب الاجهاد التأكسدي هي الكلية ، وقد تم توثيق علاقة وثيقة بين زيادة مستويات علامات الأكسدة  والامراض التي تصيب الكلية ، ومن أهمها مرض الفشل الكلوي ⁽⁸⁾ ، إذ وجد زيادة في مستوى الاجهاد التأكسدي وبمستويات عالية  في المرضى الذين يعانون من الفشل الكلوي ⁽⁹⁾ ، كما أنَه يلعب دورا حاسما في الفيزيولوجيا  المرضية لإمراض الكلى ،اذ كان سبب للكثير من التعقيدات في هذا المجال⁽¹⁰⁾ ، كما أنَّ التسمم بالمواد المولدة للإجهاد التأكسدي يؤدي الى احداث تغيرات نسيجية ومرضية في الانسجة الكلوية مؤدياً إلى نخر نبيبي Tubular Necrosis ، وكما هو معروف ان النخر النبيبي هو أحد أسباب الفشل الكلوي الحاد  بتثبيط وظيفة الكلية ، ويكون تأثيرها سلبا أيضا على الخلايا الظهارية للنبيبات الكلوية والذي يتسبب بموت الكثير من الخلايا ⁽⁽¹¹ .

ومما سبق يتضح ان الاجهاد التأكسدي يلعب دورا رئيساً في تفاقم امراض الكلى لذلك اجتذب دور الاجهاد التأكسدي في الامراض الكلوية اهتمام الباحثين ومحاولتهم لوضع استراتيجيات وقائية للحد من خطره ⁹⁾⁾.

فضلاً عن تأثير الاجهاد التأكسدي في الامراض الكلوية، فانَّ له دورا هاما في كثير من الامراض الأخرى ومن أهمها السرطان ،و داء السكر Diabetes Mellitus ، ومرض باركنسون disease Parkinson's' disease ،والتهاب الكبد Hepatitis ،وأمراض شبكية العين Retinopathy ، وأمراض القلب الوعائية Cardiovascular disease ، ومرض فقدان الذاكرة الزهايمر Alzheimer's disease ⁽⁽¹² ،وكذلك وُجد إنَّ حالة الإجهاد التأكسدي تؤثر في العديد من الأمراض النفسية Psychosis ، وتلون الجلد الطبيعي Skin Pigmentary بصبغة الميلانين  Melanin، وتساهم الجذور الحرة بصورة  كبيرة في تلف الخلايا الكبدية وبصورة أكبر مما يتسبب به الكحول ⁽¹³⁾ ، ومن أبرز أنواع المواد المسببة للإجهاد التأكسدي  التي تتفاعل بشدة هو المالون ثنائي الالديهايد  ولذلك يمكن من قياس مستواه في مصل الدم معرفة مدى الإجهاد التأكسدي في خلايا الكائن الحي ، كما أنَّ جذر البيروكسي نتريت لا يقل اهمية عن المالون ثنائي الالديهايد ، إذ يعمل على تلف مجموعة واسعة من الجزيئات في الخلايا ⁽¹³⁾ .

المالون ثنائي الديهايدMalondialdehyde- MDA

  يعرف المالون ثنائي الألديهايد بأنَّه أحد النواتج النهائية لأكسدة الأحماض الدهنية غير المشبعة (بيروكسدة الدهن Lipid peroxidation ) يحتوي على ثلاثة ذرات كاربون مع مجموعتي الديهايد وكما موضح في الشكل (1-6) ⁽¹⁴⁾.

شكل (  ( 1-6التركيب الكيميائي للمالون ثنائي الالديهايد⁽¹⁵⁾

وإنَّ عملية التفاعل بين الحوامض الدهنية والجذور الحرة تسمى بعملية التزنخ أو بيروكسدة الدهون⁽¹⁶⁾ ، وتتعرض الدهون الى الكرب التأكسدي إذ تعد الدهون من أكثر الجزيئات الحيوية المعرضة للإجهاد التأكسدي ، ويعد الـ MDA الناتج الرئيس لأكسدة الدهون ، وتعد جزيئة سامة ، ويجب أن يؤخذ بنظر الاعتبار على أنَّها ليست علامة على بيروكسدة الدهن فقط  ، بل يمكنها أن تتفاعل مع البروتينات و DNAمؤدية الى الاجهاد التأكسدي⁽¹⁷⁾, ويعد  تركيز MDA مؤشراً جيداً لحدوث عملية  بيروكسدة الدهن ودليلاً حيوياً على بعض الأمراض ،لاسيما تصلب الشرايين Arteriosclerosis ⁽¹⁸⁾ ، ولوحظ وجود علاقة عكسية بين تركيزMDA   في الدم و فعالية إنزيم الكلوتاثايون بيروكسيديز ((GPX Glutathione peroxidase  ⁽¹⁹⁾ ، وبما أنَّ تركيزه يزداد عند حدوث الكرب التأكسدي أو الإصابة ببعض الامراض لذلك يعد الأكثر أهمية لمراقبة الأكسدة الفوقية للدهون والضرر التأكسدي المستحدث بأصناف الاوكسجين الفعالة ⁽²⁰⁾ .

ويعد تركيز المالون ثنائي الالديهايد  مؤشراً للأكسدة وكذلك الإصابة ببعض الامراض⁽⁹³⁾ ، إذ يرتفع مستوى الـ MDA في امصال دم مرضى الفشل الكلوي نتيجة للديلزة الدموية التي تحفز انتاج أصناف الجذور الحرة إذ أنَّ غشاء الديلزة يكون مشبعا بنواتج بكتيرية متنوعة يمكنها العبور من سائل الديلزة الى مكونات الدم⁽²¹⁾.

جذر البيروكسي نتريت Peroxy nitrite Radical

يعدُّ البيروكسي نتريت ONOO·  من المركبات النيتروجينية الفعالة المشتقة من جذر أوكسيد النيتريك (NO˙) عند تفاعله مع جذر السوبر اوكسيد السالب  (O˙₂) ^-  ، و يتكون عند وجود تراكيز عالية من جذر(O˙₂)  و(NO˙ ) ويحدث التفاعل بصورة سريعة جداً ، ويعد من الجذور الذائبة في الدهون ويحدث التفاعل بصورة سريعة جدا ، ولا يتفكك ولكن يتم بنسب محدودة ⁽²²⁾  .

 ويحدث هذا التفاعل تحت ظروف فسيولوجية بوساطة سلسلة تفاعلات غير إنزيمية مكونة البيروكسي نتريت ⁽²³⁾ ،  ويعتمد جذر البيروكسي نتريت على الأس الهيدروجيني للمحيط الخلوي⁽⁽²⁴ وإنَّ من أهم مضار جذر البروكسي نتريت عمله على تقليل مضادات الأكسدة إذ يعمل على اكسدة حامض الاسكوربيك Ascorbic acid ، وحامض اليوريك ومجاميع الثايول SH- في الدم  ، فضلا عن أكسدته للمكونات الحيوية مثل شريط الـ DNA والدهون المفسفرة المكونة لأغشية الخلايا الطلائية وضررها ، وبالتالي يؤدي الى زيادة النفاذية للخلايا مكونة  جذر البيروكسي LOO^. ، وجذر الكوكسي LO^.، وحدوث طفرات وانقسام لشريط الـ DNA⁽²⁵⁾ ، وأيضا له ألفة عالية للحامض الاميني التايروسينTyrosine  في البروتين، وإنَّ تكون المركب الوسطي  3- نايتروتايروسين خير دليل على حدوث الضرر في البروتين ⁽²³⁾ .

ويعد مركب الكلوتاثيون GSH   Glutathione- مثبطاً قوياً لهذا المركب ، إذ يحدث التفاعل بصورة سريعة ، ويمنع من نيترة التايروسين ⁽²⁶⁾ ، وان الإجهاد التاكسدي بـ ONOO^.  يعد سببا للكثير من الإمراض التي تصيب الإنسان ، منها الإمراض العصبية ، أمراض القلب الوعائية ، الجلطات الدماغية ، فضلاً عن قابليته على تحطيم خلايا الغدة الدرقية⁽²⁷⁾ .

المصادر

1-  Oka,M. J., Simic, D. V. and Andsimic, T. P. Free radicals in cardiovascular disease. Med. Biol. 1996: 6. PP:11-22.

2- Mandade, R..; Sreenivas.A.; Sakarkar ,M .and Choudhury, A. Radical scavenging and antioxidant activity of Hibiscus rosasinensis  extract. AFr. J.  Phar.  Pharmacol. 2011 : 5(17): 2027-2034.

3-Pereira, P.; Fachinetto,R.; Prestes,S. etal . Antioxidant Effects of Different Extracts from Melissa officinalis, Matricariarecutita and Cymbopogoncitratus. Neurochem Res.2009 ;  34:973–983.

4-  Rodrigo, R. .Oxidative stress and Antioxidants .Nova Biomedical Books. New York. 2009:358.ROM. J. BIOL. – PLANT BIOL. Bucharest, 2010; 55 (2): 65–70.

5-Sekhon,L.;Gupta, S.; Kim. Y.and Agarwa, A. .Female Infertility and Antioxidants Current Women’s .Health Reviews 2010; 126(2).p:2.

6- Ogawa ; Kobayashi ,T.; Nishioka , A.; Karige, S .; Hamasato, S .;  Yoshila, S. "Radiation-induced oxidative DNA damage, 8-oxoguanine in human peripheral T cells " . Inter. J. Mol. Med. 2004;11:27-32.

7- Michael, L. " The Peroxy Radical" Department of chemistry, University of Iowa, Iowa city, 2001 IA 52242.

8-  Sies H., 2015 Oxidative stress: a concept in redox biology and medicine. Redox Biol    4C,180-183.

9-     Gosmanova EO, Le NA. Cardiovascular complications in CKD patients: role ofoxidative stress. Cardiol Res Pract 2011;2011:156326. 

10-Kuchta A, Pacanis A, Kortas-Stempak B, Cwiklinska A, Zietkiewicz M, Renke M,et al. Estimation of oxidative stress markers in chronic kidney disease. KidneyBlood Press Res 2011;34:12–9.

11- Small DM, Coombes JS, Bennett N, Johnson DW, Gobe GC. Oxidativestress, anti-oxidant therapies and chronic kidney disease. Nephrology2012;17:311–21.

12-Ozbek, E., 2012. Induction of oxidative stress in kidney. Int. J. Nephrol. 2012, 732- 465897-7.

13- Vaziri, N. .Pathogenesis of lead. Induced  hypertension :role of oxidative stress. J. Hypertension.2002; 20:515-520.

14- Rajamani Karthikeyan ; Manivasagam, T. ; Anantharaman, P. ; Balasubramanian, T. and Somasundaram, S.T. .Chemopreventive effect of Padina boergesenii extracts on ferric nitrilotriacetate (Fe-NTA)-induced oxidative damage in Wistar rats. J. Appl. Phycol. 2011; 23, Issue 2, Page 257 (2): 257–263.

15-  Gu¨lc, I.; Topal, F. C.; Akmakc, R.; Go¨ren, A.C.; Bilsel, M. and Erdog˘an, U. .Pomological features, nutritional quality, polyphenol content analysis and antioxidant properties of domesticated and three wild ecotype forms of raspberries Rubus idaeus L. J. Food Sci. 2011; 76: 585–593.

16-  Pandey, S. K. and Banik, R.M. .Selection and optimization of nutritional constituents for enhanced production of alkaline phosphatase by Bacillus licheniformis MTCC 1483, J. of Agricultural Technology 2012;8(4): 1317-1325.

17- Ball, G. F . ''Vitamins : Their Role in the Human body'' .Blackwell publishing-2004.  

18- Esquivel, O. O. ; Moreno, A. O. ; Álvarez, V. B. ; Álvarez, L. D. and Giusti, M. M. .Phenolics, betacyanins and antioxidant activity in opuntia joconostle fruits. Food Research International 2011;44:2160-2168.

19–Rioa, D. D.; Stewartb, A. J. and Pellegrinia . A review of recent studies on malondialdehyde as toxic molecule and biological marker of oxidative stress. Nut.Meta. Card. Dise. J. 2005;15 (4): 316-8.

20-–Buddi, R.; Lin, B.; Atilano, S. R.; Zorapapel, N. C.; Kenney, M. C. and  Brown, D. J. .Evidence of Oxidative Stress in Human Corneal Diseases. J. Histo. chem.  Cyto. Chem. 2002; 50(3): 341–351.

21- Gopal, N.; Selvam, A.; Srinivasan, A.R.; Saha, S. and Muddegowda, P.H. .Serum Gamma Glutamyl Transferase levels in Obese South Indian adults with reference to atherogenic lipid risk factors and lipid peroxides.  Inter. J. Med. Health Sci. 2012; l (1):2-14.

22 –Stephensen, C.B. ; Marquis, G.S.; Douglas, S.D.; Kruzich ,L.A. and Wilson, C.M.  .Glutathione, glutathione peroxidase, and selenium status in HIV-positive and HIV-negative adolescents and young adults. Am. J. Clin. Nutr. 2007;85:173-181.

23- Combs, G .F. ''The Vitamins :Fundamental Aspects in Nutrition and Health'' .3^rd ed. Academic Press is an imprint of Elsevier-2008:583

 24-المفرجي، محمد محمود احمد تفاح. "تقدير مستوى بعض مضادات الأكسدة في مصل دم البالغين المصابين بالربو القصبي" . رسالة ماجستير ، كلية التربية - جامعة تكريت2010.

25-  Niki E. Lipid peroxidation products as oxidative stress biomarkers. Biofactors  2008:34:171-180.

26-  Demirtas S., Nergisoglu G., Akbay A. and Karaca L. (2002). "The relation between low-density lipoprotein (LDL) oxidation and hemodialysis with respect to membrane types". Turk. J. Med. Sci., 32: 93-100.

27-  Pacher, P. ;Beckman,  J. S .; Liaudet,  L. ''Nitric Oxide and Peroxynitrite in Health and Disease'' . Physiol Rev 2007;87(1): 315–424.