Antikoodon

Antikoodon (inglise anticodon) on tRNA molekulis olev kolmest nukleotiidist koosnev spetsiifiline järjestus, mis valgu biosünteesis võib mRNA komplementaarse koodoniga moodustada aluspaare.

Koodon

Koodon (inglise codon) on ühele aminohappele vastav mRNA molekuli nukleotiidikolmik (triplett) geneetilises koodis.

Daltonism

Daltonism

ka akromatopsia;
daltonism
Colour blindness (ingl.k)

ka värvipimedus

Seletus
Värvipimeduseks nimetatakse haigust, mille korral ei suuda inimene eristada teatud värve, sagedamini rohelisi ning punaseid toone.

Ülevaade
Värvipimedus on eriti levinud haigus eurooplastel (ca 8% meestest) ning väga haruldane aafriklastel ning asiaatidel.
See on X-kromosoomiga päritav haigus, mis esineb seetõttu valdavalt meestel.
Enamasti on värvipimedus kaasasündinud, harvem tekib traumade, silma võrkkesta ning nägemisnärvi haiguste korral tüsistusena.
Kaasasündinud värvipimedust ravida ei saa. Omandatud juhtudel ravitakse seda põhjustanud haigust.

Tekkepõhjused ja –mehhanismid

Silmamuna taga paikneb silma võrkkest ehk reetina. Võrkkestas on peamiselt kahte liiki rakke, mis osalevad nägemisprotsessis: kepikesed ning kolvikesed. Viimased on tundlikud värvide suhtes ning eristatakse omakorda punaseid, rohelisi ning siniseid kolvikesi. Erinevad kolvikesed reageerivad erineva lainepikkusega valgusele (punane-roheline-sinine).

Kõige sagedamini esineb puna-rohelist värvipimedust, mis tähendab, et inimesel on raskusi punaste ning roheliste toonide eristamisega ehk tal on liiga vähe vastavaid kolvikesi või on nede töövõime langenud.
Enamjaolt on värvipimedus kaasasündinud haigus, mis pärandub X-kromosoomi vahendusel. Seetõttu haigestuvad sagedamini mehed (naistel on kaks X-kromosoomi ning kui üks neist kannab haigust, siis teine on tavaliselt terve ja seega haigus ei avaldu; meestel on üks X- ja üks Y-kromosoom).
Värvipimedus võib avalduda väga erinevate vormide ning raskusastmetega.

Sümptomid ehk avaldumine

Enamikul värvipimedatest isikutest on siiski see haigus vähehäiriv. Olenevalt värvipimeduse vormist on häiritud erinevate värvide nägemine/eristamine:
Näiteks protanoopia korral (punase-rohelise värvipimeduse vorm) ei suuda inimene eristada rohelist ja sinist ning punast ja violetset värvi ehk kui neid värve näidata talle koos (kõrvuti), siis näeb ta neid ühtlase hallina.
Deuteranoopiaga (roheliste kolvikeste puudus) isik ei suuda eristada oranže, rohelisi, pruune ja kahvatu-punaseid toone.

Kui värvipimedus on omandatud (trauma või haiguse tõttu), siis võivad esineda ka muud ilmingud vastavalt põhjusele.

Diagnoosimine ehk millised uuringud võidakse teha ja miks

Värvipimedust saab diagnoosida vastavate jooniste/piltide alusel. Piltidel on segatud erinevaid värve ning moodustatud neist teatud kujundid, mida normaalse nägemisvõimega inimene suudab eristada.
Olenevalt sellest, milliste värvide kombinatsioonidest isik kujundit üles ei leia, määrataksegi värvipimeduse alatüüp.
Kõige sagedamini puutuvad inimesed nende testidega kokku silmaarsti juures ennem autojuhilubade saamist.

Ravivõimalused

Kaasasündinud värvipimedust ravida ei saa. Omandatud juhtudel ravitakse seda põhjustanud haigust/traumat.

Prognoos

Enamjaolt on siiski tegemist kergete värvipimeduse vormidega, mis ei põhjusta igapäevaelus inimesele probleeme. Vahel peab loobuma teatud ametist, mis nõuab täpset värvide eristamist (piloodid, autojuhid jt).

Ennetamine

Värvipimedust ennetada ei saa.

Tsiilid ehk ripsmed

Ripsmed ehk tsiilid (cilia) on eukarüootsete rakkude 5–10 µm pikkused ja 250 nm paksused tsütoplasma väljasopistised. Ripsmed on enamasti liikuvad ning võivad olla epiteelrakkude pinnal asetsevad diferentseerunud väljasopistised (elundid). Ripsmed täidavad enamasti liikumis- või toitumisülesannet.

Ripsmeid esineb kõikidel loomadel. Ripsloomad ehk tsiliaadid on raku pinnal olevate liikuvate ripsmete järgi oma nime saanud. Seevastu ümarloomade ehk nematoodide ripsmed on liikumatud.

Ripsmed on ehituselt viburiga sarnased, nad koosnevad protoplasmast. Viburiga võrreldes on ripsmed suhteliselt lühemad (5-10 (harva kuni 20) mikromeetrit) ja erinev liikumisviis: kui viburid liiguvad kruvitaoliselt, siis ripsmed löövad ühes suunas. Mõnikord on ripsmed kokkuliitunud ja moodustavad väädikuid.

Glükoos

Glükoos

Lisateave Artiklis ei ole piisavalt viiteid.

Glükoos ehk viinamarjasuhkur on monosahhariid, mis kuulub disahhariidide sahharoosi ja laktoosi koostisse. Glükoos tekib taimedes fotosünteesi tulemusena.

Glükoos on püsisoojaste loomade eelistatud energiaallikas. Nad varuvad glükoosi lihastesse ja maksa glükogeeni kujul.

Glükoos on tselluloosi polümeerse molekuli elementaarlülina oluline taime rakukesta komponent. Taimede glükoosivarud on tärklise kujul põhiliselt seemnetes ja mugulates.

Keemiline valem on C₆H₁₂O₆.

Protoplast

Protoplast on rakuseinaga raku "elus osa". See hõlmab rakutuuma ja protoplasmat.

Sellesse ei kuulu muu hulgas rakukest, varuained ja eritusained.

Taimeraku protoplast silsaldab membraan-, fibrillaar- ja makromolekulaarseid struktuure (kromosoomid, ribosoomid). Need paiknevad tsütosooliks nimetatavas vedelikus.

Amitoos

Amitoos (ka lihtpooldumine) on otsene raku- või rakutuuma jagunemine ilma mitoosile omaste protsessideta. Jagunemine toimub enamasti rakutuuma läbinöördumisega, kusjuures ei teki käävi.

Enne amitoosi toimub sageli rakutuuma suurenemine ja kromosoomide arvu kordistumine.

Looduses esineb amitoosi ainuraksetel ja teistel alamatel organismidel.

Tuumamembraan

Tuumamembraaniks ehk tuumaümbriseks nimetatakse rakutuuma ümbritsevat membraani. See eristab tsütoplasmas asuvaid raku organelle rakutuuma sees karüoplasmas asuvatest raku osadest. Elektronmikroskoobiga saab näha, et rakutuuma ümbris, tuumamembraan koosneb tegelikult kahest kihist, kahest membraanist. Nendes paiknevad avaused, poorid, mille kaudu toimub ainete liikumine tuuma sisemusse ja sealt välja. Tuumamembraanid on oma ehituselt sarnased teiste rakumembraanidega, mis koosnevad põhiliselt fosfolipiididest ja valkudest

Calvini tsükkel

Calvini tsükkel ehk Calvini-Bensoni tsükkel ehk Calvini-Bensoni-Basshami tsükkel on kõrgemate taimede kloroplastides tsükliliselt toimuvate fotosünteesi pimedusstaadiumi ensümaatiliste reaktsioonide jada, mis toimub kloroplasti stroomas. Protsessi käigus seotakse õhulõhede kaudu taimesse sisenenud CO₂ ning moodustatakse sahhariide, kasutades valgusstaadiumi reaktsioonide tulemusena tekkinud kõrge energiaga NADPH ja ATP molekule. Ühe Calvini tsükli ringiga fikseeritakse üks CO₂ molekul, milleks kulub 3 ATP ja 2 NADPH molekuli, mistõttu ühe glükoosi molekuli loomiseks peab Calvini tsükkel tegema kuus ringi.

Pimedusstaadiumiks nimetatakse osa fotosünteesi protsessist, mille juures ei ole valguse olemasolu vajalik. Calvini tsükli kõrvalproduktina moodustunud hapnik loob obligatoorse keskkonna Maa elusorganismidele, samuti on pimedusstaadiumi jooksul tekkinud monosahhariid glükoos aluseks terve biosfääri toiduahelale, olles püsisoojaste loomade eelistatud energiaallikas.

Protsessis eristatakse kolme olulist etappi: karboksüülimine ehk süsiniku sidumine, redutseerimine ning regenereerimine ehk süsiniku taastekitamine. Selle jooksul toimub CO₂ fikseerimine RuBisCo reaktsioonis, 3-fosfoglütseraadi redutseerumine suhkruteks ning ribuloos-1,5-bisfosfaadi regenereerimine. Reaktsioonideks vajalikku vesinikku saadakse Calvini tsükli jaoks veest ja väävelvesiniku fotolüüsist.

Ajalugu

Calvini tsükli olemuse tegid kindlaks Melvin Calvin, Andrew Benson ning James Bassham 1950. aastal. Melvin Calvin pälvis tehtud töö ning tsükli mõtestamise eest 1961. aastal Nobeli auhinna. Tema eksperiment nägi ette radioaktiivse süsiniku ¹⁴C kasutamist märgisena, eesmärgiga kaardistada süsiniku teekond läbi taime terve fotosünteesi jooksul. Vaadeldi radioaktiivse süsiniku teekonda alates atmosfäärse süsinikdioksiidi absorptsioonist selle muundumiseni süsivesikuteks. Calvini ja tema meeskonna eksperimendis kasutati märgise jälgimiseks Chlorella kultuuri. Esimesi süsinikdioksiidi fikseerimise produkte analüüsiti paberkromatograafia ja autoradiograafia abil.

Protsess

Karboksüülimine

Karboksüülimise ehk süsiniku sidumise etapi eesmärgiks on süsiniku ja hapniku aatomite sidumine süsivesiku eelühenditesse. Seda protsessi katalüüsib oluline ensüüm ribuloos bisfosfaadi karboksülaas/oksügenaas ehk RuBisCo. Tegemist on levinuima ensüümiga maakeral. Taimedes on RuBisCo multimeerne valk, mille koosseis on L8S8, täpsemalt 8 suurt subühikut (L, 477 aminohappejääki) ning 8 väikest subühikut (S, 123 aminohappejääki). Sealjuures ei ole väikese subühiku spetsiifiline otstarve veel siiani selge, kuid on võimalik, et nende subühikute omavahelised interaktsioonid reguleerivad katalüüsi.

Süsiniku sidumisel toimub süsihappegaasi fikseerimine 5-süsinikulise sahhariidi ribuloos-bisfosfaadi RuBP vahendusel. See seob enda külge ensüümi RuBisCo. Toimub reaktsioon: RUBP + CO₂ = 2 3-fosfoglütseraat (3PG). Seega ribuloos-1,5-bisfosfaadi ja CO₂ sidumise tulemusena moodustub kuuest süsinikust koosnev labiilne vaheprodukt, mis laguneb vee toimel kaheks fosfoglütseraadi molekuliks.

Redutseerimine

Ribuloos bisfosfaadi karboksülaasi reaktsiooniprodukt 3PG konverteeritakse glütseeraldehüüd-3-fosfaadiks. Selleks katalüüsib fosfoglütseraadi kinaas anorgaanilise fosfaadi (Pi) ülekannet ATP koosseisust 3-fosfoglütseraadi karboksüülile, mille tulemusena tekib 1,3-bisfosfoglütseraat. Seejärel katalüüsib glütseeraldehüüd-3-fosfaat 1,3-bisfosfoglütseraadi karboksüüli redutseerimist aldehüüdks koos anorgaanilise fosfaadi eraldumisega. Protsessi tulemusena tekib glütseeraldehüüd-3-fosfaat.

Regenereerimine

Regenereermisel ehk süsiniku taastekitamisel jääb üks redutseerimise etapis saadud glütseeraldehüüd-3-fosfaadimolekul aldehüüdsesse vormi ning teisel liigutatakse karbonüülrühm otsmise süsiniku aatomi juurest keskmise süsiniku juurde. Seega muutub aldehüüd ketoühendiks, mille tulemusel tekib dihüdroatsetoon-fosfaat. Seejärel ühendab ensüüm aldolaas muudetud (ketoühenditest) ja muutmata (aldehüüdidest) 3-süsinikulised molekulid kokku 6-süsinikuliseks fruktoos-1,6-bisfosfaadiks. Sellest moodustub fruktoos-6-fosfaat, kus üks osa kulub RuBP regenereerimiseks ning teine osa muutub glükoosiks. Fruktoos-6-fosfaat muudetakse ATP energia abil vaheühendi ribuloos-5-fosfaadi kaudu ribuloos-1,5-bisfosfaadiks.

Calvini tsüklit limiteerivad tegurid

Calvini tsüklisse siseneva ning sealt väljuva süsiniku voog on dünaamilises tasakaalus, kuid üldine voolusuhe sõltub limitatsiooni ulatusest. Tulenevalt tsükli keerulisest ehitusest ei mõju erinevad tegurid lineaarselt, see tähendab, et muutus ühes osas ei põhjusta proportsionaalset suurenemist teises osas. Näiteks vähendades proteiini sisaldust ei mõju see lineaarse muutusena aktiivsuses, kuid võib toimuda lüke kas substraadi või produktide kontsentratsioonis, samuti ensüümi aktivatsiooni osas. Aktivatsioonitaset saab muuta langetades proteiini osakaalu kloroplastides ja lehtedes, ning samaaegselt takistades valku kodeeriva geeni normaalset ekspressiooni teda blokeerivate ensüümidega.

RuBisCo

RuBisCo ehk ribuloos-1,5-bisfosfaadi karboksülaasi/oksügenaasi peetakse maailma levinuimaks valguks ja suurima biomassiga ensüümiks. See ensüüm on suhteliselt aeglase katalüüsikiirusega, mille üheks peamiseks funktsiooniks on kõigi organismide elutegevuseks vajaliku süsiniku fikseerimine süsinikdioksiidina. Siiski ei ole RuBisCo märkimisväärselt substraadispetsiifiline, mistõttu toimub süsinikdioksiidi fikseerimisele lisaks ka hapniku seondumine. RuBisCo osakaal taime lehe koguvalgu juures on ligi pool. Katalüüsides üht olulisimat biokeemilist reaktsiooni, osa Calvini tsüklist, on tegemist äärmiselt universaalse kompleksiga. Toimub Calvini tsükli esimene reaktsioon, pöördumatu ribuloos-1,5-bisfosfaadi karboksüleerimine, selle tulemusena tekib kaks 3-fosfoglütseraadi molekuli, mida hiljem kasutatakse taimes suhkrute sünteesiks. 3-fosfoglütseraat on üks tähtsaim komponent suhkrute sünteesiks, seetõttu on RuBisCo ensüümil eluslooduse protsessides võtmeroll.

RuBisCo aktiivsus

Süsinikdioksiidi sidumise hulka määravad nii RuBisCo hulk kui ka ensüümi aktiivsustase. Alles loodud RuBisCo peab aktiivsuse saavutamiseks kõigepealt kasutama aktivaatormolekulidena CO₂ ja Mg²⁺ ioone, samuti valgulise komponendina RuBisCo aktivaasi (RbcA). Edasi seondub RuBisCo suure subühiku Lys 201 jäägile CO₂, millele omakorda seotakse Mg²⁺. Ensüümi aktiivsuse määramine on komplitseeritud, sest ühe molekuli kõik kaheksa katalüütilist tsentrit ei pruugi olla aktiveeritud samal ajal, lisaks ei ole nende funktsioneerimine sünkroonne. Lisaks sõltub RuBisCo koguaktiivsus ka valguse intensiivsusest, sest sellega kaasneb elektronide transport membraanil ning pH muutumine kloroplastis. Ensüümi aktiivsus on suurem valges, sest RuBisCo aktiveerumisel osalev RuBisCo aktivaas vajab funktsioneerimiseks ATP-d. Näiteks on enamikul taimedel RuBisCo spetsiifiline aktiivsus pimedas 25–50% sellest, mis kõrge valguse intensiivsuse juures. Substraadi kontsentratsioon mängib olulist rolli, näiteks kaasneb CO₂ elimineerimisega lehele juhitavast gaasisegust RuBisCo vähenemine neljandiku võrra, kuid esialgne aktiivsus taastus pärast CO₂ keskkonda lisamist umbes 30 minuti jooksul. Lisaks omavad kaasmõju ensüümi aktiivsusele ka strooma fosfaatioonide kontsentratsioon. Fosfaadi defitsiidiga kasvukeskkonnas kaasneb lisaks CO₂ sidumise määra langus aga ka karboksüleerimise efektiivsuse vähenemine. See mõjutab RuBisCo aktiivsust just RuBP regenereerimise jõudluse läbi.

Transporterid

Kloroplasti kesta välimisel membraanil on transportervalgud, mis lasevad substraate massiga kuni 10 kDA vabalt difuseeruda sisemembraani. Kõik Calvini tsükli produktid peavad selle läbima. Protsessi aitavad spetsiifilised translokaatorid, mis on protsessis aktiivses vahetuses ning reguleerivad mitmeid aspekte raku metabolismis. Üks enim uuritud translokatsiooni süsteeme on fosfaat-trioonis ja fosfaat-fosfoglütseraat translokaator. Seda nimetatakse trioosfosfaadi anorgaanilise fosfaadi translokaatoriks.

Oksüdatiivne stress

Oksüdatiivne stress on olukord organismis, kus on häiritud oksüdatiivsete stressorite ja antioksüdantide omavaheline tasakaal. Ülekaalus on oksüdatiivsed stressorid, mis on kahjustavad tegurid. Teatud lühiajaline mõõdukas hästi kontrollitud oksüdatiivne stress on normaalne ja vajalik organismi kaitsemehhanismide käivitamiseks. Kestev sügav oksüdatiivne stress võib põhjustada või süvendada mitmesuguseid haigusi, nagu vähk,  kardiovaskulaarsed haigused, ateroskleroos, hüpertensioon, isheemia-reperfusioonikahjustused, suhkurtõbi, närvisüsteemi kahjustavad haigused (Alzheimeri tõbi ja Parkinsoni tõbi) ning reumatoidartriit.

Oksüdatiivse stressi efektid

Väga tugevad ärritused põhjustavad nii ainevahetuslikke kui morfoloogilisi kohastumusreaktsioone rakus, misjärel tekib uus püsiv seisund, kus raku elutegevus on säilinud, kuid tema funktsioon on muutunud. Rakk kahjustub siis, kui tema kohandumisvõimalused etioloogilise teguri toime suhtes pole piisavad. “Rakukahjustusest saavad alguse kõik organikahjustuse vormid.” (Rudolf Virchow).

Oksüdatiivne stress on seotud oksüdeerivate ühendite hulga suurenemisega või antioksüdantsete kaitsemolekulide, nagu glutatioon, efektiivsuse olulise vähenemisega. Oksüdatiivse stressi efekt sõltub nende muutuste ulatusest. Väikestest muudatustest suudab rakk üle saada ja taastada oma algse oleku. Vahel võib isegi mõõdukas oksüdatsioon vallandada apoptoosi, samas kui intensiivsem stress võib põhjustada nekroosi.

Üheks tähtsamaks rakukahjustuse põhjuseks on vabade radikaalide kuhjumine. Vaba radikaal on keemiline ühend, mille välisorbiidil on üks paardumata elektron. Vabad radikaalid tekivad rakus:

• kiirgusenergia neeldumisel (UV-kiirgus, röntgenikiirgus);
• kehasisestes metaboolsetes oksüdatsiooniprotsessides;
• kemikaalide ja ravimite ainevahetuses.

Vabad radikaalid kahjustavad lipiide, mille tulemusel muutub rakumembraani, mitokondrite ja endoplasmaatilise retiikulumi membraanide struktuur, kaob membraanide võime reguleerida transmembraanseid ioongradiente. Kahjustuvad ka tsütoskleleti valkude struktuur, häiruvad geneetiline aparaat ja ensüümide struktuur.

•OH radikaal on kõige reaktiivsem vaba radikaal, mida bioloogilistes süsteemides leida võib. Ta reageerib enamiku biomolekulidega difusioonlimiteeritud kiirusel ning on võimeline põhjustama tõsiseid kahjustusi tekkimiskohast väikese raadiuse piirides. Võrreldes •OH-ga on •O₂- väiksemat kahju tekitav vaba radikaal, reageerides väheste biomolekulidega. Teisalt võib•O₂- kiiresti reageerida NO•-ga, andes peroksünitriti (ONOO-), mis on potentsiaalselt väga kahjulik, kuna võib genereerida hüdroksüülradikaale. Vesinikperoksiid võib oksüdeerida otseselt intratsellulaarseid komponente, kuid võrreldes eelnevatega on see tunduvalt vähem reaktiivne ühend. Ta on võimeline difundeeruma rakus ja rakkude vahel ning membraane läbima. H₂O₂ olulisus seisneb selles, et reageerides siirdemetallidega moodustub •OH. •OH ründab nii nukleiinhappeid, lipiide kui valke, samas kui •O₂- ja H₂O₂ ei ründa DNAd ega algata lipiidide peroksüdatsiooni. Valgud kahjustuvad reaktiivsete hapnikuühendite toimel kas nende tioolrühmade oksüdatsioonil või teiste valgu koostises olevate aminohapete keemilisel modifikatsioonil.

Põhilised reaktiivsed ühendid

Oksüdant	Iseloomustus
•O2-, superoksiidanioon	Ühe paardumata elektroniga hapnikuradikaal. Tekib mitokondrite hingamisahelas molekulaarse hapniku üheelektronisel taandamisel ja ka NADPH oksüdaasi reaktsioonil fagotsüütide välismembraanil.[4]
H2O2, vesinikperoksiid	Tekib superoksiidaniooni ja vesiniku reaktsioonil ensüümi superoksiiddismutaas (SOD) katalüüsil. Ei ole ise radikaal, kuid on prekursoriks aktiivsete radikaalide tekkel. On lipiidides lahustuv, seega difundeerub läbi raku struktuuride, põhjustades radikaalide tekkimist ka mujal kui mitokondris.[8]
•OH, hüdroksüülradikaal	Moodustub Fentoni reaktsioonil ja peroksünitriti lagunemisel. Äärmiselt reaktiivne.[7]
HOCl, hüpokloorishape	Moodustub vesinikperoksiidi ja kloori reaktsioonil müeloperoksidaasi katalüüsil neutrofiilides. Oksüdeerib valkude tioolrühmi, trüptofaani ja metioniini.
ONOO-, peroksünitrit	Moodustub kiirel mitteensümaatilisel reaktsioonil •O2- ja NO vahel. Reageerib metalloensüümide keskmes asuvate siiredemetallidega (näiteks Fe-S klastris). Algatab lipiidide peroksüdatisooni. Nitreerib trürosiini, oksüdeerib valkude tioolrühmi, trüptofaani, metioniini ja histidiini. Läbib membraane.

Reaktiivsete hapnikuühendite (ROS) allikad

Üks reaktiivsete hapnikuühendite allikas normaalsetel tingimustel on nende lekkimine mitokondrist oksüdatiivsel fosforüleermisel. On hinnatud, et 3–5% kogu elektronide voolust viib reaktiivsete hapnikuühendite moodustamisele. •O₂- tootmine võib toimuda ka spetsiifiliste ensüümide toimel (eelkõige oksüdaaside) ning puriinide (ksantiini oksüdaas), katehhoolamiinide (monoamiini oksüdaas), prostanoidide (lipoksügenaas) ja ksenobiootikumide (tsütokroom P450) metabolismil.

Reaktiivsed hapnikuühendid võivad eelmainitud reaktsioonides tekkida Ca²⁺ homöostaasi häirete, trauma või isheemia tagajärjel. Peamine •OH moodustumise allikas on H₂O₂ reaktsioon siirdemetalliioonidega, nagu Fe²⁺ või Cu²⁺ (Fentoni reaktsioon) või Fe²⁺ katalüüsitud reaktsioon H₂O₂ ja •O₂- vahel (Haberi-Weissi reaktsioon). Hüdroksüülradikaalid tekivad ka preoksünitritist, mis füsioloogilisel pH-l laguneb. H₂O₂ moodustub •O₂- dismutatsioonil, mida katalüüsib ensüüm superoksiidi dismutaas. H₂O₂ moodustub ka teiste oksüdaasensüümide toimel (näiteks aminohapete oksüdaasid).

Lämmastikoksiid (NO•) sünteesitakse aminohappest L-arginiin ensüümi lämmastikoksiidi süntaas katalüüsil endoteeli rakkudes (kui vaskulaarse toonuse regulaatorit), samuti ka paljudes teistes rakutüüpides (kui sekundaarset signaalmolekuli).

Aktiveeritud fagotsüüdid on võimelised genereerima •O₂-, H₂O₂, HOCl ja NO• ühendeid, mis kõik võivad kaasa aidata koekahjustuse tekkele põletikuprotsessis.

Oksüdatiivne stress ja haigused

Oksüdatiivset stressi peetakse oluliseks neurodegeneratiivsete haiguste patogeneesis, nagu Lou Gehrigi haigus (ehk motoneuroni haigus), Parkinsoni tõbi ja Alzheimeri tõbi Oksüdatiivset stressi seostatakse ka kardiovaskulaarsete haigustega, kuna madala tihedusega lipoproteiinide (LDL) oksüdatsioon endoteelis on prekursoriks kolesterooli ladestusele. Oksüdatiivne stress mängib ka rolli biokeemilises kaskaadis hüpoksiajärgse reperfusioonikahjustuse tekkel. Oksüdatiivne stress süvendab koekahjustust hüperoksiajärgselt ka diabeedi korral.

Oksüdatiivne stress on tõenäoliselt seotud kõrgest vanusest tulenevate vähkkasvajate moodustumisega. Aktiivsed ühendid võivad otseselt kahjustada DNA-d ja seega olla mutageensed ning samuti võivad maha suruda apoptoosi, indutseerida proliferatsiooni, invaseerumist ja metastaasi. Helicobacter pylori põhjustatud põletik, mille tõttu suureneb reaktiivsete hapniku- ja lämmastikuühendite tootmine maos, on oluline tegur maovähi tekkes.

Antioksüdandid lisanditena

Antioksüdantide manustamine haiguste ennetamiseks on leidnud vastakaid arvamusi. Suure riskiga gruppides, nagu seda on suitsetajad, võib suur doos sünteetilist beetakaroteeni kopsuvähki haigestumise tõenäosust suurendada. Väiksema riskiga grupis tundub E-vitamiini kasutamine vähendavat südamehaiguste väljakujunemise riski. Toit sisaldab laia valikut karotinoide ja E-vitamiine (tokoferoole ja tokotrienoole), seega ex post facto epidemioloogiliste uuringute tulemused võivad erineda pärast tehislikke eksperimente tehtud järeldustest, kuna viimasel juhul kasutatakse isoleeritud aineid. Siiski on ravimifirma AstraZeneca väljatöötatud radikaale eemaldav nitroonipõhine ravim NXY-059 näidanud efektiivset toimet insuldi tagajärgede ravis.

Immuunkaitse

Immuunsüsteem kasutab ära oksüdantide letaalseid efekte, tootes oksüdeerivaid ühendeid patogeenide tapmiseks. Aktiveerunud fagotsüüdid toodavad hapniku ning lämmastiku reaktiivseid ühendeid, nende seas •O₂- ja •NO ja ONOO-  Kuigi nende väga reaktiivsete ühendite kasutamine fagotsüütide tsütotoksilises vastuses kahjustab ka oma kudesid, on oksüdantide mittespetsiifilisus eelis, kuna kahjustab märklaudraku peaaegu igast aspektist, vältides olukorra teket, kus patogeen pääseb sellise immuunvastuse käest ühe märklaudmolekuli mutatsiooni abil.

Kaitsemehhanismid vabaradikaalse kahjustuse vastu

Mitokondrite roll hapniku vabade radikaalide tekke kontrollis

• Hapnikuradikaalide teke ja nendest vabanemine

Mitokondrid tõkestavad hapniku vabade radikaalide kahjustust sel viisil, et redutseerivad enamiku molekulaarsest hapnikust veeks, kandes üle neli elektroni. 1–3% juhtudest taandatakse tarvitatud hapnik üheelektronilise ülekandega, tekib superoksiid. See protsess leiab aset hingamisahela alguses ja keskosas, kus asuvad reaktiivsed elektroni ülekandjad (flaviinid, CoQ), mis elektroni sidudes muutuvad ise vabaradikaaliks (nt CoQ•- vabaradikaal). Superoksiid tehakse kahjutuks mitokondri ensüümi MnSOD abil. Moodustub H₂O₂, mis difundeerub kergesti läbi mitokondrite ja rakumemebraani ning lahustub kudedes. H₂O₂ lokaalne kontsentratsioon langeb kiiresti koos superoksiidi kahjustav toimega.

• Oksüdatsiooni ja fosforüleerimise kerge lahutamine

Mida suurem on mitokondrite membraanipotentsiaal, seda suurem on CoQ•- radikaali tekkekiirus ning hapniku vabade radikaalide teke. Kui ATP sünteesi kiirus mitokondrites on madal, näiteks lihasraku puhkeoleku seisundis, mil membraanipotentsiaal on maksimaalne, on superoksiidide tekkevõimalus suurem. Intensiivse ATP sünteesi juures (raske füüsilise töö puhul), mil membraanipotentsiaal on vähenenud, on superoksiidi moodustumise tõenäosus väiksem. Normaalselt talitlevas puhkeolekus rakus pidurdavad hapniku vabade radikaalide teket türeoidhormoonid ja vabad rasvhapped, mis soodustavad prootonite tagasileket mitokondri maatriksisse ning aitavad hoida membraanipotentsiaali hapniku vabade radikaalide tekkimiseks vajalikust lävest madalamal tasemel. Seega toimub oksüdatsiooni ja fosforüülimise lahutamine, millel on mitokondriaalse antioksüdantse kaitse mehhanismis oluline roll. Membraanipotentsiaali vähenemisel ei saa organism enam sünteesida ATPd. See on hind, mis tuleb organismil maksta sellist laadi kaitse eest.

• Tsütokroom c roll

Kui vaatamata oksüdatsiooni ja fosforüleerimise kergele lahutamisele •O₂- siiski tekib, oksüdeerub mitokondrite intramembraanses ruumis paiknev tsütokroom c: CytC³⁺ + •O₂- → CytC²⁺ + O₂. Redutseeritud tsütokroom c (CytC²⁺) oksüdeerib uuesti hapnik tsütokroomoksüdaasses reaktsioonis. Võrrandist on näha, et tsütokroom c eemaldab superoksiidi ja taastoodab molekulaarse hapniku. See mehhanism on eriti tõhus siis, kui tsütokroom c väljub mitokondri välismembraani kahjustusel mitokondritest tsütoplasmasse. Seega tsütokroom c mitte ainult ei indutseeri apoptoosi, vaid avaldab ka antioksüdatset toimet.

Teised oksüdatiivset stressi limiteerivad mehhanismid

• Vabu radikaale konverteerivatest ensüümidest

on tähtsad mitokondriaalsed MnSOD ja tsütoplasmaatiliselt paiknevad superoksiidi dismutaas CuZnSOD ja katalaas ning glutatiooni peroksüdaas (katalüüsib vesinikperoksiidi taandamist glutatiooni oksüdatsiooni arvel). Nende ensüümide ekspressioon südamelihases hüpoksia/reoksügenisatsiooni-kahjustusel muutub oluliselt: kroonilise hüpoksia faasis nende ensüümide hulk väheneb, kuid reoksügenisatsioonifaasis (reperfusiooni) kasvab ja see muutus soodustab müokardi kaitset hapniku vabade radikaalide kahjustuse eest isheemiajärgsel reperfusioonil.

• hapniku vabade radikaalide kuhjumist aitavad peatada paljud niinimetatud radikaalide sidujad.
• Raku vesifaasis on olulised taandatud glutatioon ja askorbaat; membraanifaasis tokoferool, karotenoidid ja ubikinool (CoQH₂).