Ο όρος Δραστικές Ρίζες Οξυγόνου (Reactive Oxygen Species, ROS) περιγράφει αρκετά δραστικά μόρια και ελεύθερες ρίζες που προέρχονται από το μοριακό οξυγόνο. Η δημιουργία των ελεύθερων ριζών με βάση το οξυγόνο είναι καταστροφική για όλα τα αερόβια είδη οργανισμών. Αυτά τα μόρια, που παράγονται ως υποπροϊόντα κατά τη μιτοχονδριακή μεταφορά των ηλεκτρονίων της αερόβιας αναπνοής ή από οξειδοαναγωγωγικά ένζυμα και από οξείδωση που καταλύεται από μεταλλικούς καταλύτες, έχουν τη δυνατότητα να προκαλέσουν πολλές καταστροφικές βλάβες στα κύτταρα. Αρχικά θεωρήθηκε ότι μόνο τα φαγοκυτταρικά κύτταρα ήταν υπεύθυνα για την παραγωγή των ROS ως μέρος της λειτουργίας των αμυντικών μηχανισμών τους. Πρόσφατες επιστημονικές μελέτες έχουν δείξει ότι τα ROS διαδραματίζουν επίσης ρόλο στην κυτταρική σηματοδότηση, συμπεριλαμβανομένης της απόπτωσης και της γονιδιακής έκφρασης. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα ROS μπορεί να χρησιμεύσουν τόσο ως ενδοκυττάρια όσο και ως εξωκυττάρια μόρια-αγγελιοφόροι.
Η άμυνα έναντι των δραστικών ριζών οξυγόνου είναι πρωταρχικής σημασίας για την επιβίωση όλων των αερόβιων μορφών ζωής. Ως εκ τούτου, ένας αριθμός αμυντικών μηχανισμών έχει εξελιχθεί για να καλύψει αυτή την ανάγκη και να παρέχει μια ισορροπία μεταξύ της παραγωγής και της απομάκρυνσης των ROS. Μια ανισορροπία προς την κατάσταση υπερ-παραγωγής ROS αναφέρεται συχνά ως «οξειδωτικό στρες».
Τα κύτταρα διαθέτουν μια ποικιλία μηχανισμών άμυνας για την εξουδετέρωση των βλαβερών επιπτώσεων των ROS. Η δισμουτάση του υπεροξειδίου (SOD) καταλύει τη μετατροπή δύο ανιόντων υπεροξειδίου σε ένα μόριο υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2) και μοριακού οξυγόνου (O2). Στα υπεροξεισώματα των ευκαρυωτικών κυττάρων, το ένζυμο καταλάση μετατρέπει το H2O2 σε νερό και οξυγόνο και έτσι ολοκληρώνεται η αποτοξίνωση που ξεκίνησε από τη SOD. Η υπεροξειδάση της γλουταθειόνης είναι μια ομάδα ενζύμων που περιέχουν σελήνιο, τα οποία επίσης καταλύουν την διάσπαση του υπεροξειδίου του υδρογόνου, καθώς και οργανικών υπεροξειδίων σε αλκοόλες.
Υπάρχει μια σειρά από μη ενζυμικά μικρομοριακά αντιοξειδωτικά που παίζουν ρόλο στην αποτοξίνωση. Η γλουταθειόνη μπορεί να είναι η πιο σημαντική ενδοκυτταρική άμυνα ενάντια στις βλαβερές επιδράσεις των δραστικών ριζών οξυγόνου. Η βιταμίνη C ή ασκορβικό οξύ είναι ένα υδατοδιαλυτό μόριο ικανό να μειώνει τα ROS, ενώ η βιταμίνη Ε (α-τοκοφερόλη) είναι ένα λιποδιαλυτό μόριο που παίζει παρόμοιο ρόλο στις κυτταρικές μεμβράνες.
ROS και ασθένειες
Υπάρχει μια συνεχής προσπάθεια να αποσαφηνιστούν οι μηχανισμοί και ο ρόλος που διαδραματίζουν τα ROS στις ασθένειες από τότε που ανακαλύφθηκαν. Οι δραστικές ρίζες οξυγόνου επηρεάζουν τις ασθένειες βασικά με τη λειτουργία του ως σηματοδοτικά μόρια και ως οξειδωτικά που επηρεάζουν την κυτταρική επιβίωση και προκαλώντας οξειδωτικές βλάβες. Τα ROS μπορούν επίσης να συμμετέχουν στην ανοσολογική άμυνα και να διατηρούν τη μεταβολική ισορροπία και την παραγωγή θερμότητας.
Τα ROS μπορούν να λειτουργήσουν ως ενδιάμεσα μόρια σε διάφορα μεταβολικά μονοπάτια, αλλά θεωρούνται επίσης και ως αιτιολογικοί παράγοντες για νοσήματα όπως ο καρκίνος, οι φλεγμονές και οι βλάβες τον οργάνων. Τα στοιχεία δείχνουν ότι ό έλεγχος των ROS (με αντιοξειδωτικά) μπορεί να μειώσει τη βλάβη των κυττάρων και να ελέγξει τις παθολογικές διαδικασίες.
Τα ROS έχουν θετικές και αρνητικές επιπτώσεις σε διάφορες ασθένειες:
- Καρκίνος θετική επίπτωση: Εξασθένιση της ογκογένεσης, απόπτωση
- Καρκίνος αρνητική επίπτωση: Υψηλός ρυθμός μετάστασης, καρκίνος, ανθεκτικότητα στις ακτινοβολίες, καρκινογένεση
- Φλεγμονώδη νοσήματα θετική επίπτωση: Πρόληψη πειραματικής αυτοάνοσης εγκεφαλομυελίτιδας, υποστήριξη του ανοσοποιητικού συστήματος, θανάτωση μακροφάγων
- Φλεγμονώδη νοσήματα αρνητική επίπτωση: Φλεγμονώδη νοσήματα του εντέρου, οργανικές βλάβες που προκαλούνται από παράσιτα, περιοδοντίτιδα, τενοντίτιδα, βρογχίτιδα, εμφύσημα, ρευματοειδή αρθρίτιδα
- Νευρολογικές παθήσεις θετική επίπτωση: Πλαστικότητα συνάψεων, ανάπτυξη νευρώνων
- Νευρολογικές παθήσεις αρνητική επίπτωση: Κινητικές διαταραχές, απόπτωση νευρώνων, νευροτοξικότητα, πνευματική καθυστέρηση
- Αγγειακά νοσήματα θετική επίπτωση: Χαλάρωση των εγκεφαλικών αρτηριών, ομοιόσταση της ροής του αίματος, αποκατάσταση πληγών
- Αγγειακά νοσήματα αρνητική επίπτωση: Υπέρταση, αγγειακός τραυματισμός, βλάβη ισχαιμίας-επαναιμάτωσης, δυσλειτουργία αμφιβληστροειδούς, πνευμονιοκονίαση, αθηροσκλήρωση, σύνδρομο οξείας αναπνευστικής δυσχέρειας
- Ανεπάρκεια οργάνων θετική επίπτωση: Αναπνευστική πλαστικότητα, πλαστικότητα αισθητηρίων οργάνων
- Ανεπάρκεια οργάνων αρνητική επίπτωση: Ηπατική ανεπάρκεια, νεφρική ανεπάρκεια, καρδιακή ανεπάρκεια
- Διαβήτης αρνητική επίπτωση: Αντίσταση στην ινσουλίνη
- Γήρανση θετική επίπτωση: Ανάπτυξη μυϊκών κυττάρων, αναδόμηση των μυών
- Γήρανση αρνητική επίπτωση: Σαρκοπενία, μυϊκή δυστροφία, βλάβη του DNA
- Γονιμότητα αρνητική επίπτωση: Βλάβη στη σπερματογένεση, τοξικότητα των ωοθηκών
