وبلاگ تخصصی مهندسی علوم دامی

 تعریف رادیکال های آزاد:رادیکال های آزادمولکولهای اندکه یک الکترون جفت نشده در مدار بیرونی خود دارندوبسیار ناپایداربوده وبه سرعت با ترکیبات دیگر وارد واکنش می شوندتا الکترون مورد نیاز خود رابدست آورندوثبات یابند که گونه های رادیکال های آزاد شامل گونه فعال اکسیژن(( ROS))مانند  آنیون سوپراکسید-پراکسید هیدروژن ورادیکال هیدروکسیل وگونه های نیتروژن((RNS)) شامل اکسید نیتریک وپراکسی نیتریت متعلق به این گروه اند.

بدن به طورمعمولی تحت یک تعادل پویا بین نسل رادیکالهای آزادورفع آن است سیستم دفاع فیزیولوژیک برای مقابله با رادیکالهای آزاددربرگیرنده سیستم آنزیم های درونی مثل کاتالاز.گلوتاتیون ردوکتاز.گلوتایتون پراکسیداز.سوپر اکسیددسموتاز.اورات وکوآنزیم Q می باشدعوامل اگزوژن مثل بتاکاروتن.ویتامینEوسلنیوم می باشد.این مولکولها دارای یک اثر آنتی اکسیدانی به دلیل توانایی آنها در تبدیل گونه های فعال اکسیژن به گونه های پایدار، بی ضرر و یا کاهش مقدارآنها رادارند.

مسیر تولیدرادیکالهای آزاد:تولید رادیکالهای آزاد در بدن بصورت مداوم وغیرقابل اجتناب است علل اولیه تولید رادیکالهای آزادشامل موارد زیر است:

1) سیستم ایمنی بدن: سیستم ایمنی محافظ بدن درمقابل عوامل بیماری زای خارجی است نوتروفیل هابه خودی خود یک منبع تولیدROS می باشند.فعال سازی فاگوسیت ها ازطریق تعامل واسطه های پیش التهابی ویا محصولات باکتریایی باگیرنده های خاص باعث تولید مقدار زیادی ازآنیون سوپراکسید رادیکال های آزاد می شود.

2) تولید انرژی:سلولها به طورمداوم تولید انرژی می کنندکه ROS واکسی رادیکالها به عنوان زباله های سمی تولیدانرژی درسلول می باشد یک سلول واحدمی تواندانواع مختلفی از رادیکال های آزادراتولید کند.

3) استرس:پاسخ بدن به فشارهای معمولی واسترس باعث تولید رادیکال های آزادمی شودهورمون های که میانجیگری واکنش استرس دربدن را دارندمثل کورتیزول وکاتکول آمین ها که از تخریب آنها رادیکالهای آزاد تولید می شود که مخرب اند.

4) آلودگی هواوعوامل خارجی:آلاینده های هوامثل آزبست.مونواکسید کربن.فرمالدهید.دودسیگار.حلالهای شیمیایی وغذاهای فرآوری شده حاوی سطوح بالایی ازچربی همه محرک قوی تولید رادیکالهای آزاداست.

5) عوامل عمومی:ازعوامل عمومی افزایش سن واختلالات متابولیسمی رامی توان نام برد.درافرادمسن لنفوسیت هاحساسیت بیشتری به قرارگرفتن در معرض پراکسید هیدروژن نسبت به افراد جوان دارند.اختلالات متابولیسمی میتوکندری نیزباعث افزایش نشت ROS  اززنجیره تنفسی می شود.

6) عوامل غذایی(افزودنی های غذایی.الکل.قهوه.غذاهای کباب شده دردرجه حرارت بالا) سموم وموادمخدرازعوامل دیگری اندکه باعث تولید رادیکال های آزاد می شوند.

واکنش های مربوط به رادیکال های آزاد رابه سه مرحله میتوان تقسیم کرد:

1) مرحله شروع: تشکیل رادیکال های آزاد ازگونه های پایدارویاواکنش رادیکال های آزاد راباگونه های پایدارشامل می شود.

2) مرحله اشاعه: شامل واکنش های که درآن تعداد رادیکالهای آزاد یکسان باقی می ماند.

3) واکنش پایان: واکنش های که شامل ترکیب دو رادیکال آزاد برای تشکیل یک گونه با ثبات تر است وتعداد رادیکال آزاد کاهش می یابد.

هدف رادیکال های آزاد:

 رادیکال های آزاد به سه جزء ازاجزای سلولی حمله می کنند:1) لیپیدها: پراکسیداسیون لیپیدها در غشای سلولی می تواند درسیالیت ونفوذپذیری غشای سلولی اختلال ایجاد کرده وآسیب برساند.هنگامی که غشای سلولی توسط رادیکال های آزاد آسیب می بیند سلولها محافظ خود راازدست داده وکل سلول در معرض خطر قرارمی گیرد.

2) پروتئین ها: رادیکال های آزادبه صورت مستقیم به پروتئین ها آسیب می رسانند که می تواند از طریق تاثیر تداخل با فعالیت آنزیم ها وعملکرد پروتئین های ساختاری باشد.

3) DNA: رادیکال های آزاد باحمله به DNA باعث تکه تکه شدن آن شده واگر این روند تخریب ادامه داشته باشد سلولها قادر به عملکرد طبیعی نمی باشند ودچار مرگ سلولی می شوند.

سیستم های دفاعی دربرابر رادیکال های آزاد:

1) آنزیم ها: سلولها به طورمعمولی از خود دربرابرآسیب ROS با استفاده ازآنزیم مثل کاتالاز.سوپراکسیددسموتازو... دفاع می کنند.

2) خودتعمیری: بدن دارای سیستم تعمیروجایگزینی بلوک های ساختمانی آسیب دیده است اجزاء تشکیل دهنده درسلول هرچند روز یکبار بطور کامل جایگزین می شوند.

3) موادمغذی: ویتامین ها وموادمغذی دیگربه عنوان خط دوم دفاعی برای خنثی کردن رادیکال های آزاداند که عبارتنداز ویتامین E . ویتامین C. بتاکاروتن وسلنیوم 

تشخیص رادیکال های آزاد:

 رادیکال های آزاد رابا تکنیکهای خاصی می توان تشخیص داد: رزوناس مغناطیسی هسته ای با استفاده از پدیده ای به نام CIDNP- استفاده از اشعهX- فوتوالکترون طیف سنجی- طیف سنجی جذبی- استفاده ازرادیکال نشانگرپایدار

روش غیر مستفیم : استفاده ازمشتقات غیراختصاصی مواد فیزیولوژیکی مثل اندازه گیری چربی(محصولات پراکسیداسیون)-محصولات اکسیداسیون اسیدهای آمینه(متا تیروزین- ارتوتیروزین)- محصولات پپتیدی اکسیداسیون(اکسیده گلوتاتیون)

رادیکال های آزادوبیماری های انسان:

سرطان: اکسیداسیون مثل اشعه ومواد سرطان زا ایجاد رادیکال های آزادمی کند که رشته DNA راشکسته که این جهش منجربه رونویسی اشتباه ازDNA شده ومی تواندمنجربه سرطان شود.با افزایش سن میزان سرطان افزایش می یابدکه مربوط به آسیب اکسیداسیون درDNA می باشد.

آلزایمر: دربیماری آلزایمراکسیداسیون افزایش می یابدکه باعث دژنراسیون نورون ها می شودواین اختلال باعث مرگ نورون ها می شود.شواهد نشان می دهدوقتی میزان آهن.آلومینیوم وجیوه افزایش می یابد تحریک تولید رادیکال های آزاد بیشتراست.

ناهنجاری در خونرسانی قلب: رادیکال های آزاد اکسیژن ترکیبات بسیار واکنش پذیری اندوباعث اکسیداسیون لیپیدها وپروتئین ها می شوندوباعث اختلال در میوکارد قلب.آسیب های غیرقابل برگشت به اندوتلیوم عروقی وآریتمی پرفیوژن وبیماری های دیگر می شوند.

نقش آنتی اکسیدانها در جلوگیری از آسیب سلولی رادیکال های آزاد: آنتی اکسیدانها با اهداء یکی ازالکترون خود باعث خنثی شدن رادیکال های آزاد می شوندولی خود به رادیکال آزاد تبدیل نمی شوند چون درهردو فرم پایدارندو از آسیب سلولی وبافتی جلوگیری می کنند.ویتامین E فراوان ترین آنتی اکسیدان محلول در چربی است ودر غشاهای سلولی یافت می شودغلظت ویتامینE دربافت چربی mg1 به ازای هر کیلو گرم چربی است فعالیت حیاتی ویتامین E به عنوان کوآنزیم واکنش های آنزیمی وارد عمل می شودوخنثی کردن رادیکال های آزادمهمترین فعالیت آن است ویتامینE رادیکال های آزادی که توسط اکسیدازها تولید می شوند.را خنثی کرده وبه کینون تبدیل می شود.ویتامینE یا توکوفرول اسیدهای چرب چند غیر اشباع رادر غشای سلولی وداخل سلولی ازآسیب اکسیداتیومحافظت می کندوفعالیت آن مکمل عمل گلوتاتیون پراکسیدازاست که احیاء پراکسیدها رادرسیتوپلاسم تسهیل می کند.

اکسیداسیون توکوفرول به کینون فعالیت بیولوژیکی ویتامین رااز بین می بردکینون وسایر متابولیت های اکسید شده دفع می شوند.

ویتامینC فراوان ترین آنتی اکسیدان محلول درآب است که بطور عمده درمایع سلولی عمل می کند.اسید آسکوربیک رادیکال های توکوفروکسیل یا توکوفرون رابه توکوفرول احیاء وویتامین رابازیابی می کند.

نقش آنتی اکسیدانها درجلوگیری از بیماریها(نتیجه گیری):

 آنتی اکسیدانها درکند کردن روند پیری وجلوگیری از بیماریهای قلبی وسکته مغزی وکاهش ابتلا به سرطان نقش دارند.افرادی که دارای سرطان اند مقدار آنتی اکسیدان در خون آنها کمتراست.مشاهدات اپیدمیولوژیک نشان می دهدمیزان سرطان درافرادی که تحت رژیم غذایی سرشار از میوه وسبزی می باشند کمتر است مصرف میوه وسبزی باعث کاهش خطرات ناشی ازسرطان ریه درافراد سالم شده وترکیبی از بتاکاروتن وسایر آنتی اکسیدانها (ویتامینE وسلنیوم) مرگ ومیر ناشی از سرطان معده وبیماری های بدخیم رادرچین کاهش داده ودرمقابل بتاکاروتن وویتامین E به تنهایی چنین اثری را نداشته نکته ای که وجود دارداین است که بتاکاروتن درغلظت های بالاباعث تحریک تولید رادیکال های آزاد شده ودرغلظت های پایین بتا کاروتن اعمال فعالیت آنتی اکسیدانی می کند.ویتامین E که در سطح سیستم ایمنی بدن عمل می کندتولید آنتی بادی وایمنی به واسطه سلولی رادرحیوانات آزمایشگاهی وانسان افزایش می دهد.شواهد نشان می دهدکه بتاکاروتن درترکیب با دودسیگار باعث سرطان سلولهای ریه انسان می شودکه علت آن این است که دود سیگار مشوق تولید رادیکال های بتاکاروتنی است که بسیار ناپایدار است.

Refrence:Halliwell B,Gutteridge jmc.free radicals in biologi and medican.oxford,uk:clarendon press:2007.

Bahorun T,soobrattee ma,luximon_Ramma V,Aroma OI.Free radical and antioxidant in heath and disease.

 سمینار درس بیوشیمی-خانم مهندس زمانی(دانشگاه تبریز)

به طور کلی دو دسته کلینیکی اصلی از دیابت شیرین وجود دارد: 

 الف) دیابت نوع1  که گاهی دیابت شیرین وابسته به انسولین insulin-depedent diabetes mellitus)IDDM) نامیده می شود.

ب) دیابت نوع 2 یا دیابت شیرین غیر وابسته به انسولین insulin-depedent diabetes mellitus(NIDDM) non-  که دیابت مقاوم به انسولین نیز نام دارد.

دیابت نوع 1 از سنین پایین آغاز شده و نشانه های آن به سرعت تشدید می شود، از آنجایی که نقص متابولیک این بیماری ناشی از تخریب خود ایمنی سلولهای β پانکراس و در نتیجه ناتوانی در تولید انسولین کافی می باشد، این بیماری به تزریق انسولین پاسخ می دهد. دیابت نوع 1 هم به انسولین درمانی و هم به کنترل دقیق و مادام العمر تعادل بین غذای دریافتی و دوز انسولین نیاز دارد.

دیابت نوع 2 به کندی پیشرفت می کند نوعاً در افراد مسن و چاق تر دیده می شود، علایم آن خفیف تراند و اغلب در ابتدا تشخیص داده نمی شود. این بیماری در حقیقت شامل گروهی از بیماری هاست که در آنها عملکرد تنظیمی انسولین بهم می ریزد. انسولین تولید می شود آما بعضی از اجزای سیستم پاسخ به انسولین ،معیوب اند. افراد مبتلا به این اختلال مقاوم به انسولین هستند.

علائم مشخصه دیابت نوع 1 و نوع 2 عبارتند از :تشنگی مفرط، پرادراری (پلی اوری) که منجر به نوشیدن مقادیر زیادی آب (پلی دیپسی) می شود. این علائم به دلیل دفع مقادیز زیادی از گلوکز توسط ادرار ایجاد می شوند یعنی وضعیتی که گلوکز اوریا نام دارد.

ارتباط نوع 2 و چاقی ، یک موضوع تحقیقاتی فعال و جذاب است .ایپدمی پاقی و دیابت نوع 2 مرتبط با آن در حال گسترش است. در سراسر جهان بین 150 تا 170 میلیون انسان به دیابت عمدتاً از نوع 2 مبتلا می باشند. آسیب شناسی دیابت شامل بیماری قلبی- عروقی ، نارسایی کلیوی، قطع عضو به دلیل کندی روند بهبود زخم ها و نفرو پاتی است.

خصوصیت بارز دیابت نوع 2، ایجاد مقاومت نسبت به انسولین است. در این حالت مقدار انسولین بیشتری برای بروز اثرات زیستی ای مورد نیاز است که در حالت طبیعی و سلامت توسط مقدار کمتری انسولین بروز می کنند.در مراحل ابتداییی بیماری، سلولهای β پانکراس مقدار کافی انسولین برای غلبه بر کاهش حساسیت عضله و کبد نسبت به انسولین ترشح می نمایند. اما سلولهای β  سرانجام شکست می خورند و فقدان انسولین خود را به صورت ناتوانی بدن در تنظیم گلوکز خون نشان می دهد. حالت بینابینی که قبل از دیابت شیرین نوع 2 بروز می کند ، گاهی سندرم متابولیک یا سندرم X  نامیده می شود. ویژگیهای شاخص این حالت عبارتند از : چاقی بخصوص در ناحیه شکم ، هایپر تانسیون (فشار خون بالا)، وضعیت غیر طیبعی لیپید های خون (TAG و LDL بالا ، HDLپایین)، گلوگز خون نسبتاً بالا و کاهش قدرت پاک شدن خون از گلوکز در تست تحمل گلوکز است.

*: TAGتری آسیل گلیسرول

*LDL)Low-Density Lipoprotein) لیپو پروتئین با چگالی پایین

* HDL )High-Density Lipoprotein) لیپو پروتئین با چگالی بالا

* تست تحمل گلوگز(Glucose Tolerance Test) یک روش تشخیص حساس برای شناسایی دیابت است.پس از یک ناشتایی شبانه به فرد یک دوز آزمایشی شامل 100 گرم گلوکز حل شده در آب داده می شود. غلظت گلوکز خون پیش از انجام آزمایش و نیز در فواصل 30 دقیقه ای تا چندین ساعت پس از خوردن دوز آزمایشی اندازه گیری  می شود. یک فرد سالم گلوکز را به سرعت مصرف می کند در نتیجه غلظت گلوکز خونش از حدود 9 یا 10 میلی مولار بالاتر نمی رود در نتیجه مقدار دفع اداراری گلوکز در این افراد ناچیز است . افراد دیابتی مقدار کمی گلوکز مورد استفاده در آزمایش را مصرف کرده و در نتیجه مقدار گلوکز خون آنها شدیداً بالا رفته و به کندی به سطح ناشتایی بر می گردد. در این حالت از آنجایی که سطوح گلوکز خون از حد آسیتانه کلیه (حدود 10 میلی مولار) بالاتر می رود گلوکز در ادرار دیده می شود.

افراد مبتلا به سندرم متابولیک اغلب تغییراتی را در پروتئین های خون نیز نشان میدهند که همراه با لخته شدن غیر طبیعی (غلظت بالای فیبرینوژن) یا التهاب (غلظت های بالای پپتید واکنش گر C یا C-reactive protein  که در پاسخ به التهاب افزایش می یابد) است.

بر اساس فرضیه (بار لیپیدی) که نحوه شروع دیابت نوع 2 را تشریح می کند اثر γPPARآدیپوسیت ها (سلولهای چربی) بطور طبیعی سلول ها را برای سنتز و ذخیره تری آسیل گلیسرول آماده نگه می دارد. در نتیجه آدیپوسیت ها نسبت به انسولین حساس بوده و لپتین تولید می نمایند.که منجر به تجمع مداوم درون سلولی TAG می شود.(هر چند در افراد چاق سلول های چربی پر از TAGمی شوند و بافت چربی دیگر نمی تواند TAG بیشتری ذخیره کند.)

*PPAR )Peoxisome Proliferator Activated Receptor)  گیرنده فعال شونده توسط عامل تکثیر کننده پراکسی زوم ها ،خانوادهای از عوامل رونویسی هسته ای، که توسط لیگاندهای لیپیدی فعال شده و بیان برخی ژنها از جمله ژنهای کد کننده آنزیم های دخیل در سنتز یا تجزیه لیپید ها را تغیی می دهند. سه ایزو فرم   PPARα، PPARβ وPPARδ  از طریق اثرات هماهنگشان بر بیان ژن در کبد و عضله و بافت چربی و هوموستاز  لیپید و گلوکز را تنظیم می کنند. نوع PPARγ  ذخیره چربی در بافت های مختلف و حساسیت  این بافت ها را نسبت به انسولین تنظیم می نماید .

تلفیق وقایع متابولیک به وسیله PPAR ها. سه ایزوفرم PPAR  از طریق اثرات هماهنگشان بر بیان ژن در کبد، عضله و بافت چربی، هومئوستاز لیپید و گلوکز را تنظیم می کنند.

حساسیت آدیپوسیت ها و پیش ساز های آنها (پره آدیپوسیت ها) نسبت به انسولین کاهش می یابد. بیان ژنهایی که در ایجاد آدیپوسیت های جدید نقش دارن(مثلاً ژنهای مربوط به فاکتورهای رو نویسی SREBP1  ، PPAR ) در آدیپوسیت های افراد چاق کاهش می یابد اما در سایر بافت ها از جمله عضله اسکلتی و کبد که شروع به ذخیره TGAمی کنند افزایش پیدا می کند. در این زمان مقادیر زیادی تری آسیل گلیسرول به طور نابجا (ectopic) در محل های غیر طبیعی ذخیره می شوند.ذخیره اضافی اسیدهای چرب و TAG ها برای کبد وعضله سمی است. بعضی افراد تحمل ژنتیکی کمتری برای کنترل کردن این بار لیپیدهای اکتوپیک داشته و نسبت به آسیب سلولی که موجب بروز دیابت نوع 2 می شود حساس تراند. مقاومت به انسولین احتمالاً حاصل اختلال در مکانیسم های متعدد بروز اثرات متابولیکی انسولین می باشد از جمله : تغییر سطوح پروتئین ها ، تغییر فعالیت آنزیم های مسیر پیام رسانی و فاکتور های رونویسی. برای مثال هم سنتز آدیپونکتین در سلول های چربی و هم سطح آدیپونکتین خون، در اثر چاقی کاهش یافته و با کاهش وزن افزایش می یابد.

*آدیپونکتین یک هورمون پپتیدی با 224 اسید آمینه است که تقریباًفقط در بافت چربی تولید می شود. این ماده موجب افزایش برداشت اسیدهای چرب از خون توسط سلول های عضلانی و افزایش سرعت بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب در عضله می شود. هم چنین سنتز اسید چرب و گلوکونئوژنز را در هپاتوسیت ها مهار می کند و برداشت و کاتابولیسم گلوکز را در عضله و کبد فعال می نماید.

اثرات آدیپونکتین غیر مستقیم بوده و بطور کامل شناسایی نشده اند. اما AMPK  واسطه بروز بسیاری از این اثرات است. آدیپونکتین با تأثیر بر گیرنده اش در غشای پلاسمایی موجب فسفریلاسیون و فعال شدن AMPK   می شود. AMPKآنزیم های خاصی را در فرآیندهای متابولیک کلیدی تنظیم می نماید. مانند PFK-2  فسفو فروکتو کیناز -2 ، GLUT1و GLUT4انتقال دهنده های گلوکز ،FAS1 سنتاز اسید چرب، ACCاستیل کوآکربوکسیلاز ، HSL   لیپاز حساس به هورمون،  GS گلیکوژن سنتاز ، GPATآسیل ترانسفراز.

ایجاد آدیپونکتین و بروز اثرات آن از طریق AMPK

آزمایشاتی که بر روی موش ها صورت گرفته است نشان داده که  موش هایی که ژنهایی معیوب آدیپونکتین دارند نسبت به آنهایی که آدیپو نکتین طبیعی دارند حساسیت کمتری نسبت به انسولین داشته وتحمل کمتری نسبت به گلوکز نشان مدهند. افراد مبتلا به دیابت نوع 2، سطوح آدیپونکتین خونشان پایین تر از افراد سالم است. مسلماً فاکتورهای ژنتیکی وجود دارند که موجب مستعد شدن به دیابت نوع 2 می شوند،ژنتیک دیابت پیچیده است .ارتباط حداقل 10 لوکوس ژنتیکی با دیابت نوع 2 به اثبات رسیده است . تنوع هر کدام از این "ژن های دیابت زا"diabetogenes به تنهایی به میزان اندکی احتمال بروز دیابت نوع 2 را افزایش می دهد مثلاً در افرادی که دارای واریانتی از PPARγ   که در آن یک ریشه Ala  جای ریشه Pro  موقعیت 12 را می گیرد خطر ابتلا به دیابت به میزان اندک اما معنی داری افزایش می یابد.

مطالعات نشان می دهد که سه عامل موجب ارتقاء  سلامت افراد مبتلا به دیابت می شوند:محدودیت غذایی مناسب،ورزش منظم و استفاده از داروهایی که حساسیت به انسولین یا تولید آن را افزایش می دهند. محدودیت غذایی (و کاهش وزن ناشی از آن) با حاصل از اسید های چرب را کاهش می دهد وترکیب لیپیدی رژیم غذایی، با واسطه PPAR   ها و سایر فاکتورهای رونویسی، روی بیان ژنهایی تأثیر می گذارندکه مربوط به پروتئین های دخیل در اکسیداسیون اسید چرب و اتلاف انرژی از طریق گرمازایی هستند. ورزش همانند آدیپو نکتین ها، موجب فعال شدن AMPK می شود.AMPK متابولیسم را به سمت اکسیداسیون چربی سوق می دهد و سنتز چربی را مهار می نماید.

انواع مختلفی از داروها برای کنترل دیابت نوع 2 مورد استفاده قرار میگیرد: بیگوانیدهایی مثل متفورمین (نام دیگر آن گلوکوفاز)AMPK  رافعال کرده، اثراتی مشابهی اثرات آدیپونکتین ایجاد می کنند.  تیازولیدین دیون ها ، از طریق PPAR ها غلظت آدیپونکتین پلاسما را بالا برده و تمایز آدیپوسیتی را تحریک کرده به این طریق ظرفیت ذخیره TAG را بالا میبرند.سولفونیل اوره ها روی کانال های پتاسیم دریچه دار وابسته به ATP در سلول های β  اثر می کنند تا رها شدن انسولین را تحریک نمایند.

سمینار خانم مهندس خالقی- درس بیوشیمی-دانشگاه تبریز