Reaktive Sauerstoffspezies

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Reaktive Sauerstoffspezies (englisch reactive oxygen species, ROS) – auch vereinfachend als „Sauerstoffradikale“ bezeichnet – sind im biologischen Kontext für den Organismus möglicherweise schädliche Formen Sauerstoff-enthaltender Stoffe, die bei oxidativem Stress und damit bei verschiedensten Erkrankungen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen,[1] aber auch beim Altern eine Rolle spielen.[2] Reaktive Sauerstoffspezies bewirken bei Proteinen Proteinoxidation und bei Lipiden Lipidperoxidation.

Zu den ROS gehören zum einen Radikale wie das Hyperoxid-Anion (alte Bezeichnung: Superoxid-Anion) O2·, das hochreaktive Hydroxyl-Radikal OH·, das Peroxylradikal ROO· und das Alkoxylradikal RO· von Lipiden, zum anderen stabile molekulare Oxidantien wie Wasserstoffperoxid H2O2, Hydroperoxid ROOH, Ozon O3 und das Hypochlorit-Anion OCl sowie angeregte Sauerstoffmoleküle (Singulett-Sauerstoff 1O2).

Die ROS in einer Übersicht:

Formelzeichen Bezeichnung Anmerkung
O2· Hyperoxid-Anion freies Radikal, sekundärer Botenstoff,[3] alte Bezeichnung: Superoxid-Anion
HO· Hydroxyl-Radikal freies Radikal, hochreaktiv
HOO· Hydroperoxyl-Radikal freies Radikal
ROO· Peroxylradikal freies Radikal, Zwischenstufe bei der sensibilisierten Photooxidation,[4] siehe auch Autoxidation
RO· Alkoxylradikal freies Radikal, bei Lipiden
H2O2 Wasserstoffperoxid Edukt zur Bildung anderer ROS, sekundärer Botenstoff[3]
ROOH Hydroperoxid
O3 Ozon
OCl Hypochlorit-Anion
1O2 Singulett-Sauerstoff angeregtes Sauerstoffmolekül

Im Organismus entstehen reaktive Sauerstoffspezies in den Mitochondrien als Nebenprodukt der Zellatmung (durch Monoaminooxidasen und im Rahmen der Atmungskette an Komplex I und an Komplex III), aber auch durch Entzündungszellen, um so Viren und Bakterien zu schädigen. ROS (vor allem Wasserstoffperoxid und Stickstoffmonoxid) kommen auch bei der pflanzlichen Abwehr von Pathogenen zum Einsatz.

Umweltgifte und Zigarettenrauch sind weitere bedeutende Quellen für reaktive Sauerstoffspezies.

Durch die Reaktion des Hyperoxid-Anions O2· mit Stickstoffmonoxid NO· entsteht zudem Peroxynitrit ONOO, das mit Stickstoffmonoxid zusammen als Reaktive Stickstoffspezies (RNS) bezeichnet wird und eine ebenfalls hochreaktive Verbindung darstellt (allerdings kein freies Radikal ist). ROS und RNS sind somit wichtige Oxidantien, denen im Körper die Antioxidantien entgegenwirken.

Neuere Studien schreiben ROS wie dem Hyperoxid und dem Wasserstoffperoxid neben der Generierung oxidativen Stresses eine wichtige Signalfunktion z. B. im Gehirn bei der Signalübertragung, der synaptischen Plastizität und der Gedächtnisbildung zu. Sie wirken dort zudem stark vasodilatierend (gefäßerweiternd) und scheinen daher wichtig für die Steigerung des zerebralen Blutflusses und des zerebrovaskulären Tonus zu sein.[5] Des Weiteren beeinflussen sie über den Wnt-Signalweg Wachstum und Teilung von Zellen bei der Regeneration abgetrennter Schwänze von Kaulquappen und Echsen.[6]

Die Bildung von reaktiven Sauerstoffmetaboliten durch die Monoaminooxidasen (MAO) können durch MAO-Hemmer wie die Antiparkinsonmedikamente Selegilin oder Rasagilin unterbunden werden. Diese Medikamente wirken somit neuroprotektiv.

In Folge der Oxidation entstehen Reaktive elektrophile Spezies.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. N. Panth, K. R. Paudel, K. Parajuli: Reactive Oxygen Species: A Key Hallmark of Cardiovascular Disease. In: Advances in medicine. Band 2016, 2016, S. 9152732, doi:10.1155/2016/9152732, PMID 27774507, PMC 5059509 (freier Volltext).
  2. A. Sanz: Mitochondrial reactive oxygen species: Do they extend or shorten animal lifespan? In: Biochimica et biophysica acta. Band 1857, Nummer 8, August 2016, S. 1116–1126, doi:10.1016/j.bbabio.2016.03.018, PMID 26997500.
  3. a b SG Rhee: Redox signaling: hydrogen peroxide as intracellular messenger. In: Exp Mol Med., 1999, 31(2), S. 53–59
  4. Essentials of molecular Photochemistry, A. Gilbert, J. Baggott, 1991, S. 503, ISBN 0-632-02428-3
  5. KT Kishida, E Klann: Sources and targets of reactive oxygen species in synaptic plasticity and memory. In: Antioxid Redox Signal, 2007, 9:233–244, PMID 17115936.
  6. Forscher wollen von Kaulquappen lernen. Spiegel Online, 14. Januar 2013.