Poniższy artykuł jest zapisem webinaru (część 3), który odbył się 13.02.2021 r.
W pierwszych dwóch częściach skupiliśmy się na ogólnych informacjach dotyczących stresu oksydacyjnego. Poniższy artykuł zagłębia się w bardziej szczegółowe i skomplikowane aspekty tego tematu. Aby lepiej zrozumieć niniejsze informacje, zachęcamy do zapoznania się z częścią pierwszą (reakcje redoks w organizmach żywych) i drugą (znaczenie i skutki stresu oksydacyjnego), które dostarczają istotnych podstaw.
W kontekście stresu oksydacyjnego będziemy używać terminu „wolne rodniki”, mimo że naukowo poprawne są określenia „reaktywne formy tlenu” lub „reaktywne formy azotu”. Jest to podyktowane chęcią uproszczenia przekazu i uniknięcia zbędnego komplikowania języka.
Spis treści
- Źródła wolnych rodników
- Poszukiwania eliksiru młodości
- Proces starzenia z perspektywy naukowej
- Przyczyny starzenia się komórek
- Wzajemne powiązania czynników starzenia
- Glikacja i jej wpływ na proces starzenia
- Homocysteina i jej rola w starzeniu
- Metylacja jako proces ochronny
- System antyoksydacyjny
- Stres oksydacyjny
Źródła wolnych rodników
Głównym źródłem wolnych rodników są mitochondria. To one odpowiadają za generowanie około 80-90% wszystkich wolnych rodników w organizmie człowieka. Badania w tej dziedzinie, choć niełatwe do znalezienia, dostarczają fascynujących danych. Wiele z nich pochodzi z medycyny kosmicznej, zarówno amerykańskiej, jak i rosyjskiej. Szczególnie warto zwrócić uwagę na prace profesora z Uniwersytetu Łomonosowa, które dają wgląd w przekształcanie tlenu w mitochondriach do reaktywnych form tlenu.
Poszukiwania eliksiru młodości
Od zarania dziejów, ludzkość fascynowała idea zatrzymania młodości, opóźnienia procesu starzenia, a nawet osiągnięcia nieśmiertelności. W historycznych poszukiwaniach eliksiru młodości angażowali się alchemicy, średniowieczni magowie, a nawet medycy. Niektórzy wierzyli, że kluczem może być Święty Graal, podczas gdy inni byli gotowi sprzedać duszę diabłu w zamian za wieczną młodość. Ta uniwersalna tęsknota za młodością i nieśmiertelnością jest głęboko zakorzeniona w ludzkiej naturze.
Proces starzenia z perspektywy naukowej
Zamiast skupiać się wyłącznie na metaforycznym poszukiwaniu młodości, należy zadać fundamentalne pytanie: dlaczego się starzejemy i jak to się dzieje? Obecna nauka odpowiada, że starzenie całego organizmu jest rezultatem starzenia się pojedynczych komórek. Starzenie na poziomie molekularnym, struktur i funkcji komórkowych oznacza, że gdy komórki starzeją się, cały organizm również podlega temu procesowi. Dawniejsze koncepcje, takie jak geny śmierci, które uruchamiałyby się w odpowiednim czasie, obecnie nie są uznawane. Mówimy raczej o wyczerpywaniu się zdolności życiowych komórek, co prowadzi do starzenia i śmierci organizmu.
Przyczyny starzenia się komórek
Zadając pytanie o biochemiczną przyczynę starzenia się komórek, dochodzimy do wniosku, że najsilniejszym czynnikiem jest stres oksydacyjny. To on otrzymuje w naszym zestawieniu negatywny złoty medal. Oprócz stresu oksydacyjnego istnieją jeszcze inne procesy przyczyniające się do starzenia – glikacja i homocysteinylacja. Glikacja, wywołana głównie przez glukozę i inne proste cukry, oraz homocysteina, związana z witaminą B12, są również kluczowymi czynnikami.
Wzajemne powiązania czynników starzenia
Istotne jest zauważenie, że te trzy procesy – stres oksydacyjny, glikacja i homocysteinylacja – wzajemnie się nasilają i wpływają na siebie. Stres oksydacyjny potęguje glikację, a glikacja z kolei nasila stres oksydacyjny. Podobnie homocysteina wzmacnia zarówno glikację, jak i stres oksydacyjny. W tym kontekście stres oksydacyjny jest uważany za najważniejszy, ponieważ dotyka każdego, niezależnie od wieku. Choroby takie jak cukrzyca czy podwyższony poziom homocysteiny dotyczą mniejszej części populacji, ale ich wpływ na proces starzenia jest porównywalny ze stresem oksydacyjnym.
Glikacja i jej wpływ na proces starzenia
Glikacja to proces, który zazwyczaj dotyka białek, prowadząc do powstawania glikoprotein, rzadziej tłuszczów, tworząc glikolipidy. W odróżnieniu od stresu oksydacyjnego, który atakuje również DNA, glikacja zazwyczaj nie dotyczy naszych kwasów nukleinowych. Glikacja to proces spontaniczny, nieenzymatyczny, który zachodzi, gdy obok białka lub tłuszczu znajdują się cukry proste, takie jak glukoza czy fruktoza. Proces ten przyspiesza w wyższej temperaturze. Jest on znany jako reakcja Millarda. Przykładem takiej reakcji jest powstawanie skórki chleba podczas pieczenia, gdy cukier z mąki łączy się z białkami.
Znaczenie glikacji w organizmie
Podobny proces glikacji zachodzi w komórkach naszego organizmu na mniejszą skalę, ale z podobnymi skutkami. Uszkodzone, zglikowane białka stają się twarde, mniej elastyczne i nie spełniają swojej funkcji. Im więcej takich białek jest uszkodzonych, tym gorzej dla funkcjonowania organizmu.
Hemoglobina glikowana jako wskaźnik glikacji
Hemoglobina glikowana (HbA1C), używana głównie w diagnostyce cukrzycy, jest dobrym przykładem procesu glikacji. Norma górna wynosi do 5,9% hemoglobiny glikowanej. Jeżeli 6% hemoglobiny jest uszkodzone, oznacza to, że 94% działa prawidłowo. Niższe wartości HbA1C wskazują na lepszy stan zdrowia. Ponadto, jeśli 6% hemoglobiny jest glikowanej, inne białka w organizmie również są uszkodzone w podobnym stopniu, co wpływa na struktury takie jak kolagen i elastyna w skórze.
Homocysteina i jej rola w starzeniu
Homocysteina to aminokwas, który nie jest wbudowany w nasze białka, ale jest pośrednim metabolitem w cyklu metioninowo-cysteinowym. Jej zwiększone stężenie w organizmie, spowodowane na przykład brakiem witamin B6, B9, B12 lub zaburzeniami procesów metylacji, prowadzi do uszkodzenia białek, lipidów i przedwczesnego starzenia się komórek.
Metylacja jako proces ochronny
Metylacja, polegająca na przyłączaniu grupy metylowej (CH3) do białek czy DNA, stanowi mechanizm obronny organizmu. Odpowiednia metylacja chroni przed atakiem wolnych rodników, glukozy, czy homocysteiny. Natomiast system antyoksydacyjny, choć skuteczny w walce ze stresem oksydacyjnym, nie chroni przed glikacją czy homocysteiną.
System antyoksydacyjny
Przejdźmy do systemu antyoksydacyjnego, analizując jego rolę w ochronie przed uszkodzeniami spowodowanymi przez stres oksydacyjny. W tym kontekście, metylacja i system antyoksydacyjny odgrywają kluczową rolę w zapobieganiu procesom starzenia się na poziomie molekularnym i komórkowym.
Hormony stresu – adrenalina i kortyzol
W sytuacji stresu, nasze nadnercza wyrzucają dwa kluczowe hormony: adrenalinę i kortyzol. Niezależnie od rodzaju stresora – hałasu czy przykrych wydarzeń – te hormony aktywizują się. Adrenalina powoduje wzrost ciśnienia krwi i przyspieszenie akcji serca, podczas gdy kortyzol zwiększa stężenie glukozy w krwi, dostarczając energii do spalenia.
Adrenalina uwalnia się niemal natychmiastowo, czasem można nawet odczuć skurcz w okolicy nerki. Kortyzol natomiast pojawia się po kilkunastu minutach. Jeśli stres trwa tylko kilka godzin i sytuacja wraca do normy, mówimy o stresie fizjologicznym. Problemem staje się stres chroniczny, przy którym stresory działają na człowieka przez długi okres, przyspieszając wyczerpywanie i starzenie się komórek.
Magnez jako punkt styczny stresów
Magnez jest wspólnym mianownikiem obu rodzajów stresu. Jest niezbędny do działania heksokinazy, enzymu umożliwiającego transport glukozy do komórek. W warunkach ciągłego stresu hormonalnego, poziom magnezu może się obniżać, ograniczając wchłanianie glukozy i osłabiając komórki. Magnez jest również kluczowy dla syntezy glutationu, najsilniejszego wewnątrzkomórkowego antyoksydantu. Brak magnezu uniemożliwia produkcję glutationu, co sprawia, że wolne rodniki mogą wyrządzić znaczne szkody w komórkach.
Stres oksydacyjny
Stres oksydacyjny to nierównowaga między działaniem wolnych rodników a zdolnością organizmu do ich neutralizacji. Wolne rodniki to „padający deszcz”, przeciwko któremu mamy „parasol ochronny” w postaci systemu antyoksydacyjnego. Jeśli ten system jest sprawny i wolnych rodników jest niewiele, uszkodzenia komórkowe są minimalne. Jednak w sytuacji przewagi wolnych rodników, szczególnie gdy nasz system antyoksydacyjny jest osłabiony, komórki szybciej się starzeją, a organizm przedwcześnie umiera.
Enzymy naprawcze – ostatnia linia obrony przed stresem
Ostatnią linią obrony przed wolnymi rodnikami są enzymy naprawcze, które mogą częściowo naprawiać wyrządzone szkody. Zaburzenie równowagi na rzecz nadmiaru wolnych rodników prowadzi do ich toksycznego działania, uszkadzając DNA, białka i lipidy komórkowe.
