ROS/RNOS

Question 1

RNOS forbindelsen peroxynitrit er årsag til mange skader på organismens celler under “oxidative stress”. Skaderne på organismen kan føre til cancer, kardiovaskulære sygdomme, betændelsestilstande og neurodegenerative sygdomme.

1. Opskriv den reaktion, hvorved peroxynitrit dannes i cellen.

Answer 1

O₂^-•+ NO• ⇒ ONOO-

(superoxid + nitrogenoxid ⇒ peroxynitrit)

Question 2

RNOS forbindelsen peroxynitrit er årsag til mange skader på organismens celler under “oxidative stress”. Skaderne på organismen kan føre til cancer, kardiovaskulære sygdomme, betændelsestilstande og neurodegenerative sygdomme.

2.Angiv, hvilke skader på cellens proteiner der kan fremkaldes af peroxynitrit

Answer 2

Peroxynitrit kan medføre dannelsen af nitrotyrosin og oxidation af proteiner, hvilket fører til dannelsen af proteinaggregater i de såkaldte ”Lewy bodies”.

Question 3

RNOS forbindelsen peroxynitrit er årsag til mange skader på organismens celler under “oxidative stress”. Skaderne på organismen kan føre til cancer, kardiovaskulære sygdomme, betændelsestilstande og neurodegenerative sygdomme.

Mange af skaderne på cellen, der fremkaldes af ROS/RNOS forbindelser begrænses af enzymet glutathion peroxidase.

3. Angiv den reaktion der katalyseres af glutathion peroxidase

Answer 3

2 GSH + H₂O₂ ⇒ GS-SG + 2 H₂O

(2 x glutathion + hydrogen peroxid ⇒ glutathion disulfide + vand).

Question 4

I mange reaktioner i cellen dannes hydrogen peroxid, der tilhører gruppen af ROS-forbindelser. Hydrogen peroxid kan indgå i en række reaktioner, hvorved der dannes meget reaktive ROS-forbindelser.

1. Nævn to af disse reaktioner, og angiv, hvilken reaktiv ROS-forbindelse der dannes.

Answer 4

Haber-Weiss reaktionen og Fentons reaktion, hvor der dannes hydroxyl radikale.

Question 5

I mange reaktioner i cellen dannes hydrogen peroxid, der tilhører gruppen af ROS-forbindelser. Hydrogen peroxid kan indgå i en række reaktioner, hvorved der dannes meget reaktive ROS-forbindelser.

2. Angiv navnene på to antioxidant enzymer, der katalyserer fjernelsen af hydrogen peroxid.

Answer 5

Katalase og glutathion peroxidase.

Question 6

I fagocyterende celler indgår hydrogen peroxid i dannelsen af hypochlorsyrling (HOCl) i en enzymkatalyseret reaktion.

Opskriv denne reaktion, og angiv navnet på det enzym, der katalyserer den

Answer 6

H₂O₂+ Cl^-⇒ HOCl + OH^- (hydrogen peroxid + chlorid ⇒hypochlorsyrling + hydroxid ion).

Enzymets navn er myeloperoxidase.

Question 7

Fagocyterende celler danner superoxid og andre ROS/RNOS forbindelser, der medvirker i bakteriedrab.

1. Angiv navnet på det enzym, der er ansvarlig for dannelsen af superoxid.
2. Opskriv reaktionen, og angiv navnet på den sygdom, der opstår ved mangel på dette enzym.

Answer 7

1. Enzymet hedder NADPH oxidase(NOX).
2. NOX katalyserer reaktionen:
   
   • NADPH + 2O₂ →NADP⁺+ 2O₂⁻
   • Personer der mangler NOX lider af sygdommen kronisk granulomatøs sygdom(CGD).

Question 8

Aldersrelateret macula degeneration (AMD) skyldes en gradvis nedbrydning af de områder i nethinden , der er ansvarlige for skarpsynet. Sygdommen menes at være forårsaget af især en bestemt ROS forbindelse.

Angiv denne forbindelse

Answer 8

• Aldersrelateret macula degeneration kan skyldes angreb af ROS på retinacellernes membran, hvorved cellerne går til grunde.
• Det menes at være singlet oxygen, der er ansvarlig for skaderne.
• Dette dannes ved excitation af ilt via farvestoffer indeholdt i lipofuscin granula

Billede er tilføjet fra slides (altså ikke del af facit)

Question 9

Det er påvist, at der dannes mange ROS/RNOS-forbindelser hos diabetikere. Et af de steder, hvor der dannes særlig meget ROS/RNOS, er i elektrontransporten i mitokondrier.

Benævn den reaktion, der primært er ansvarlig for dannelsen af ROS i mitokondriernes elektrontransportkæde, og angiv, hvilken ROS-forbindelse der dannes i denne reaktion

Answer 9

Reaktionen mellem ubisemiquinon og molekylær ilt danner superoxid (coQ• + O2 → coQ + O2-).

Question 10

Der er påvist dannelse af 8-hydroxyguanin i bugspytkirtlens β-celler hos diabetikere.

Benævn den ROS-forbindelse, der er ansvarlig for dannelsen af 8-hydroxyguanin?

Answer 10

Hydroxylradikalet (OH•).

Question 11

Behandling med ikke-enzymatiske antioxidanter kan mindske skader på β-cellerne hos diabetikere.

Nævn to af disse antioxidanter.

Answer 11

Vitamin E (α-tocopherol) og vitamin C (askorbinsyre) (N-acetyl L-cystein, glutathione, vitamin A og β-caroten accepters også som svar).

Question 12

Basen guanin kan oxideres til 8-hydroxyguanin af ROS/RNOS forbindelser.

Angiv hvilken ROS/RNOS forbindelse, der deltager i oxidationen og hvilke skader på cellen dette kan føre til.

Answer 12

Guanin kan reagere med hydroxyl radikalet til 8-hydroxyguanin.

8-hydroxyguanin kan ikke parre med cytosin, men parrer i stedet med adenin, hvorved der opstår en mutationi cellens DNA.

Question 13

Det er vigtigt for cellen at opbevare Fe2⁺ bundet til proteinet ferritin, da forekomsten af frit Fe2⁺ i cellens cytoplasma kan fremkalde skader på cellen.

Forklar hvorfor dette er vigtigt, og benævn den reaktion der primært er ansvarlig for dannelsen af de skadelige stoffer.

Answer 13

• Cellens mitokondrier danner hele tiden superoxid, der igen omdannes til hydrogen peroxid via superoxid dismutase.
• Den dannede hydrogen peroxid kan reagere med frit Fe2⁺ i cytoplasma i Fentons reaktionog danne hydroxylradikalet, der igen kan reagere med cellens lipider, proteiner og DNA.
• Når Fe2⁺ bindes til ferritin kan det ikke deltage i Fentons reaktion

Question 14

En nylig undersøgelse af effekten af vitamin E på patienter med let til moderat Alzheimers sygdom viste, at et dagligt indtag af 2000 IU vitamin E kan sænke sygdommens progression med op til 20% årligt.

Angiv en muligt relevant reaktion med deltagelse af ROS/RNOS, der bremses af vitamin E, og angiv baggrunden herfor.

Angiv endvidere funktionen af og navnet på det vitamin, der sammen med vitamin E beskytter mod ROS/RNOS.

Answer 14

• Reaktionen er lipid peroxidation, der nedbryder cellens membraner.
• Reaktionen bremses af vitamin E (a-tocopherol), da dette oxideres af ROS/RNOS i stedet for membranlipidernes fedtsyrer til et stabilt frit a-tocopherol radikale.
• Dette radikale reduceres tilbage til vitamin E af vitamin C (ascorbinsyre).

Question 15

Opskriv den reaktion, der katalyseres af enzymet superoxid dismutase.

Angiv, hvor i cellen, dette enzym er lokaliseret.

Answer 15

Superoxid dismutase katalyserer reaktionen:

2O₂^- + 2H⁺ ⇒ H₂O₂ + O₂

Enzymet er lokaliseret i cellens cytoplasma, i mitokondrierne samt i ekstracellulærfasen.

Question 16

ROS dannes bl.a. i eukaryote cellers mitokondrier.

Angiv hvilket ROS der bliver dannet i mitokondrierne og opskriv reaktionen ved hvilken det dannes.

Answer 16

Ved reaktion mellem molekylær ilt (O2) og CoQH·(semiquinon formen af coenzym Q) i mitokondriernes elektrontransportkæde dannes superoxid (O2^-·).

Reaktionen er:

CoQH·+O2 ⇒ CoQ+O2^-·(+H⁺)

Question 17

Nævn de to enzymer i cellens mitokondrier, der beskytter disse mod skader fremkaldt af ROS.

Answer 17

Enzymerne hedder superoxid dismutase (SOD) og glutathion peroxidase (katalase kan også accepteres som svar).

Question 18

ROS/RNOS kan fremkalde brud på cellens DNA-strenge og mutationer.

Beskriv, hvorledes mutationer kan opstå ved en reaktion mellem et ROS og en base i DNA.

Answer 18

Mutationer kan fremkaldes ved, at basen guanin reagerer med hydroxylradikalet og danner hydroxyguanin.

Dette kan føre til en fejlparring med adenin, hvorved et G-C par erstattes af et A-T par i dattercellen.

Question 19

Opskriv den reaktion der katalyseres af enzymet katalase.

Angiv, i hvilket organel i cellen der findes særligt meget af dette enzym.

Answer 19

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂.

Der findes meget af enzymet i cellens peroxisomer (mitokondrier kan også accepteres som svar).

Question 20

Et bestemt aldehyd, der menes at være et resultat af skader forårsaget af ROS/RNOS, kan måles i hjernen fra patienter med Alzheimers sygdom.

Angiv, hvilket aldehyd der er tale om og i hvilken proces det dannes.

Answer 20

Aldehydet hedder malondialdehyd og er et produkt af lipidperoxidation af cellens membranlipider, der nedbrydes af ROS/RNOS

Question 21

Skader på cellen forårsaget af ROS kan i mange tilfælde tilskrives reaktioner, hvori hydroxylradikalet deltager.

Opskriv to reaktioner i cellen i hvilke hydroxylradikalet kan dannes.

Answer 21

Question 22

Angiv den reaktion, der katalyseres af enzymet Superoxid Dismutase (SOD).

Answer 22

2O₂^-• + 2H⁺ → H₂O₂ + O₂

Question 23

Angiv hvilket andet enzym der sammen med SOD virker i beskyttelsen mod ROS.

Answer 23

• Superoxid dismutase virker mange steder i cellen (f.eks. i cytoplasma og i mitokondrier) sammen med enzymet glutathion peroxidase, der katalyserer reduktionen af hydrogen peroxid til vand.
• (Katalase, der katalyserer spaltning af hydrogen peroxid til ilt og vand, accepteres også som korrekt svar).

Question 24

Redegør kort for, hvilken af følgende tre hæmmere der med fordel ville kunne anvendes i behandlingen af tidlige stadier af Parkinsons sygdom:

• (i) xanthin oxidase hæmmer
• (ii) superoxid dismutase hæmmer
• (iii) monoamin oxidase hæmmer

Answer 24

• I patienter med Parkinsons sygdom ses en forøgelse af aktiviteten af monoamin oxidase, der katalyserer dannelsen af hydrogen peroxid.
• Sidstnævnte kan ved reaktion med Fe2+eller superoxid dannet i mitokondrierne danne det meget reaktive hydroxyl radikal, der medfører neurale skader.
• En hæmning af monoamin oxidasen vil reducere disse skader i det tidlige stadium af Parkinsons sygdom.

Question 25

Beskriv kort hvorledes nitrogenoxid (NO) dannes i cellen.

Answer 25

* Nitrogenoxid dannes i reaktionen katalyseret af enzymet **nitrogen oxid synthase.** * NO dannes ud fra aminosyren arginin + O2+ NADPH. * Reaktionsprodukterne er NO+ citrullin + NADP⁺. * (Arginin + NADPH + O₂→ Citrullin + NADP⁺ + NO)

Question 26

Forklar kort, hvad der forstås ved ”reactive oxygen species” (ROS) og angiv 2 eksempler på sådanne.

Answer 26

ROS er reaktive oxygen radikaler eller forbindelser, der let omdannes til sådanne. Eksempler herpå er radikalerne superoxidanionen og hydroxidradikalet og ikke-radikalet hydrogenperoxid *Laurits: Synes ikke "hydroxidradikalet" lyder rigtigt. Mon ikke de mente "hydro**_xyl_**-radikalet"? Se billede fra slides.*

Question 27

Angiv to ikke-enzymatiske antioxidanter i cellen og gør kort rede for hvordan de beskytter cellen mod ROS.

Answer 27

* α-tocopherol (vitamin E) og ascorbinsyre (vitamin C). * Vitamin E er fedtopløselig og beskytter cellens membraner mod skader forårsaget af ROS (lipid peroxidation). * I denne proces oxideres vitamin E til tocopheryl quinon. * Ascorbinsyre, der er vandopløselig, virker ved at regnerere det oxiderede vitamin E. * (Carotenoider, flavonoider og glutathion kan også accepteres som * svar).

Question 28

Angiv navnet på det enzym der katalyserer reaktionen: **2GSH + H2O2 → GS-SG + 2H2O** (GSH=glutathion) og beskriv hvorledes glutathion disulfid (GS-SG) igen omdannes til glutathion.

Answer 28

* Enzymets navn er **glutation peroxidase**. * **Glutathion disulfid** omdannes igen til glutathion i en reaktion katalyseret af **glutathion reductase**. * I reaktionen deltager også NADPH der oxideres til NADP+. * (GS-SG + NADPH + H+ → 2GSH + NADP+).

Question 29

Navngiv to reaktioner i hvilke hydroxylradikalet OH• dannes i cellen.

Answer 29

Reaktionernes navne er **Fenton’s reaktion** og **Haber-Weiss reaktionen**.

Question 30

Opskriv den reaktion, der katalyseres af enzymet myeloperoxidase og angiv hvilken ROS forbindelse der dannes i rekationen. Angiv endvidere i hvilken type celler enzymet findes

Answer 30

H₂O₂ + Cl^- + H⁺ ⇒ HOCl + H₂O Den ROS forbindelse der dannes i reaktionen er hypochlorsyrling (HOCl), der er særdeles reaktiv. Enzymet findes i store mængder i i**mmunsystemets fagocyterende celler** (fortrinsvis **neutrofile granolocyter**).

Question 31

Angiv hvilken af følgende ROS forbindelser, der er den mest reaktive: * superoxid * hydrogen peroxid * hydroxyl radikalet

Answer 31

**Hydroxyl radikalet** ## Footnote Alle tre ROS forbindelser er meget reaktive, men den mest reaktive er hydroxylradikalet der kan oxidere næsten alle biologiske forbindelser i cellen (proteiner, nukleotider, lipider, kulhydrater).

Question 32

Beskriv kort hvorledes glutathion deltager i beskyttelsen af cellen mod ROS

Answer 32

* Glutathion kan blive oxideret i både i ikke-enzymatiske reaktioner af organiske radikaler, der igen er dannet fra ROS (især hydroxyl radikalet), og i en reaktion med hydrogen peroxid katalyseret af glutathion peroxidase. * Det oxiderede glutathion reduceres igen til glutathion i en reaktion katalyseret af glutathion reduktase, der anvender NADPH som reduktant.

Question 33

Patienter med kronisk granulomatøs sygdom (chronic granulomatous disease)har en genetisk defekt i et bestemt enzym. ## Footnote **Hvilket enzym er der tale om og hvad er dets funktion?**

Answer 33

* Enzymet er NADPH oxidase og dets funktion er at danne ROS (fortrinsvis superoxid) i immunsystemets fagocyterende celler (granulocytter). * Den dannede ROS dræber bakterier og svampe.

Question 34

Angiv hvordan stoffet peroxynitrit(ONOO-) dannes i cellen. I hvilken tilstand dannes der særlig meget af denne RNOS forbindelse?

Answer 34

Peroxynitrit dannes ved en reaktion mellem superoxid (O2-·) og NO. NO + O2^-*⇒ ONOO^- Der dannes særligt meget peroxynitrit under en **betændelsestilstand** hvor der dannes både meget NO og meget superoxid.

Question 35

**Beskriv kort hvordan ROS kan dannes i cellens mitochondrier?** **Hvilken ROS forbindelse dannes fortrinsvis i disse organeller?**

Answer 35

ROS dannes i cellens mitochondrier fordi ilt (O2) kan reagere med den en-elektron reducerede form af coenzym Q (coQH·) og danne superoxid.

Question 36

Hvilke to enzymer er indeholdt i cellens mitochondrier til beskyttelse mod ROS og hvordan virker de?

Answer 36

Cellens mitochondrier indeholder mindst to enzymer til beskyttelse mod ROS: (1) **superoxid dismutase**, der katalyserer dismutationen af superoxid: 2_O2^-* + H⁺ ⇒ H₂O₂ + O₂ (2) **glutathion peroxidase**, der katalyserer oxidationen af glutathion med hydrogen peroxid som elektron acceptor: 2GSH + H₂O₂ ⇒ GS-SG + 2H₂O

Question 37

ROS kan reagere med lipider i cellens membraner. Hvilke typer af lipider er særligt udsatte for nedbrydning af ROS?

Answer 37

Det er især lipider med flerumættede fedtsyrer der er udsatte for ROS. F.eks. kan dobbeltbindingen i en sådan fedtsyre reagere med først hydroxylradikalet og siden O2og danne lipidperoxid