هنگامی که تعادل بین آنتی اکسیدان­ها و رادیکال­های آزاد از بین برود، استرس اکسیداتیو ایجاد می­شود که در این صورت بیومولکول­های حیاتی بدن مانند DNA آسیب وارد شده و تجمع این آسیب­ها  باعث تغییر در انتقال پیام و بیان ژن، تغییر و جهش و در نهایت مرگ سلولی می­شود. سلول­ها با مجموعه­ای از پاسخ­های زیستی مانند توقف در چرخه سلولی، رونویسی از ژن، شروع مسیرهای انتقال و تعمیر DNA به عدم تعادل چرخه اکسیداسیون و احیا پاسخ می­دهند و این تغییرات باعث نکروز، پیری یا آپوپتوز می­شود و یا ممکن است سلول زنده مانده، تکثیر یابد .حمله رادیکال­های آزاد به اجزا مهم سلولی مانند لیپیدها، DNA، پروتئین و کربوهیدرات­ها  باعث تغییر در ساختار و عملکرد آن­ها می­شود.

لیپیدها: رادیکال­های آزاد  باعث پراکسیداسیون لیپیدهای غشایی می­شوند و با اثر بر تخریب نظم و ترتیب قرار گرفتن لایه­های لیپیدیی غشا، غیر فعال کردن رسپتورها و آنزیم­های غشایی، نفوذ پذیری غشا را افزایش می­دهند. در نتیجه پراکسیداسیون لیپیدهای آندروژن غشایی در اثر رادیکال­های آزاد، تولید محصولات سمی است که به عنوان پیامبر ثانویه در سلول رفتار می­کنند، این ترکیبات مانند malondialdehyde (MDA)، 4- hydroxynonenal (4- HNE)، انواع 2- alkenal و Isoprostanes هستند که اثرات سمی برای سلول دارند.

DNA: رادیکال­های آزاد، از چند راه باعث ایجاد تغییراتی در DNA می­شوند. این راه­ها عبارتند از تخریب­ بازهای سازنده ساختمان DNA، شکست رشته های تک و یا دو رشته­ای DNA ، تغییر نوکلئوتیدهای پورین و پیریمیدینی یا تغییرات باند بین قند و باز، جهش­ها، حذف یا جانشینی و کراس لینک با پروتئین است. تشکیل 8-OH-G به عنوان یکی از آسیب­های DNA به خوبی شناخته شده است، که با استرس اکسیداتیو در ارتباط است و به عنوان یک نشانگر زیستی برای شناسایی سرطان­ها است. در ناحیه پروموتر ژن­ها  شامل توالی برای اتصال عوامل رونویسی است. این نواحی غنی از بازهای GC است که می­تواند عاملی برای حمله اکسیدان ­ها باشد. تشکیل  8-OH-G در نواحی اتصال عوامل رونویسی، باعث تغییر بیان ژن­ها می­شود. علاوه بر 8-OH-G، 8,5-cyclo-2- deoxyadenosine (cyclo-dA)، هم مانع از رونویسی ژن­های دارای جعبه TATA در سلول می­شوند. جعبه TATA با پروتئین­های آغازگر رونویسی متصل می­شود و در نتیجه DNA خم می­شود و رونویسی آغاز می­شود، اما به دلیل حضور cyclo-dA اتصال جعبه TATA به پروتئین مختل می­شود. هم­چنین استرس اکسیداتیو باعث بی ثباتی مناطق ریز ماهواره­ای DNA می­شود. یون­های فلزی فعال ردوکس، رادیکال­های هیدروکسیل، بی ثباتی مناطق ریز ماهواره­ای را افزایش می­دهند. شکست رشته های تک DNA توسط رادیکال­های آزاد، می­تواند توسط سلول­ها تحمل شود اما شکست های دو رشته­ای DNA به وسیله اشعه­های یونیزه کننده، بر بقای سلول اثرات جبران ناپذیری دارد. متیلاسیون در جزایر CpG در DNA به عنوان یکی از مکانیسم­های اپی ژنتیک شناخته شده است که می­تواند باعث خاموش شدن ژن­ها شود. اکسیداسیون 5-متیل سیتوزین به 5-هیدروکسی متیل یوراسیل می­تواند از طریق واکنش­های deamination/oxidation تیامین یا واسطه­های 5-هیدروکسی متیل سیتوزین انجام شود .

پروتئین­ها:  اینکه ترکیبات ROS می­توانند ترکیبات سلولی را مورد هدف قرار دهند به خوبی شناخته شده است. طبق مطالعات انجام شده در این زمینه، ROSها می­توانند با چندین واحد اسید آمینه، در محیط in vitro  واکنش دهند. این ترکیبات با اکسیداسیون شاخه­های جانبی اسیدهای آمینه و چارچوب اصلی پروتئین باعث آسیب در این ماکرومولکول­ها می­شوند. آنیون هیدروکسیل عامل اصلی در ایجاد اکسیداسیون پروتئین­هاست که با اکسیداسیون پیوند دی سولفید پپتیدهای سیستئین دار، باعث پیوند بین تیول پروتئین و تیول مولکول­های با وزن مولکولی کمتر مثل گلوتاتیون شده و در نهایت فعالیت پروتئین از بین می­رود. اسید آمینه­های سیستئین و متیونین در پروتئین­ها، نسبت به اکسیداسیون بیشتر حساس هستند. اکسیداسیون گروه­های سولفیدریل و رزیدوهای متیونین در پروتئین­ها باعث تغییرات در ساختار پروتئین، باز شدن پروتئین و تخریب آن نقش دارند. آنزیم­هایی که در جایگاه فعال خود فلز دارند، بیشتر در معرض اکسیداسیون هستند که باعث عدم فعالیت آنزیم می­شوند. در برخی موارد ممکن است اکسیداسیون خاصی در پروتئین ایجاد شود، برای مثال متیونین به متیونین سولفوکسید، فنیل آلانین به تیروزین، گروه­های سولفوهیدریل به باندهای دی سولفید و گروه­های کربوکسیل به زنجیره­های جانبی پروتئین­ها وارد شوند. اشعه گاما، اکسیداسیون کاتالیزورهای فلزی، HOCL  و اُزُن می­توانند باعث تشکیل گروه­های کربوکسیل شوند.

کربوهیدرات­ها: کربوهیدرات­ها توسط رادیکال­های آزاد مانند OH⁰ مورد حمله قرار می­گیرند. یک پروتون به طور تصادفی توسط رادیکال آزاد OH⁰  از یکی از اتم­های کربن جدا می­شود و تولید یک رادیکال مرکزی کربن می­کند. این فرایند باعث شکست زنجیره کربنی در مولکول­هایی مانند هیالورونیک اسید می­شود. هم­چنین تولید اکسی رادیکال­ها، باعث فعالیت نوتروفیل­ها در فرایند التهاب در مایع سینوویال مفصلی می­شود که می تواند به آرتریت روماتوئید بیانجامد./ف.نوروزی فرد

دکتر «آرش دشتابی» دکترای تخصصی تغذیه، دانشکده تغذیه و علوم غذایی، دانشگاه علوم پزشکی شیراز