Die Lipidperoxidation , auch Lipidoxidation genannt , ist ein komplexer chemischer Prozess , der zum oxidativen Abbau von Lipiden führt [ 1 ] und dabei Peroxid- und Hydroperoxidderivate bildet [ 2 ] . Sie tritt auf, wenn freie Radikale , insbesondere reaktive Sauerstoffspezies (ROS), mit Lipiden in Zellmembranen , typischerweise mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs), reagieren, da diese Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen aufweisen . Diese Reaktion führt zur Bildung von Lipidradikalen , die zusammenfassend als Lipidperoxide oder Lipidoxidationsprodukte ( LOPs ) bezeichnet werden. Diese reagieren wiederum mit anderen Oxidationsmitteln und lösen so eine Kettenreaktion aus, die oxidativen Stress und Zellschäden verursacht .

In der Pathologie und Medizin spielt die Lipidperoxidation eine Rolle bei Zellschäden, die allgemein mit der Pathogenese verschiedener Krankheiten und Krankheitszustände, einschließlich des Alterns , in Verbindung gebracht werden [ 3 ] [ 4 ] , während in der Lebensmittelwissenschaft die Lipidperoxidation einer von vielen Wegen zur Ranzigkeit ist [ 5 ] .

Reaktionsmechanismus

Vereinfachter Reaktionsweg der Lipid-Autoxidation: Die Reaktion wird durch ein Hydroxylradikal initiiert , das Wasserstoff abstrahiert und ein Pentadienylradikal bildet (nur eine Resonanzstruktur ist dargestellt). Dieses Radikal addiert O₂ und bildet ein Hydroperoxylradikal (rot). In einem Folgeschritt abstrahiert dieses Hydroperoxylradikal ein H⁺ - Atom von einem neuen Dien, wodurch ein neues Pentadienylradikal und ein Hydroperoxid (blau) entstehen.

Die chemische Reaktion der Lipidperoxidation besteht aus drei Phasen: Initiierung , Propagation und Termination . [ 4 ]

In der Initiierungsphase abstrahiert ein pro-oxidatives Hydroxylradikal ( OH• ) den Wasserstoff an der allylischen Position (–CH 2 –CH=CH 2 ) oder der Methinbrücke (=CH−) des stabilen Lipidsubstrats, typischerweise einer mehrfach ungesättigten Fettsäure (PUFA), um das Lipidradikal ( L• ) und Wasser (H 2 O) zu bilden.

In der Ausbreitungsphase reagiert das Lipidradikal ( L• ) mit molekularem Sauerstoff ( O₂ ) zu einem Lipidhydroperoxylradikal ( LOO • ). Dieses kann wiederum Wasserstoff von einem neuen PUFA-Substrat abstrahieren, wodurch ein weiteres Lipidradikal ( L• ) und schließlich ein Lipidhydroperoxid ( LOOH) entsteht . [ 6 ]

Das Lipidhydroperoxylradikal ( LOO• ) kann auch eine Vielzahl von Reaktionen eingehen, um neue Radikale zu erzeugen.

Das zusätzliche Lipidradikal ( L• ) setzt die Kettenreaktion fort , wobei das Lipidhydroperoxid (LOOH) das primäre Endprodukt ist. [ 6 ] Die Bildung von Lipidradikalen ist empfindlich gegenüber dem kinetischen Isotopeneffekt . Verstärkte Lipide in der Membran können die Kettenreaktion der Lipidperoxidation unterdrücken. [ 7 ]

Der Abbruchschritt kann sowohl in der eigentlichen chemischen Reaktion als auch in seinem Zeitpunkt variieren. [ 6 ] Die Lipidperoxidation ist eine sich selbst verstärkende Kettenreaktion und läuft so lange ab, bis das Lipidsubstrat verbraucht ist und die letzten beiden verbleibenden Radikale sich verbinden oder eine Abbruchreaktion eintritt. [ 3 ] Der Abbruch kann erfolgen, wenn zwei Lipidhydroperoxylradikale ( LOO• ) zu Peroxid und Sauerstoff (O₂ ) reagieren . [ 3 ] Er kann auch bei hoher Konzentration an Radikalen auftreten .

Die primären Produkte der Lipidperoxidation sind Lipidhydroperoxide (LOOH). [ 3 ]

Arachidonsäure als Substrat

Bei Verwendung von Arachidonsäure als Substrat entstehen Isomere der Hydroperoxyeicosatetraensäure (HPETEs) und der Hydroxyeicosatetraensäure (HETEs).

Rolle der Antioxidantien

Freie Radikale spielen eine Rolle bei Gewebeschädigungen. Lipidperoxidation wird durch Xenobiotika induziert, und die anschließende Entgiftung durch zelluläre Enzyme (Terminierung) erfolgt.

Antioxidantien spielen eine entscheidende Rolle bei der Minderung der Lipidperoxidation, indem sie freie Radikale neutralisieren und so Radikalkettenreaktionen unterbrechen. Zu den wichtigsten Antioxidantien zählen Vitamin C und Vitamin E. [ 8 ] Darüber hinaus tragen Enzyme wie Superoxiddismutase , Katalase und Peroxidase zur Oxidationsreaktion bei, indem sie die Konzentration von Wasserstoffperoxid reduzieren , einem häufigen Vorläufer des Hydroxylradikals ( OH• ).

Beispielsweise kann Vitamin E ein Wasserstoffatom an das Lipidhydroperoxylradikal ( LOO• ) abgeben, wodurch ein Vitamin-E-Radikal entsteht, das wiederum mit einem anderen Lipidhydroperoxylradikal ( LOO• ) reagiert und nicht-radikalische Produkte bildet. [ 2 ]

Medizinische Implikationen

Durch Phototherapie kann es zu Lipidperoxidation kommen, was zum Platzen der Zellmembranen roter Blutkörperchen führen kann. [ 9 ]

Endprodukte der Lipidperoxidation können mutagen und karzinogen sein . [ 10 ] Beispielsweise reagiert das Endprodukt MDA mit Desoxyadenosin und Desoxyguanosin in der DNA und bildet DNA-Addukte , vorwiegend M 1 G . [ 10 ]

Reaktive Aldehyde können außerdem Michael-Addukte oder Schiffsche Basen mit Thiol- oder Aminogruppen in Aminosäureseitenketten bilden. Dadurch sind sie in der Lage, empfindliche Proteine ​​durch elektrophilen Stress zu inaktivieren. [ 11 ]

Die Toxizität von Lipidhydroperoxiden für Tiere lässt sich am besten am letalen Phänotyp von Glutathionperoxidase-4 ( GPX4 )-Knockout-Mäusen veranschaulichen. Diese Tiere überleben den 8. Embryonaltag nicht, was darauf hindeutet, dass die Beseitigung von Lipidhydroperoxiden für das Leben von Säugetieren essenziell ist. [ 12 ]

Es ist unklar, ob Lipidperoxide aus der Nahrung bioverfügbar sind und bei Krankheiten eine Rolle spielen, da der gesunde menschliche Körper über Schutzmechanismen gegen solche Gefahren verfügt. [ 13 ]

Tests

Zur Quantifizierung der Endprodukte der Lipidperoxidation, insbesondere von Malondialdehyd (MDA), stehen verschiedene diagnostische Tests zur Verfügung. [ 10 ] Der am häufigsten verwendete Test ist der TBARS -Test ( Thiobarbitursäure- reaktive Substanzen-Test). Thiobarbitursäure reagiert mit Malondialdehyd und bildet dabei ein fluoreszierendes Produkt. Da Malondialdehyd jedoch auch von anderen Substanzen gebildet werden kann, ist dieser Test nicht vollständig spezifisch für die Lipidperoxidation. [ 14 ]

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ Izdebska, Joanna (2016), „Alterung und Abbau von gedruckten Materialien“, Drucken auf Polymeren , Elsevier, S.  353–370 , doi : 10.1016/b978-0-323-37468-2.00022-1 , ISBN 978-0-323-37468-2
  2. ^ a b Ayala, Antonio; Muñoz, Mario F.; Argüelles, Sandro (2014). „Lipidperoxidation: Produktion, Metabolismus und Signalmechanismen von Malondialdehyd und 4-Hydroxy-2-Nonenal“ . Oxidative Medicine and Cellular Longevity . 2014 : 1–31 . doi : 10.1155/2014/360438 . ISSN 1942-0900 . PMC 4066722. PMID 24999379 .   
  3. Nam , Tae -Gyu (2011-03-01). „ Lipidperoxidation und ihre toxikologischen Implikationen“ . Toxicological Research . 27 ( 1): 1–6 . Bibcode : 2011ToxRe..27....1N . doi : 10.5487 / TR.2011.27.1.001 . ISSN 1976-8257 . PMC 3834518. PMID 24278542 .   
  4. ^ a b Porter, Ned A.; Caldwell, Sarah E.; Mills, Karen A. (1995). „Mechanismen der Oxidation ungesättigter Lipide durch freie Radikale“. Lipids . 30 ( 4): 277–290 . doi : 10.1007/BF02536034 . PMID 7609594. S2CID 4051766 .  
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  6. ^ a b c Ayala, Antonio; Muñoz, Mario F.; Argüelles, Sandro (08.05.2014). „Lipidperoxidation: Produktion, Metabolismus und Signalmechanismen von Malondialdehyd und 4-Hydroxy-2-Nonenal“ . Oxidative Medicine and Cellular Longevity . 2014 e360438. doi : 10.1155/2014/360438 . ISSN 1942-0900 . PMC 4066722. PMID 24999379 .   
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  13. ^ Vieira, Samantha A.; Zhang, Guodong; Decker, Eric A. (2017). „Biologische Implikationen von Lipidoxidationsprodukten“ . Journal of the American Oil Chemists' Society . 94 (3): 339–351 . doi : 10.1007/s11746-017-2958-2 . S2CID 90319530. Archiviert vom Original am 13.04.2021 . Abgerufen am 13.04.2021 . 
  14. ^ Trevisan, M.; Browne, R.; Ram, M.; Muti, P.; Freudenheim, J.; Carosella, A. M.; Armstrong, D. (2001). „Korrelate von Markern des oxidativen Status in der Allgemeinbevölkerung“ . American Journal of Epidemiology . 154 (4): 348–56 . doi : 10.1093/aje/154.4.348 . PMID 11495858 .