Ein Charakteristikum von freien Radikalen ist deren hohe Reaktionsfähigkeit, die jedoch zwischen den verschiedenen Radikalspezies stark variiert.
Während das Tocopherolradikal (Vitamin E) relativ stabil ist, hat das Hydroxylradikal eine Lebensdauer von weniger als 1 μsec und führt damit in der unmittelbaren Umgebung des Entstehungsortes zu Folgereaktionen.
Hauptangriffsort aller ROS sind die in Lipide integrierten mehrfach ungesättigten Fettsäuren.
Da mehrfach ungesättigte Fettsäuren zB in Lipiddoppelschichten von Membranen eng gepackt liegen, ruft jedes Radikal zwangsläufig eine Kettenreaktion hervor; Veränderungen der Membranstruktur sind wahrscheinlich.
Weitere Angriffspunkte von freien Radikalen bilden Proteine und DNA.
Aus H2O2 können mittels proteingebundenem Eisen (Fe2+ ) ROS entstehen (Fenton Reaktion), die mit Aminosäureestern reagieren können.
Die Bildung freierer Radikale im Organismus muss als normal und durch einen gesunden Organismus beherrschbar angesehen werden.
Eine gezielte Produktion freier Radikale findet in Leukozyten und Makrophagen statt, die sich deren bakterizide Wirkung zur Zerstörung von Bakterien zu Nutze machen.
Dieses besteht im Wesentlichen aus drei Enzymsystemen:
Superoxid kann durch Superdioxiddismutase (SOD) rasch zu H2O2 dismutieren.
H2O2 kann auf zwei Wegen entgiftet werden: Durch die Katalase zu Wasser und Sauerstoff sowie durch die Selen-abhängige Glutathionperoxidase zu Wasser.
Bei letzterer Reaktion wird das reduzierte Glutathion in die oxidierte Form überführt.
Exogene Antioxidantien sind Substanzen, die in der Regel nur mit der Nahrung zugeführt werden und als solche antioxidativ wirksam werden.
Klassische exogene Substanzen in diesem Sinne sind die Vitamine E und C sowie die Caratinoide. Antioxidativ wirksam, aber selber keine Antioxidantzien sind Elemente wie Selen, Mangan oder Magnesium. Sie sind zwar Bestandteile endogener Abwehrmechanismen, werden dabei aber selbst nicht verändert.
Oxidative Prozesse laufen in verschiedenen Kompartimenten der Zelle ab, so dass Antioxidanzien unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen müssen. Wichtiges lipidlösliches Antioxidans ist Vitamin E.
Die Struktur der Tocopherole prädestiniert durch ihre lange Seitenkette für den Einbau in biologische Membranen.
Allerdings sind hier nur ca. 0,5-3 Moleküle Tocoperol auf 1000 ungesättigte Fettsäuren vertreten, so dass der Regeneration des Tocopherolradikals große Bedeutung zukommt. Tocopherole bewirken in der Membran durch Kettenabbruch bzw. Quenchen von Singulettsauerstoff eine Begrenzung der Lipidperoxidation.
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Caratinoide können Singulettsauerstoff der zB aus UV Licht entsteht, quenchen und die Energie als Wärme ableiten.
Bei niedrigem Sauerstoffangebot scheinen Carotinoide auch die Lipidperoxidation zu hemmen.
Die wichtigste Aufgabe der Ascorbinsäure besteht in der Regeneration des Vitamin E Radikals.
Sie stellt das Bindeglied zwischen den in der Lipidschicht vorliegenden Tocopherolradikalen und einem komplexen Regenerationssystem im wässrigen Milieu dar.