ما هو الاكسدة؟ | العلوم الحية
يصف الإجهاد التأكسدي عدم التوازن بين إنتاج الخلايا والقضاء على المنتجات الثانوية لتفكك الأكسجين. هذه المنتجات الثانوية ، المعروفة باسم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROSs) ، مهمة لعمل الخلية ولكنها تسبب أضرارًا بكميات كبيرة. تنتمي أنواع الأكسجين التفاعلية إلى فئة أكبر من المواد الكيميائية شديدة التفاعل تسمى الجذور الحرة. نظرًا لأن الخلايا تحتاج إلى أنواع ROS لتعمل ، فقد وصف بعض الباحثين الإجهاد التأكسدي بأنه شيء جيد في بعض السياقات. يقول آخرون أن الإجهاد التأكسدي ، بحكم تعريفه ، هو أمر سيء.
الضرر التأكسدي له دور في الشيخوخة وفي العديد من الأمراض. تسمى المواد الكيميائية التي تمنع الأكسدة وإنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية بمضادات الأكسدة. تشير بعض الأبحاث إلى أن مضادات الأكسدة يمكن أن تساعد في الحد من الأكسدة. ومع ذلك ، ليس من الواضح مقدار أو ما هو تأثير.
ما الذي يسبب الإجهاد التأكسدي؟
يتم إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية بشكل طبيعي عندما يقوم الجسم بتفكيك الأكسجين ثنائي الذرة (O2) كجزء من التنفس الخلوي ، وهي عملية استخراج الطاقة من الجلوكوز (السكر). في الكائنات الحية التي لديها واحد ، يحدث هذا في الميتوكوندريا ، ما يسمى بوحدة الخلية. كجزء من المرحلة الأخيرة من التنفس الخلوي ، تفصل الخلية الإلكترونات ، أو الجسيمات دون الذرية السالبة ، عن المنتجات الثانوية للجلوكوز. وهذا يمكّن الخلية من صنع جزيء يسمى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، وهو مصدر طاقتها الرئيسي. تحتاج الخلية إلى الأكسجين لقبول الإلكترونات في نهاية هذه العملية ، وتتحول معظم جزيئات الأكسجين أخيرًا إلى ماء.
ومع ذلك ، فإن بعض جزيئات الأكسجين تتلقى عددًا أقل من الإلكترونات وتتحول بدلاً من ذلك إلى جذور حرة ، وتحديداً ROSs. الإلكترونات المفقودة لهذه المواد هي ما يجعلها شديدة التفاعل ، وسوف تتفاعل مع العديد من المواد في الخلية للحصول على الإلكترونات وتصبح أكثر استقرارًا كيميائيًا. بعض أنواع الأكسجين التفاعلية الشائعة هي البيروكسيدات (مثل بيروكسيد الهيدروجين) ، والأكسيد الفائق وجذر الهيدروكسيل.
قالت أورسولا جاكوب ، أستاذة البيولوجيا الجزيئية والخلوية والنمائية في جامعة ميتشيغان ، لموقع Live Science: “إننا نصنع باستمرار أنواع الأكسجين التفاعلية هذه ، كما نسميها ، في كل خلية من خلايا الجسم”. بالإضافة إلى كونها نتيجة ثانوية للتنفس ، يتم استخدام أنواع ROS في إشارات الخلية ، أو إرسال الرسائل داخل الخلايا أو عبرها.
تدرس أورسولا جاكوب دور الإجهاد التأكسدي في دفاع المضيف والشيخوخة. قطعت أبحاثها الممولة من المعاهد الوطنية للصحة خطوات واسعة في فهم بالضبط كيف يقتل التبييض المؤكسد الفسيولوجي البكتيريا ، وكيف يمكن للدفاعات الخاصة بالبكتيريا أن تحمي من الإجهاد الخلوي الناجم عن التبييض. حصلت على درجة الدكتوراه عام 1995 من جامعة ريغنسبورغ.
يمكن للاستجابات المناعية ، والتعرض للإشعاع ، والاستجابات الخلوية الأخرى للملوثات أو المواد السامة أن تولد أيضًا أنواع الأكسجين التفاعلية.
ومع ذلك ، فإن إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية لا يسبب ضررًا من تلقاء نفسه ، حيث تحتاج الخلايا إلى بعض أنواع أنواع الأكسجين التفاعلية لتعمل. تستخدم الخلايا مضادات الأكسدة للتخلص من ROSs الزائدة ، مما يحد من الضرر المحتمل. قال جاكوب: عندما تطغى كمية الـ ROSs على نظام الخلايا المضادة للأكسدة ، تتراكم أنواع الـ ROS ، مما يؤدي إلى الإجهاد التأكسدي. يمكن أن يكون ذلك بسبب زيادة إنتاج ROS أو انخفاض التخلص من الخلية.
ما هي تأثيرات الاكسدة؟
عادةً ، تستخدم الخلايا أنواع ROS كجزء من عمليات الإشارة – إرسال الرسائل إلى أجزاء أخرى من الخلية أو إلى خلايا أخرى. ومع ذلك ، تسبب ROSs الزائدة ضررًا تأكسديًا ، وهو أكسدة أجزاء من الخلية. تمامًا كما تشكل أكسدة الحديد الصدأ ، يمكن لهذه العملية تحويل وإتلاف الجزيئات التي تتكون منها الخلايا ، والتي تتضمن طفرات في الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، والبروتينات غير المطوية ، وأنواع أخرى من الأضرار التي تلحق بالسكريات والدهون.
يمكن للخلايا أن تصلح قدرًا من الضرر ، ولكن إذا كانت شديدة جدًا يمكن أن تؤدي إلى موت الخلايا المبرمج (موت الخلية المبرمج) ، وهو نوع من آلية التدمير الذاتي. في الحالات الشديدة ، يمكن أن يسبب النخر أيضًا ، وهو عندما تتضرر الخلايا بشدة بحيث يتم تدميرها قبل الأوان ، مما يؤدي إلى موت الأنسجة.
تشير الأبحاث إلى أن الإجهاد التأكسدي يلعب دورًا في العديد من الحالات. بعض من أكثرها رسوخًا هو مرض السكري من النوع 2 ، السرطان (يفتح في علامة تبويب جديدة)وتصلب الشرايين أو تصلب الشرايين (يفتح في علامة تبويب جديدة).
يرتبط الإجهاد التأكسدي أيضًا بالعديد من الأمراض التنكسية العصبية المختلفة ، بما في ذلك مرض الزهايمر ومرض باركنسون والتصلب الجانبي الضموري (ALS) والتصلب المتعدد (MS). لوحظت هذه العلاقة لأول مرة في أواخر الثمانينيات ، وفقًا لمقال نُشر عام 2004 في مجلة Nature Reviews Drug Discovery (يفتح في علامة تبويب جديدة)، مع وجود أدلة متزايدة على أن الإجهاد التأكسدي يلعب دورًا في الإصابة بالأمراض التنكسية العصبية منذ ذلك الحين. مقال نُشر عام 2016 في مجلة Experimental Neurology (يفتح في علامة تبويب جديدة) راجع الدليل على دور الإجهاد التأكسدي في مرض التصلب العصبي المتعدد منذ عام 1987.
“الخلايا العصبية التي تكون في خطر أثناء [Alzheimer’s Disease]قال جورج بيري ، إنهم يتأثرون بشدة بكل نوع معروف من الأضرار التأكسدية (يفتح في علامة تبويب جديدة)، أستاذ علم الأعصاب في جامعة تكساس. في مرض الزهايمر وبعض مرضى باركنسون ، قال بيري لـ Live Science ، تظهر علامات التلف التأكسدي في السيتوبلازم ، أو الجسم الرئيسي ، لبعض الخلايا العصبية ، المليئة بـ “نفايات الميتوكوندريا” – الإنزيمات ، جنبًا إلى جنب مع جزيئات النحاس والحديد ، عادة ما توجد فقط في الميتوكوندريا.
من الواضح أن الضرر التأكسدي جزء من مرض الزهايمر. ومع ذلك ، لم يتمكن الباحثون من تحديد كيف وإلى أي مدى يساهم الإجهاد التأكسدي في المرض طوال حياة الشخص. وقال جاكوبس إنه من الصعب أيضًا تحديد ما إذا كان يسبب الشيخوخة – وهي فكرة اقترحها الباحثون منذ فترة طويلة.
وقالت “هيئة المحلفين ما زالت قائمة عما إذا كان هذا هو الحال بالفعل” بالنسبة للشيخوخة.
ما هي عوامل الخطر المؤكسدة؟
قال مارينو ريسنديز إن التدخين “يمكن أن يولد بعض هذه الأنواع التفاعلية” (يفتح في علامة تبويب جديدة)، أستاذ الكيمياء بجامعة كولورادو في دنفر. قال لـ Live Science: “إذن يمكن أن يؤدي ذلك إلى الضرر. الأشعة فوق البنفسجية ، التي يمكن أن تسبب أضرارًا مؤكسدة ، مرتبطة أيضًا بالجلد وأنواع أخرى من السرطان ، وفقًا لجمعية السرطان الأمريكية. (يفتح في علامة تبويب جديدة).
تشير بعض الأدلة الضعيفة إلى أن تناول الأطعمة التي تحتوي على مضادات الأكسدة يمكن أن يقلل من الإجهاد التأكسدي ، وبالتالي ، فإن اتباع نظام غذائي يفتقر إلى مضادات الأكسدة يمكن أن يكون عامل خطر. بعض الأطعمة الشائعة الغنية بمضادات الأكسدة تشمل البروكلي والجزر والبطاطس والسبانخ والعديد من التوت وغيرها.
ومع ذلك ، فإن الرابط بين مضادات الأكسدة والإجهاد التأكسدي غير واضح. على سبيل المثال ، لم يقلل تناول المكملات الغذائية التي تحتوي على مضادات الأكسدة من علامات الإجهاد التأكسدي في أدمغة الأشخاص المصابين بمرض الزهايمر في تجربة سريرية عام 2012 نُشرت في JAMA ، بل ارتبطت أيضًا بتدهور معرفي أسرع. ومع ذلك ، مقالة مراجعة 2019 (يفتح في علامة تبويب جديدة) وجدت بعض الأدلة على أن تناول مكمل يحتوي على فيتامين هـ ، وهو أحد مضادات الأكسدة ، قد يكون مفيدًا للأشخاص المصابين بمرض الزهايمر ، بما في ذلك الأدلة من التجارب السريرية.
قد تزيد السمنة من الإجهاد التأكسدي لأن الجذور الحرة يمكن أن ترتبط بالدهون وتتلفها. لذلك ، فإن تغيير نمط الحياة مثل ممارسة الرياضة وتناول نظام غذائي متوازن يمكن أن يساعد في الحد من الإجهاد التأكسدي ، كما قال جاكوب.
وقالت “السمنة عامل خطر كبير”. قال جاكوب إنه في مجموعة كبيرة ومتنوعة من الكائنات الحية النموذجية ، من الخميرة إلى الرئيسيات ، ترتبط ممارسة الرياضة وتقييد السعرات الحرارية بتلف مؤكسد أقل للخلايا. لكنها ليست ذات تأثير مباشر. على الرغم من أنها قالت إن ممارسة الرياضة وتقييد السعرات الحرارية يمكن أن يؤدي في الواقع إلى زيادة الإجهاد التأكسدي ، في دراسة نشرت عام 2019 في مجلة Nature (يفتح في علامة تبويب جديدة)وجدت هي وباحثون آخرون أنه في نوع من الديدان الأسطوانية ، يمكن أن يساعد الإجهاد التأكسدي المتزايد في الحياة المبكرة في الحماية من الضرر التأكسدي اللاحق.
على الرغم من أنها أكدت أن هذا البحث لم يكن على البشر ، إلا أن جاكوب قالت إنه يؤكد على أهمية أنواع الأكسجين التفاعلية ، على الأقل بكميات خاضعة للرقابة.
قالت: “الأمر ليس مثل ، أوه ، نحن نزيل جميع أنواع الأكسجين التفاعلية وهذا أمر صحي”. “في هذه الحالة ، من الصحي حقًا أن يكون لديك مستويات أعلى من أنواع الأكسجين التفاعلية.”
