ऑक्सीजन जीवन के लिए अनिवार्य है, और, कुछ अवायवीय जीवों को छोड़कर

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सार:कोशिकाओं और जीवों की उम्र बढ़ने के बारे में प्रचलित धारणाओं में से एक ऑक्सीडेटिव रूप से क्षतिग्रस्त मैक्रोमोलेक्यूल्स का इंट्रासेल्युलर क्रमिक संचय है, जिससे कोशिका और अंग कार्य (उम्र बढ़ने का मुक्त कट्टरपंथी सिद्धांत) में गिरावट आती है। यह रासायनिक रूप से अपरिभाषित सामग्री जिसे "लिपोफसिन," सेरॉइड, "या" आयु वर्णक "के रूप में जाना जाता है, मुख्य रूप से सेलुलर मैक्रोमोलेक्यूल्स के अनियमित और गैर-विशिष्ट ऑक्सीडेटिव संशोधनों के माध्यम से बनता है जो अत्यधिक प्रतिक्रियाशील मुक्त कणों से प्रेरित होते हैं। प्रतिक्रियाशील मुक्त कट्टरपंथी पीढ़ी और लिपोफ्यूसीन गठन के लिए एक आवश्यक पूर्व शर्त फेरस आयरन (Fe2 plus ) ("लैबिल आयरन") की इंट्रासेल्युलर उपलब्धता है, जो पेरोक्साइड जैसे कमजोर ऑक्सीडेंट के रूपांतरण को हाइड्रॉक्सिल (HO*) या अल्कोक्सिल (आरओ) रेडिकल जैसे अत्यंत प्रतिक्रियाशील लोगों के लिए उत्प्रेरित करता है। यदि ऑक्सीकृत सामग्री बनी रहती है विस्तारित अवधि के लिए बिना मरम्मत के, उन्हें अंतिम ओवर-ऑक्सीडाइज्ड उत्पादों को उत्पन्न करने के लिए और अधिक ऑक्सीकरण किया जा सकता है जो संबंधित सेलुलर सिस्टम द्वारा मरम्मत, अवक्रमित या एक्सोसाइटोज करने में असमर्थ हैं। इसके अतिरिक्त, अति-ऑक्सीडाइज्ड सामग्री सेलुलर सुरक्षा और मरम्मत तंत्र को निष्क्रिय कर सकती है, इस प्रकार तेजी से तेजी से लिपोफ्यूसिन संचय के व्यर्थ चक्रों की अनुमति देता है। इस समीक्षा पत्र में, हम सबूत पेश करते हैं कि पोषण या औषधीय साधनों द्वारा प्रयोगशाला लौह पूल वितरण का मॉड्यूलेशन लिपोफ्यूसिन संचय और सेलुलर उम्र बढ़ने में बाधा डालने के लिए अब तक अप्राप्य लक्ष्य का प्रतिनिधित्व करता है।

कीवर्ड:उम्र बढ़ने के तंत्र; जैव सक्रिय आहार यौगिक; सेलुलर बुढ़ापा; मुक्त कण, लौह-चेलेटिंग एजेंट; लेबिल आयरन; भूमध्य आहार; ऑक्सीडेटिव तनाव

1 परिचय

प्राकृतिक उम्र बढ़ना एक ऐसी प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें कई अपक्षयी आणविक तंत्र शामिल होते हैं, जिससे अंग कार्यों में प्रगतिशील सामान्य गिरावट आती है। उम्र बढ़ने के साथ फेनोटाइपिक परिवर्तन होते हैं जो आनुवंशिक और एपिजेनेटिक दोनों कारकों से संबंधित होते हैं, जो अंततः संरचनात्मक अव्यवस्था, कार्यात्मक गिरावट और बीमारियों और मृत्यु की बढ़ती संभावना का कारण बनते हैं। यह कल्पना करना प्रशंसनीय है कि जैविक उम्र बढ़ने की दर निर्धारित करने वाले अंतर्निहित जटिल जैव रासायनिक तंत्र की व्याख्या अत्यंत नैदानिक ​​​​महत्व की होनी चाहिए [1]।

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उम्र बढ़ने की प्रक्रिया की व्याख्या करने के लिए सबसे आकर्षक सिद्धांत 1956 में डेनहम हरमन द्वारा प्रस्तावित तथाकथित "उम्र बढ़ने का मुक्त कट्टरपंथी सिद्धांत" है। इस सिद्धांत ने सुझाव दिया कि एरोबिक कोशिकाओं में उत्पन्न कुछ ऑक्सीजन-व्युत्पन्न प्रतिक्रियाशील मुक्त कण सुरक्षात्मक रक्षा तंत्र की निगरानी से बच सकते हैं, जिससे सभी बुनियादी सेल घटकों (प्रोटीन, लिपिड, न्यूक्लियोटाइड, कार्बोहाइड्रेट, आदि) के गैर-विशिष्ट ऑक्सीकरण हो सकते हैं। .

कोशिकाओं ने परिष्कृत प्रणालियां विकसित की हैं जो ऑक्सीजन-व्युत्पन्न ऑक्सीडेंट को तेजी से हटा सकती हैं और उनके ऑक्सीडेटिव रूप से क्षतिग्रस्त घटकों का पता लगा सकती हैं और उनकी मरम्मत कर सकती हैं। हालांकि, बढ़े हुए और लंबे समय तक चलने वाले ऑक्सीडेटिव तनाव की स्थिति के मामले में, कोशिकाओं की उनके क्षतिग्रस्त हिस्सों की मरम्मत करने की क्षमता संतृप्ति तक पहुंच सकती है, जिससे पहले से ही ऑक्सीकृत घटकों के आगे ऑक्सीकरण की अनुमति मिलती है और अंदर अति-ऑक्सीडाइज्ड गैर-मरम्मत योग्य सामग्री का संचय होता है। कोशिकाएं। यह घटना समग्र कोशिका संरचना में संशोधन का कारण बनती है और सामान्य कोशिका कार्य को चुनौती देती है, जैसा कि उम्र बढ़ने और बुढ़ापा [3] में स्पष्ट है।

अत्यधिक प्रतिक्रियाशील मुक्त कणों की पीढ़ी में अंतर्निहित सटीक आणविक तंत्र जो सेलुलर घटकों को नुकसान पहुंचाने और अपरिवर्तनीय सामग्री के संचय को बढ़ावा देने में सक्षम हैं, उन्हें खराब समझा जाता है। इन तंत्रों की व्याख्या निश्चित रूप से उम्र बढ़ने की प्रक्रिया में हस्तक्षेप करने और उम्र बढ़ने से संबंधित बीमारियों के विकास को रोकने के लिए उपयोगी विचार और आणविक उपकरण प्रदान करनी चाहिए [4]।

कोशिकाओं के अंदर अत्यधिक प्रतिक्रियाशील मुक्त कणों के उत्पादन के लिए एक आवश्यक पूर्व शर्त फेरस आयरन आयनों (Fe2 plus) की उपलब्धता है, जो कमजोर ऑक्सीडेंट जैसे पेरोक्साइड को हाइड्रॉक्सिल (HO) या अल्कोक्सिल (RO) जैसे अत्यंत प्रतिक्रियाशील लोगों के रूपांतरण को उत्प्रेरित कर सकता है। कट्टरपंथी।सिस्टैंच ट्यूबुलोसा अर्ककोशिकीय लोहे का यह हिस्सा कुल कोशिकीय लोहे के एक छोटे प्रतिशत का प्रतिनिधित्व करता है और इसे आमतौर पर "लेबल आयरन" 5,6 कहा जाता है। इस प्रकार, बहिर्जात यौगिकों द्वारा इंट्रासेल्युलर लैबाइल आयरन की कमी या पुनर्वितरण बढ़े हुए ऑक्सीडेटिव तनाव के मामले में हानिकारक प्रतिक्रियाशील रेडिकल्स के गठन को कम कर सकता है और सेलुलर घटकों के ऑक्सीकरण और अति-ऑक्सीकरण को रोक सकता है। दिलचस्प बात यह है कि भूमध्यसागरीय प्रकार के आहार में आयरन-चेलेटिंग बायोएक्टिव यौगिकों की अधिकता को मौजूद दिखाया गया है |7-10। इसके अलावा, यह साबित हो गया है कि जब ये एजेंट कोशिका के आंतरिक भाग तक पहुँच सकते हैं, तो वे कोशिकाओं को ऑक्सीडेटिव तनाव [11,12] की स्थिति में क्षति से बचाते हैं।

वर्तमान समीक्षा लेख में, हम उन रासायनिक अंतःक्रियाओं का वर्णन करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं जो सेलुलर घटकों के ऑक्सीकरण और अति-ऑक्सीकरण में योगदान करते हैं। इन प्रक्रियाओं में लेबिल आयरन (रेडॉक्स-एक्टिव आयरन) की महत्वपूर्ण भूमिका पर विशेष ध्यान दिया जाता है, साथ ही इंट्रासेल्युलर लैबाइल आयरन के स्तर और / या स्थानिक वितरण को नियंत्रित करने में आहार प्राकृतिक आयरन-चेलेटिंग बायोएक्टिव यौगिकों की संभावित भागीदारी पर ध्यान दिया जाता है।

2. प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां और ऑक्सीडेटिव तनाव की अवधारणा

2.1. ऑक्सी/जीन विरोधाभास

ऑक्सीजन जीवन के लिए अपरिहार्य है, और कुछ अवायवीय जीवों को छोड़कर, सभी जानवरों, पौधों और जीवाणुओं को बढ़ने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। एरोबेस में ऑक्सीजन का मुख्य कार्य माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के अंतिम चरण में इलेक्ट्रॉनों के टर्मिनल स्वीकर्ता के रूप में कार्य करना है, जो ऊर्जा-उत्पादक ऑक्सीडेटिव अपचय में महत्वपूर्ण प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है। हालांकि, ऑक्सीजन के रासायनिक गुण इसे अत्यधिक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन मध्यवर्ती की पीढ़ी के लिए पूर्वनिर्धारित करते हैं जो आवश्यक सेल घटकों को ऑक्सीकरण कर सकते हैं, सेलुलर को खतरे में डाल सकते हैं और विस्तार से, जीव होमियोस्टेसिस। इसलिए, एक जिज्ञासु विरोधाभास है: एरोबिक्स के लिए ऑक्सीजन अपरिहार्य है, जबकि साथ ही, इसके चयापचय उपोत्पाद अपरिहार्य और संभावित रूप से विषाक्त हैं। यह स्पष्ट है कि इन प्रजातियों का उत्पादन और निष्कासन लगातार कोशिकाओं के भीतर होता है, उन्हें बेसल गैर-विषैले स्तरों पर रखते हुए [5]। हालांकि, कुछ परिस्थितियों में, यह सूक्ष्म रूप से विनियमित संतुलन बाधित हो सकता है। यदि उनके गठन की दर उनके हटाने की दर से अधिक हो जाती है, तो स्थिर-अवस्था की सांद्रता को ऊंचा किया जाना चाहिए, इस प्रकार संभावित हानिकारक प्रतिक्रियाशील मुक्त कणों की पीढ़ी के लिए संभावना बढ़ जाती है, एक राज्य जिसे "ऑक्सीडेटिव तनाव" के रूप में जाना जाता है [13,14]।

इस भाग में, हम सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेस (एसओडी) (चित्रा 1 ए) द्वारा इंट्रासेल्युलर गठन और हाइड्रोजन पेरोक्साइड (एच, ओ,) में परिवर्तित प्रतिक्रियाशील को हटाने के जैव रासायनिक तंत्र के आधार पर "ऑक्सीडेटिव तनाव" की अवधारणा का एक संक्षिप्त विवरण प्रदान करते हैं। . उत्पन्न H2O2 को और भी कम किया जा सकता है, या तो दो इलेक्ट्रॉनों द्वारा H2O या गैर-एंजाइमिक रूप से एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अत्यंत प्रतिक्रियाशील हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स (HO*) के उत्पादन के लिए नेतृत्व किया जा सकता है। बाद की प्रतिक्रिया के लिए उपलब्ध लौह लौह (Fe- plus) की आवश्यकता होती है और इसे "फेंटन प्रतिक्रिया" [15] के रूप में जाना जाता है।

एच, और ओ के अलावा, लिपिड हाइड्रोपरऑक्साइड (एलओओएच) भी सामान्य रूप से एंजाइम "लिपोक्सीजेनेस" (एलओएक्स) (चित्रा 1 बी) की क्रिया के माध्यम से उत्पन्न होते हैं। एक विशिष्ट झिल्ली-बाध्य "ग्लूटाथियोन पेरोक्सीडेज 4" (जीपीएक्स 4) अतिरिक्त LOOH को हटाने के लिए जिम्मेदार है [16]। H2O2 की तरह, LOOH, Fe7 के साथ परस्पर क्रिया कर सकते हैं, इस प्रकार अत्यधिक प्रतिक्रियाशील लिपिड एल्कोक्सिल रेडिकल्स (LO*s) की उत्पत्ति होती है। ये प्रजातियां श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को और बढ़ावा दे सकती हैं जो लिपिड पेरोक्सीडेशन की प्रक्रिया को तेज करती हैं और अंतिम स्थिर उत्पादों के रूप में एल्डिहाइड का उत्पादन करती हैं। दिलचस्प बात यह है कि हाल ही में यह दिखाया गया था कि उपलब्ध Fe2 प्लस के ऊंचे स्तरों के संयोजन में Gpx4 का अनुचित कार्य निश्चित रूप से "फेरोप्टोसिस" नामक एक विशिष्ट प्रकार की विनियमित कोशिका मृत्यु की ओर ले जाता है।[17]

O के उपरोक्त सभी मध्यवर्ती, अपचयन को सामूहिक रूप से प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजाति (ROS) कहा जाता है। हालांकि, इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि आरओएस शब्द में ही एक अंतर्निहित अंतर्विरोध है क्योंकि इसमें ओ, और एच, ओ जैसे कमजोर ऑक्सीडेंट और एचओ डिग्री और आरओ·[5] जैसे अत्यंत प्रतिक्रियाशील दोनों शामिल हैं।सिस्टैंच ट्यूबुलोसा समीक्षा,इसके अलावा, इन सभी प्रजातियों के लिए ऑक्सीडेटिव तनाव की स्थितियों में आरओएस की ऊंचाई एक साथ नहीं होती है, लेकिन प्रतिक्रियाशील एचओ डिग्री और आरओ की उत्पत्ति लौह लोहे की उपस्थिति या अनुपस्थिति पर निर्भर करती है। उपरोक्त विचारों से यह स्पष्ट है कि हाइड्रोपरॉक्साइड गठन (ऑक्सीडेटिव तनाव) की बढ़ी हुई दरों की स्थितियों के दौरान उपलब्ध लेबिल आयरन की उपस्थिति अत्यधिक प्रतिक्रियाशील मुक्त कणों के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इस प्रकार, उपलब्ध Fe2 प्लस की एकाग्रता को नियंत्रित करना ऑक्सीडेटिव तनाव की स्थिति में कोशिकाओं के प्रभावी संरक्षण के लिए एक तर्कसंगत रणनीति के रूप में उत्पन्न हुआ है [18]। इस तरह की रणनीति का मुख्य उद्देश्य एचओ और आरओ की पीढ़ी को बनने से रोकना चाहिए, न कि उनके बनने के बाद, जो उनकी उच्च-दर स्थिरांक के कारण असंभव लगता है।

2.3. आरओएस जनरेशन और रिमूवल के तंत्र

स्तनधारी कोशिकाओं [14] में कई तंत्रों के सक्रिय होने से O2 की आंशिक कमी को सुगम बनाया जा सकता है। मात्रात्मक दृष्टिकोण से सबसे महत्वपूर्ण कारक एंजाइम एनएडीपीएच ऑक्सीडेज 2 (एनओएक्स 2) है, जो पेशेवर फागोसाइट्स के प्लाज्मा झिल्ली पर स्थित है। सक्रिय होने पर, Nox2 अत्यधिक मात्रा में O, "- और कई अन्य डाउनस्ट्रीम प्रतिक्रियाशील प्रजातियों [19] का उत्पादन कर सकता है, जिसका उद्देश्य सूजन और संक्रमण की जगहों पर हमलावर विदेशी सूक्ष्मजीवों को मारना है। इन स्थितियों के तहत, पेशेवर फागोसाइट्स आकर्षित और सक्रिय होते हैं, जिससे नाटकीय रूप से प्रभावित होता है। O2 खपत में वृद्धि (लगभग 100 गुना), एक तथ्य जिसे आमतौर पर "श्वसन" या "ऑक्सीडेटिव" फट कहा जाता है। उत्पादित O2 * -कई जटिल जैव रासायनिक मार्गों की शुरुआत को ट्रिगर कर सकता है जो मजबूत ऑक्सीडेंट के आगे गठन की ओर ले जाते हैं जो सक्षम हैं संभावित माइक्रोबियल आक्रमणकारियों को बुझाने [20,21]। Nox2 के अलावा, NADPH ऑक्सीडेज परिवार के कई अन्य सदस्य (Nox1, Nox3-5, और DUOX1-2) सीमित मात्रा में O{{17} उत्पन्न कर सकते हैं। } सक्रिय होने पर, मुख्य रूप से सिग्नलिंग उद्देश्यों के लिए [22]।

सिस्टैन्च एंटी-एजिंग कर सकता है

माइटोकॉन्ड्रिया प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन मध्यवर्ती का एक प्रमुख इंट्रासेल्युलर स्रोत भी है। इलेक्ट्रॉन ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स-विशेष रूप से जटिल I और श्वसन श्रृंखला में कॉम्प्लेक्स- इलेक्ट्रॉनों को O में लीक कर सकते हैं, जो आंशिक रूप से O तक कम हो जाता है,"- [23,24]। विभिन्न सेलुलर डिब्बों में प्रमुख रूप से मौजूद कई अन्य ऑक्सीडेज भी सक्षम हैं प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन मध्यवर्ती उत्पादन इसके अलावा, ऑक्सीजन-व्युत्पन्न प्रतिक्रियाशील उपोत्पाद पर्यावरण प्रदूषण, दवाओं, आयनीकरण, सौर विकिरण, और पोषक तत्वों (चित्रा 1 ए) जैसे बहिर्जात स्रोतों के साथ बातचीत से उत्पन्न हो सकते हैं।

विकास के दौरान, एरोबिक कोशिकाओं ने लगातार उत्पन्न होने वाले कमजोर ऑक्सीजन-व्युत्पन्न ऑक्सीडेंट जैसे ओ, -और एचओ को तेजी से खत्म करने के लिए परिष्कृत एंटीऑक्सीडेंट रक्षा तंत्र विकसित किए, इन मध्यवर्ती को चयापचय करने वाले सफाई एंजाइमों को रक्षा की पहली पंक्ति के रूप में माना जाता है। ऑक्सीडेटिव तनाव की स्थितियों के लिए [25]। इस प्रकार, O,- को SODs के माध्यम से H, O में तेजी से परिवर्तित किया जाता है, जबकि H, O, को उत्प्रेरित (बिल्लियाँ), Gpx, और पेरोक्सीरेडॉक्सिन (Prx) (चित्र 1A) जैसे एंजाइमों द्वारा समाप्त किया जा सकता है। ओ, और एच ओ दोनों, जो क्रमशः ऑक्सीजन के एक और दो-इलेक्ट्रॉन कमी उत्पादों का प्रतिनिधित्व करते हैं, मध्यम प्रतिक्रियाशील होते हैं और केवल सीमित संख्या में सेलुलर अणुओं के साथ सीधे बातचीत कर सकते हैं, मुख्य रूप से लौह-सल्फर (4 एफ -4 एस) क्लस्टर युक्त प्रोटीन, जिससे लेबिल आयरन की मुक्ति होती है और संबंधित प्रोटीन की गतिविधि का मॉड्यूलेशन होता है [26]। इसके विपरीत, HO और RO जो H2O2 या ROOH के Fe2 प्लस के साथ परस्पर क्रिया के बाद उत्पन्न होते हैं, अत्यधिक उच्च प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित करते हैं। वास्तव में, HO· को जीवित कोशिकाओं में उत्पादित सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील अणुओं में से एक माना जाता है, क्योंकि यह अपनी पीढ़ी (प्रसार-नियंत्रित प्रतिक्रियाशीलता) के आसपास जो भी रासायनिक समूह होता है, उसे तुरंत और अंधाधुंध रूप से ऑक्सीकरण करने में सक्षम होता है [5]। HO*s और RO*s की पीढ़ी के लिए आवश्यक पैरामीटर पर्याप्त समय के लिए Fe2 प्लस के साथ H, O, या ROOH के ऊंचे स्तरों की एक साथ उपस्थिति है [27]।

2.4. रेडॉक्स सिग्नलिंग

दिलचस्प बात यह है कि प्रकृति ने पहले से ही ऊपर चर्चा किए गए प्राथमिक तथ्यों का लाभ उठाया है, जो कि पेरोक्साइड की बढ़ी हुई पीढ़ी की स्थितियों के तहत कोशिकाओं की रक्षा के लिए विकास अनुकूली तंत्र के दौरान विकसित हो रहा है। विशिष्ट सेंसर IRP1 और IRP2 (क्रमशः आयरन को नियंत्रित करने वाले प्रोटीन 1 और 2) द्वारा उपलब्ध साइटोसोलिक आयरन के स्तर का पता लगाने के लिए सावधानीपूर्वक निगरानी प्रणाली का उपयोग करना और सूजन और संक्रमण संकेतों के सहयोग से, कोशिकाएं पेरोक्साइड टोन और लैबाइल के बीच मौजूदा संतुलन को बारीक रूप से समायोजित कर सकती हैं। लोहे की उपलब्धता [5,28]। जब पेरोक्साइड का स्तर बढ़ता है, उदाहरण के लिए, सूजन या संक्रमण के मामले में, फेरिटिन का एक तेज़ और मजबूत प्रेरण उपलब्ध लोहे को समाप्त कर देता है [10,11] और हानिकारक एचओ या आरओ * के गठन को रोकता है।सिस्टैंच यूकेहालांकि, तीव्र और लंबे समय तक ऑक्सीडेटिव तनाव के मामलों में, कोशिकाओं की समग्र सुरक्षात्मक क्षमता अभिभूत हो सकती है, इस प्रकार कई अलग-अलग संकेतों के पारगमन की ओर अग्रसर होता है, जिसमें क्रमादेशित कोशिका मृत्यु भी शामिल है, या तो एपोप्टोसिस या नेक्रोसिस [10,29] .

जाहिरा तौर पर, जब कोशिकाओं को पेरोक्साइड के संपर्क में लाया जाता है, तो परिणाम काफी हद तक कोशिकाओं के प्रकार, साथ ही साथ उत्पन्न ऑक्सीडेंट के स्तर, प्रकृति, अवधि और स्थान पर निर्भर होते हैं। कोशिका प्रतिक्रिया अनुकूलन से लेकर बुढ़ापा और एपोप्टोटिक या परिगलित मृत्यु [30-34] तक हो सकती है। दिलचस्प बात यह है कि ऑक्सीडेटिव तनाव-मध्यस्थता संकेत पारगमन (रेडॉक्स सिग्नलिंग) के कई मामलों में, लैबाइल आयरन को संबंधित तंत्र में फंसा हुआ दिखाया गया है। उदाहरण के लिए, हमने हाल ही में दिखाया कि ASK1-JNK/p38 अक्ष [10,29] के सक्रियण के लिए लेबिल आयरन की आवश्यकता थी, जिसके कारण H, O के संपर्क में आने वाली जर्कट कोशिकाओं में एपोप्टोटिक कोशिका मृत्यु हो गई। यह भी है यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि HO2 स्वतंत्र रूप से जैविक झिल्लियों के माध्यम से फैलता है और आसपास की स्वस्थ कोशिकाओं और ऊतकों तक पहुंच सकता है, जिससे उन पर ऑक्सीडेटिव तनाव होता है। दूसरी ओर, वही संपत्ति एच, ओ को ऑटोक्राइन और पैरासरीन शिष्टाचार में सिग्नलिंग अणु के रूप में कार्य करने में सक्षम बनाती है।

2.5. ऑक्सीडेटिव तनाव-प्रेरित विषाक्तता में लेबिल आयरन और इसकी महत्वपूर्ण भूमिका

आयरन जीवित कोशिकाओं और जीवों के लिए एक आवश्यक तत्व है क्योंकि यह ऑक्सीजन परिवहन, सेलुलर श्वसन, डीएनए संश्लेषण और मरम्मत, और कई अन्य एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं [28,35] सहित विविध जैव रासायनिक कार्यों में भाग लेता है। हालांकि, जीवित पदार्थ में अपनी विशेषाधिकार प्राप्त स्थिति के बावजूद, लौह फेंटन-प्रकार की प्रतिक्रियाओं के रूप में ज्ञात मुक्त-कट्टरपंथी उत्पन्न करने वाली प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है, जिसमें एच 2 ओ 2 फेरिल/पसंदीदा मध्यवर्ती (प्रतिक्रिया 1) के माध्यम से अत्यधिक प्रतिक्रियाशील एचओ डिग्री में परिवर्तित हो जाता है।

प्रतिक्रिया 1: Fe2 प्लस प्लस H2O2 → फेरिल/प्रति फेरिल इंटरमीडिएट्स → Fe3 प्लस प्लस एचओ डिग्री प्लस ओएच-यह स्पष्ट है कि हालांकि पर्याप्त आयरन का सेवन स्वास्थ्य के लिए आवश्यक है, लोहे की अधिकता एक साथ कोशिकाओं और ऊतकों के लिए संभावित खतरनाक है [36]। इस प्रकार, लोहे की कमी और अधिभार दोनों से बचने के लिए लोहे के होमियोस्टेसिस (अधिग्रहण, उपयोग और विषहरण) का सख्त विनियमन महत्वपूर्ण है। इस आवश्यकता को परिष्कृत तंत्रों द्वारा पूरा किया जाता है जो स्तनधारियों ने महत्वपूर्ण कार्यों को पूरा करने और लोहे के लिए अपनी चयापचय आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विकसित किया है, जबकि इसकी विषाक्तता को भी कम किया है [37]। दरअसल, शरीर के अधिकांश आयरन को रेडॉक्स-निष्क्रिय अवस्था में रखा जाता है। संचलन में, लोहा लोहे के वाहक ट्रांसफ़रिन में कसकर बंधा होता है, जबकि अधिकांश इंट्रासेल्युलर लोहा या तो एंजाइम की सक्रिय साइटों में अच्छी तरह से संरक्षित होता है या सुरक्षित रूप से फेरिटिन में संग्रहीत होता है। हालांकि, बिना परिरक्षित लोहे का एक छोटा सा हिस्सा जिसे आमतौर पर "लेबिल" या "केलेट" लोहा कहा जाता है, रेडॉक्स-सक्रिय होता है, जिसका अर्थ है कि यह फेंटन-प्रकार की प्रतिक्रियाओं [6,38] के माध्यम से एचओ डिग्री की पीढ़ी को उत्प्रेरित कर सकता है।

लैबाइल आयरन की सटीक परिभाषा को स्पष्ट करना काफी कठिन है। आमतौर पर, इसे लोहे के अंश के रूप में संदर्भित किया जाता है जो पेरोक्साइड के साथ बातचीत के बाद एचओ · और आरओ की पीढ़ी को उत्प्रेरित करने में सक्षम होता है, और इसके अलावा, इसे कमजोर केलेटिंग क्षमता वाले यौगिकों द्वारा अनुक्रमित किया जा सकता है [6]। जाहिरा तौर पर, जैविक सामग्री में मौजूद प्रयोगशाला लोहा मैक्रोमोलेक्यूल्स (जैसे डीएनए और आरएनए, प्रोटीन, और लिपिड जैसे पॉलीन्यूक्लियोटाइड्स) और / या ऑक्सीजन, नाइट्रोजन युक्त कम आणविक भार यौगिकों के साथ कम-आत्मीयता बाध्यकारी साइटों से जुड़ा हो सकता है। उनकी संरचना में सल्फर [39-41]।

इस प्रकार, झिल्ली फॉस्फोलिपिड्स से जुड़ा हुआ लेबिल आयरन लिपिड पेरोक्सीडेशन श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की शुरुआत और प्रसार को उत्प्रेरित करता है, जो नेक्रोटिक और फेरोप्टोसिस प्रकार की कोशिका मृत्यु [5] का मध्यस्थता कर सकता है। दूसरी ओर, डीएनए से जुड़ा लोहा म्यूटेशन या सिंगल और डबल-स्ट्रैंड ब्रेक [42] को प्रेरित कर सकता है, जबकि प्रोटीन से जुड़ा हुआ आयरन एच2ओ2-निर्भर रेडॉक्स सिग्नलिंग [10,29,43] को बढ़ावा दे सकता है।

विभिन्न सेल डिब्बों में लेबिल आयरन समान रूप से वितरित नहीं होता है, माइटोकॉन्ड्रिया और लाइसोसोम में साइटोसोल और न्यूक्लियस की तुलना में अधिक मात्रा में होते हैं [44,45] नतीजतन, ये दोनों अंग अपने इंटीरियर में पेरोक्साइड के बढ़ते प्रसार के मामलों में अतिरिक्त संवेदनशील होते हैं। ऐसा लगता है कि विशिष्ट, ऊर्जा-आवश्यक तंत्र विभिन्न सेल डिब्बों के बीच सही लोहे के ग्रेडिएंट को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार हैं।

यहां इस बात पर प्रकाश डाला जाना चाहिए कि तांबे और निकल जैसी अन्य संक्रमण धातुएं भी लोहे की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से संबंधित पेरोक्साइड से प्रतिक्रियाशील मुक्त कणों के गठन को उत्प्रेरित कर सकती हैं। हालांकि, ये धातुएं बहुत कम स्तर पर पाई जाती हैं और कोशिकाओं में सुरक्षित रूप से जमा हो जाती हैं, इस प्रकार रोग संबंधी स्थितियों के कुछ विशेष मामलों को छोड़कर, कोई जोखिम या खतरा नहीं होता है [42,46,47]।

3. ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस एंड एजिंग: द रोल ऑफ लेबिल आयरन

आधुनिक समाजों में मानव जीवन प्रत्याशा में वृद्धि ने वृद्धावस्था की समस्याओं को जन्म दिया, जिसके परिणामस्वरूप रुग्णता के मामलों के कुल बोझ में वृद्धि हुई। जनसंख्या पर उम्र बढ़ने के बढ़ते प्रभाव के कारण, पिछले कुछ दशकों में इस प्रक्रिया के जैव रासायनिक तंत्र को रेखांकित करने के उद्देश्य से गहन शोध प्रयास किए गए हैं [4]। यह उम्मीद करना वाजिब है कि इस दिशा में वास्तविक प्रगति से उम्र से संबंधित बीमारियों की रोकथाम या उपचार के लिए नई रणनीति विकसित करने की नई संभावनाएं खुलनी चाहिए।

3.1. उम्र बढ़ने का फ्री रेडिकल थ्योरी

उम्र बढ़ने के आणविक आधार के लिए सबसे लोकप्रिय व्याख्या तथाकथित "उम्र बढ़ने का मुक्त कट्टरपंथी सिद्धांत" है। इसके साथ जुड़े मूल रूप से कोशिका घटकों और संयोजी ऊतकों पर मुक्त कणों के हानिकारक दुष्प्रभावों के लिए जिम्मेदार हैं।" इस सिद्धांत के अनुसार, प्रतिक्रियाशील मुक्त कण विवो में एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं के उपोत्पाद के रूप में उत्पन्न होते हैं, जो लोहे जैसे ट्रेस संक्रमण धातुओं द्वारा उत्प्रेरित होते हैं।सिस्टैंच विर्कुंगउस समय, विवो में मुक्त कणों की पीढ़ी को संदेह के साथ मिला था क्योंकि इन प्रजातियों को समान रूप से हानिकारक और जीवन के साथ असंगत माना जाता था। हालांकि, 1969 [48] में मैककॉर्ड और फ्रिडोविच द्वारा एसओडी एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित वास्तविक प्रतिक्रिया की खोज ने एक इंट्रासेल्युलर एंजाइम के अस्तित्व का खुलासा किया जो अपने सब्सट्रेट के रूप में ऑक्सीजन-व्युत्पन्न मुक्त रेडिकल O2*- का उपयोग करता है, जो इसके लिए ठोस सबूत प्रदान करता है। पहली बार एरोबिक कोशिकाओं में मुक्त कणों की पीढ़ी। इस खोज ने उम्र बढ़ने के मुक्त कट्टरपंथी सिद्धांत को एक नए युग में ला दिया। कुछ वर्षों बाद, अंतर्जात ऑक्सीडेंट पीढ़ी की प्राथमिक साइट पर ध्यान माइटोकॉन्ड्रिया 49 पर स्थानांतरित कर दिया गया था, और हरमन के सिद्धांत का विस्तार "उम्र बढ़ने के माइटोकॉन्ड्रियल मुक्त कट्टरपंथी सिद्धांत" [50] तक हो गया।

इस सिद्धांत के समर्थन में, अगले दशकों में जमा हुए सबूतों से पता चला है कि रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न अत्यधिक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीडेंट में सभी सेलुलर मैक्रोमोलेक्यूल्स को गैर-विशेष रूप से ऑक्सीकरण करने की क्षमता होती है, जो संरचनात्मक संशोधनों को प्रेरित करते हैं जो हाइड्रोफोबिक सतहों के प्रदर्शन और बाद में समग्र गठन की ओर ले जाते हैं। 34]. इसके अलावा, कट्टरपंथी-कट्टरपंथी बातचीत, साथ ही शिफ बेस बॉन्ड गठन और माइकल परिवर्धन, समय के साथ संचयी निश्चित मैक्रोमोलेक्यूलर क्षति में योगदान करते हैं |51,52|।

दरअसल, ऑटोप्सी/बायोप्सी से प्राप्त मानव लेंस और मानव मस्तिष्क के विभिन्न नमूनों के विश्लेषण, ऊतक संस्कृतियों में मानव त्वचीय फाइब्रोब्लास्ट, और चूहे के जिगर और पूरी मक्खियों से पता चला है कि कार्बोनिलेटेड प्रोटीन, गंभीर और पुरानी ऑक्सीडेटिव तनाव के लिए मार्कर, नाटकीय रूप से बढ़े हुए थे। जीवन का अंतिम तीसरा [53,54]।साइट्रस बायोफ्लेवोनोइड्ससेल घटकों की ऑक्सीडेटिव क्षति भी उम्र बढ़ने के अन्य लक्षणों के अनुरूप है, जिसमें मुख्य रूप से कोशिका मृत्यु और जीर्णता के साथ-साथ परिवर्तित सेलुलर संचार और जीनोमिक अस्थिरता [55] के कारण पुनर्योजी सेल आबादी का नुकसान शामिल है।

एक साथ लिया गया, यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि सेलुलर मैक्रोमोलेक्यूल्स को ऑक्सीडेटिव क्षति का संचय उम्र बढ़ने और उम्र से संबंधित पुरानी बीमारियों का एक प्रमुख कारण है। इस प्रकार, यह प्रस्तावित करना प्रशंसनीय है कि परिवर्तन जो अत्यधिक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीडेंट के गठन की दर को संशोधित करने में सक्षम हैं, उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को बढ़ावा देने में निर्णायक भूमिका निभा सकते हैं।

यह लेख एंटीऑक्सीडेंट 2021, 10, 491 से निकाला गया है। https://doi.org/10.3390/antiox10030491 https://www.mdpi.com/journal/antioxidants