اکسیدان ها موادی هستند که خود احیا شده و ترکیبات دیگر را اکسید می کنند، این مواد شامل دو دسته اصلی هستند: گونه های اکسیژن فعال (ROS) و گونه های نیتروژن فعال (RNS).گونه های اکسیژن فعال از اکسیژن مولکولی و آنیون سوپراکسید توسط زنجیره انتقال الکترون میتوکندری یا از NADP اکسیداز بدست می آید. در حالی که گونه های نیتروژن فعال از اکسید نیتریک توسط نیتریک اکسید سنتاز در میتوکندری حاصل می شوند.
فراوانترین رادیکال های آزاد در سیستم بیولوژیکی ROS ها هستند.گزارش شده است که مسیرهای کاتابولیک، در سطح سلولی، در تولید متابولیت های اکسیژن فعال (ROM) بالاترین فعالیت را دارند. ROM ها یک اصطلاح کلی است که شامل ROS ، مانند آنیون سوپراکسید و رادیکال های هیدروکسیل و برخی از مشتقات غیر رادیکالی مانند پراکسید هیدروژن و هیپوکلرو اسید می شود. سطح ROM های پلاسما شاخص تولید رادیکال های آزاد است. ROM ها می توانند در طی مسیرهای متابولیکی عادی تولید شوند و برای فرآیندهای سلولی بهینه از جمله تکثیر، تمایز و سازگاری متابولیکی ضروری هستند. تولید ATP در میتوکندری از طریق چرخه کربس می تواند اکسیژن و H۲O۲ تولید کند.
مشخص شده است که میزان مالون دی آلدئید پلاسما بلافاصله در گاوهای سالم در طی دوره زایمان افزایش می یابد (از یک هفته قبل تا یک هفته پس از آن) و می تواند در اثر پراکسیداسیون بیش از حد لیپیدها تولید شود و به عنوان یک نشانگر زیستی استرس اکسیداتیو در نظر گرفته می شود گزارش شده است که تولید بیش از حد ROM باعث پراکسیداسیون لیپیدها، آسیب DNA و غشای سلول و آسیب به پروتئین ها می شود اگرچه آسیب اکسیداتیو پروتئین ها در حیوانات اهلی کمتر نشان داده شده است.
آنتی اکسیدان ها موادی هستند که توانایی به تأخیر انداختن، جلوگیری یا از بین بردن آسیب اکسیداتیو به مولکول های هدف را دارند. آن ها می توانند با توجه به طبقه بندی قدیمی به عنوان آنتی اکسیدان های آنزیمی و غیر آنزیمی پروتئینی و همچنین آنتی اکسیدان های غیر آنزیمی با وزن مولکولی کم طبقه بندی شوند. آنتی اکسیدان های آنزیمی شامل گلوتاتیون پراکسیداز (GPx) و سوپراکسید دسموتاز (SOD) و نمایانگر شکل اصلی دفاع آنتی اکسیدانی داخل سلولی هستند. فعالیت گلوتاتیون پراکسیداز پلاسمایی می تواند با کاتالیز احیا هیدروژن و پراکسید لیپید از غشا سلول در برابر آسیب اکسیداتیو محافظت کرده و به همین دلیل به عنوان شاخصی از استرس اکسیداتیو درنظر گرفته می شود.
سوپراکسید دسموتاز سوپراکسید دسموتیشن را به پراکسید هیدروژن کاتالیز می کند و اولین مکانیسم دفاعی در برابر پروکسیدان ها محسوب می شود. همچنین به عنوان یک شاخص معمول جهت ارزیابی استرس اکسیداتیو و سیستم آنتی اکسیدانی در نظر گرفته می شود. سوپراکسید دسموتاز تبدیل مستقیم اکسیژن به H۲O۲ را کاتالیز می کند. هر دو محصول در فسفوریلاسیون پروتئین های مختلف که بخشی از شبکه های سیگنالینگ هستند شرکت می کنند .
آنتی اکسیدان های پروتئینی غیر آنزیمی در پلاسما یافت می شوند و نشان دهنده گروه های سولفیدریل (SH) آلبومین بوده که عناصر ارزشمند سیستم دفاعی آنتی اکسیدانی خارج سلول در برابر استرس اکسیداتیو هستند. کل گروه های تیول پلاسما بیشترین مکان های شیمیایی واکنش پذیر را دارند و دارای خاصیت کاهندگی شدیدی بوده و نمایانگر گروه های SH آلبومین، L-سیستئین و هموسیستئین در شرایط فیزیولوژیکی هستند.
حساسیت بالای پروتئین در برابر آسیب اکسیداتیو می تواند به دلیل ماهیت پیچیده پروتئین ها و وجود انواع مختلف گروه های عملکردی قابل اکسیداسیون در اسیدهای آمینه (به عنوان مثال ، گروه گوگرد در سیستئین و متیونین) باشد. علاوه بر این ، تغییر فعالیت بیولوژیکی پروتئین تغییر یافته احتمالاً باعث تغییر ساختار سوم پروتئین می شود که از اکسیداسیون مستقیم یک اسید آمینه خاص یا در نتیجه تجزیه قسمت اصلی پروتئین حاصل می شود. درجه آسیب به پروتئین به عوامل متفاوت زیادی بستگی دارد و اکسیداسیون مستقیم سیستئین و متیونین در پروتئین ها از پیامدهای عمده تغییرات ناشی از استرس اکسیداتیو در فعالیت پروتئین محسوب می شود.
آنتی اکسیدان های غیر آنزیمی با وزن مولکولی کم، از جمله گلوتاتیون، α توکوفرول، β کاروتن و اسید اوریک عمدتا در پلاسما و سایر مایعات خارج سلول و داخل سلول یافت می شوند. گلوتاتیون به طور خاص، مستقیماً با رادیکال های آزاد و پراکسیدهای لیپید واکنش داده و از سلول ها در برابر آسیب اکسیداتیو محافظت می کند و به عنوان یک سوبسترا در واکنش آنزیمی عمل می کند.
عامل هسته ای مربوط به فاکتورE۲ (Nrf۲) یک عامل رونویسی حساس به اکسایش-کاهش است که رونویسی ژن های رمزگذار پروتئین های مختلف آنتی اکسیدانی و محافظت از سلول را کنترل می کند و این تنظیم رونویسی وابسته به Nrf۲ است. گونه های اکسیژن فعال می تواند Nrf۲ را فعال کند ، که به نوبه خود مسیرهای سیگنالینگ پیش التهابی را خنثی می کند.
در طول دوره انتقال، حیوانات معمولاً در شرایط مشابه شرایط التهابی به ویژه در کبد قرار دارند. در این دوره تنظیم زیادی از ژن های هدف Nrf۲ با خواص آنتی اکسیدانی اتفاق می افتد و پاسخ پروتئین های تا نخورده (UPR; Unfolded protein response) در کبد گاوهای شیری فعال می شود که منجر به فعال شدن Nrf۲ شده و در نتیجه بیان آنزیم های آنتی اکسیدان افزایش می یابد. این مکانیسم ها از آسیب بافتی ناشی از تولید گونه های اکسیژن فعال و در نتیجه التهاب جلوگیری می کنند.. این تنظیم درون زادی مولکول های آنتی اکسیدان ممکن است اثرات منفی مقادیر زیاد مکمل های آنتی اکسیدانی را توضیح دهد زیرا مقادیر بالای آنتی اکسیدان ها می تواند با سرکوب Nrf۲ به دلیل سطح پایین گونه های اکسیژن فعال منجر به کاهش بیان آنزیم های آنتی اکسیدانی در بدن دام شود.
منبع:
Younis, M., El-Ashker, M., El-Diasty, M., Youssef, M. A., & El-Khodery, S. (۲۰۲۱). Oxidative Stress in Transition Dairy Cattle: Current Knowledge and the Potential Impact of Supplementing Organic Trace Elements. Asian Journal of Research in Animal and Veterinary Sciences, ۱-۲۱.