Radikal içeren kimyasal maddelerin adı. Serbest radikaller

Serbest radikaller, dış yörüngelerinde eşleşmemiş elektronlara sahip ve yüksek kimyasal reaktiviteye sahip moleküler türlerdir. Çalışmaları, belirli türdeki radikallerin dahil olduğu EPR (döndürme yakalama tekniği), kemilüminesans ve reaksiyon inhibitörleri kullanılarak gerçekleştirilir. Vücudumuzda üretilen başlıca radikaller oksijen radikalleri (süperoksit ve hidroksil radikalleri), nitrojen monoksit, doymamış yağ asitlerinin radikalleri, oksidatif indirgeme reaksiyonlarında oluşan semikinonlardır (örn. ubikinol). Ultraviyole ışınlarının etkisi altında ve daha önce ilaç olarak kullanılan bazı maddeler de dahil olmak üzere bazı doğal olmayan bileşiklerin (ksenobiyotikler) metabolizması sırasında da farklı radikaller oluşur.

Serbest radikaller nelerdir?

Şekil 1. Metanol molekülünün elektronik yapısı

Şekil 2.Metanol radikalinin elektronik yapısı

Organik moleküllerde (vücudumuzu oluşturanlar dahil), dış elektron kabuğundaki elektronların çiftler halinde düzenlendiği iyi bilinmektedir: her yörüngede bir çift (Şekil 1)

Serbest radikaller, dış elektron kabuğunda eşleşmemiş (tek) bir elektrona sahip olmaları bakımından sıradan moleküllerden farklıdır (Şekil 2 ve 3).

Radikallerde eşleşmemiş elektron genellikle nokta ile gösterilir. Örneğin, hidroksil radikali HO· olarak, hidrojen peroksit radikali HOO· olarak, süperoksit radikali ise ·OO- veya O2·- olarak adlandırılır. Aşağıda üç etil alkol radikalinin formülleri verilmiştir: CH3CH2O·; CH3·CHOH; CH3CH2O

Bu yüzden:
Serbest radikal, dış kabuğunda bir veya daha fazla eşleşmemiş elektrona sahip bir atom veya molekül olan bir parçacıktır.

Bu, radikalleri kimyasal olarak aktif hale getirir, çünkü radikal ya eksik elektronu çevredeki moleküllerden uzaklaştırarak geri kazanmaya ya da "fazla" elektronu diğer moleküllere vererek kurtulmaya çalışır.

Dış kabuğunda iki kadar eşleşmemiş elektron içeren oksijen molekülü (dioksijen) kendisini özel bir konumda bulur. Bu nedenle dioksijen bir diradikaldir ve diğer radikaller gibi oldukça reaktiftir.

Şekil 3. Bazı moleküllerin ve radikallerin elektronik yapısı

Eşlenmemiş elektronların atomun veya molekülün dış kabuğunda olması gerektiğini vurgulamak önemlidir. Serbest radikal kavramı, eşlenmemiş elektronları iç kabuklarda bulunan değişken değerlikli metal iyonlarını içermez. Demir, bakır veya manganez gibi metallerin hem radikalleri hem de iyonları (ve bu metallerin kompleksleri) elektron paramanyetik rezonans (EPR) sinyalleri ürettiğinden, bu parçacıklara birlikte genellikle paramanyetik merkezler denir.

Kararlı moleküllerden radikallerin oluşumu, serbest değerlik yörüngesinde yeni bir elektronun ortaya çıkmasıyla veya tam tersi, bir elektron çiftinden bir elektronun çıkarılmasıyla meydana gelir. Bu işlemler genellikle tek elektronlu oksidasyon veya indirgeme reaksiyonlarının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu tür reaksiyonlar genellikle kökün oluşturulduğu molekülle birlikte, bir elektronun vericisi veya alıcısı olarak görev yapan (iki organik molekül arasındaki veya aralarındaki reaksiyonlarda olduğu gibi aynı anda iki değil) değişken değerlikteki bir metal iyonunu içerir. organik bir molekül ve oksijen). Bir radikalin oluştuğu reaksiyonun tipik bir örneği Fenton reaksiyonudur: hidrojen peroksitin bir demir iyonu ile etkileşimi:
Fe2+ ​​​​+ H2O2 => Fe3+ + OH- + ·OH (hidroksil radikali)

Yüksek sıcaklıklarda veya ultraviyole radyasyonun etkisi altında, kimyasal bağın kopması (homolitik bölünme) sonucu da radikaller oluşabilir. Normal koşullar altında bu tür reaksiyonlar pratik olarak normal canlı hücrelerde gerçekleşmez.

Radikallerin isimlendirilmesi

Nispeten yakın zamanda, İnorganik Kimyanın Adlandırılması Komisyonu radikallerin isimlendirilmesine ilişkin temel kuralları formüle etti (bkz. (Koppenol, 1990 #7)) (Tablo 1).

Tablo 1. İnorganik Kimya İsimlendirme Komisyonu'nun (1990) tavsiyelerine göre bazı radikallerin ve moleküllerin adları.

Bu önerilerden bazılarına bakalım. Öncelikle radikal kelimesinin önüne "özgür" yazmaya gerek yok. Söz konusu parçacığın radikal doğası “il” ekiyle gösterilir. Dolayısıyla RO· ve HO· radikalleri sırasıyla "alkoksil" ve "hidroksil" olarak adlandırılır.

“Peroksit” ve “hidroperoksit” türevlerinin kötüye kullanılmaması önerisi oldukça yeni sayılabilir. Birbirine bağlanan iki oksijen atomundan oluşan gruba "dioksit" adı verilir. Buna göre ROO· radikalinin "alkildioksil" olarak adlandırılması tavsiye edilir (Koppenol, 1990 #7). Alternatif isim olan “alkilperoksil” de korunabilir ancak bu daha kötüdür (Koppenol, 1990 #7). Moleküler oksijene “dioksijen”, ozona ise “trioksijen” adı verilmektedir.

"İl" ile biten isim çok kullanışlıdır ancak parçacığın yükünün ne olduğu hakkında hiçbir şey ifade etmez. Bu nedenle, gerekli durumlarda radikalin sistematik adının kullanılması önerilir; burada grup adından sonra ücret parantez içinde verilir. Örneğin O2·- radikali “dioksit (1-)” adını taşır. Bu çalışmada, daha kısa olan “dioksit” adını kullanacağız. Radikal formülleri üst simgeye yazarken, önce belirli bir atomda eşlenmemiş bir elektronun varlığını gösteren bir nokta, ardından iyonun yükünün işareti yerleştirilir. Örneğin "O2·-". Yapısal formüllerde noktanın tam olarak eşlenmemiş elektronun bulunduğu atomda bulunması gerekir. Örneğin dioksinin iki eşlenmemiş elektronu olduğunu vurgulamak için formülünü şu şekilde yazabilirsiniz: "O2". Tablo 1'de önerilen radikal isimlerin bir listesi verilmektedir; Köşeli parantez içindekiler bu kitapta öncelikli olarak kullanılacak isimlerdir.

Vücudumuzda bulunan radikaller

Birincil radikaller ve reaktif moleküller

Vücudumuzda oluşan tüm radikaller doğal ve yabancı olarak ikiye ayrılabilir. Doğal radikaller ise birincil, ikincil ve üçüncül olarak ayrılabilir (Vladimirov, 1998 #8). (Şekil 4'teki diyagrama bakın).

Şekil 4. Vücudumuzda oluşan serbest radikallerin sınıflandırılması

Birincil radikallere, oluşumu belirli enzim sistemlerinin katılımıyla gerçekleştirilen radikaller denilebilir. Her şeyden önce bunlar, koenzim Q (radikalini Q· olarak belirtiyoruz) ve flavoproteinler gibi elektron taşıyıcılarının reaksiyonlarında oluşan radikalleri (semikinonlar) içerir. Diğer iki radikal, süperoksit (·OO-) ve nitrojen monoksit (·NO) de vücut için yararlı işlevler yerine getirir; bunlar ilgili bölümlerde daha ayrıntılı olarak tartışılacaktır.

Birincil radikal süperoksitten ve diğer reaksiyonların bir sonucu olarak vücutta çok aktif moleküler bileşikler oluşur: hidrojen peroksit, hipoklorit ve lipit hidroperoksitler (bkz. Şekil 5). Bu tür moleküller, radikallerle birlikte İngiliz edebiyatında "reaktif türler" adını aldı ve bu, Rus edebiyatında çoğunlukla "aktif formlar" olarak çevrildi. Radikaller ve moleküler ürünler arasında ayrım yapmak için ikincisine "reaktif moleküller" adını vermeyi öneriyoruz. Bu nedenle aşağıdaki terminoloji önerilmektedir:

Aktif formlar = serbest radikaller + reaktif moleküller

Halliwell reaktif oksijen türleri, nitrojen ve klor terimlerini önermektedir (Halliwell, 1998 #9). Şekil 2'deki diyagramdan da görülebileceği gibi. Şekil 5'te reaktif oksijen türleri arasında süperoksit, hidroksil radikali, hidrojen peroksit ve singlet oksijen bulunur. Nitrik oksit ve onun süperoksit - peroksinitrit ile etkileşiminin sonucunun aktif nitrojen formları olarak adlandırılması önerilmektedir. Klorun aktif formuna, hidrojen peroksitin miyeloperoksidaz enzimi tarafından katalize edilen bir klorür iyonu ile reaksiyonu sonucu oluşan hipoklorit adı verilebilir.

Şekil 5. Oksijen, nitrojen ve klorun reaktif türleri

Günümüz terminolojisinde, lipitlerin zincir oksidasyonu sonucu oluşan çok önemli bir reaksiyonla oluşan çoklu doymamış yağ asitlerinin radikallerine ve hidroperoksitlerine yer bulmak gerekmektedir. Kimyasal açıdan bakıldığında bu heterojen bir gruptur. Çoklu doymamış bir yağ asidi molekülünden bir hidrojen atomu çıkarıldığında, eşleşmemiş elektronun karbon atomunda lokalize olduğu bir alkid radikali oluşur. Bu “karbonun aktif formu” gibidir. Ancak alkil radikalinin dioksijen (moleküler oksijen) ile daha fazla etkileşimi ile oksijen atomunda lokalize olan eşleşmemiş elektron ile bir dioksit radikali oluşur. Yapı ve kısmen özellik bakımından böyle bir radikal süperoksite benzer ve bazı yazarların yaptığı gibi oksijenin aktif bir formu olarak sınıflandırılabilir. Lipit peroksidasyonu sırasında oluşan doymamış yağ asitlerinin hidroperoksitleri de hidrojen peroksite benzetilerek bu kategorideki aktif formlar olarak sınıflandırılabilir. Hidroperoksitlerin örneğin Fe2+ iyonlarıyla tek elektron indirgenmesi sırasında oluşan lipitlerin alkoksil radikalleri de bu kategoriye girer; aslında bunlar hidroksil radikalinin homologlarıdır.

Yukarıdakilerin hepsine rağmen, lipitlerin zincir oksidasyonunun listelenen tüm ürünlerini (ve reaktiflerini) tek bir terim altında birleştirmeyi öneriyoruz: aktif lipit formları. Bir biyolog ve doktor için hangi atomun eşlenmemiş bir elektrona sahip olduğu değil, hangi molekülün kimyasal olarak agresif hale geldiği, yani bir serbest radikalin veya onun reaktif öncülünün özelliklerini kazandığı daha da önemlidir. Dolayısıyla alkil, alkoksi ve dioksit radikallerini lipitlerin aktif formları olarak dahil ediyoruz. çoklu doymamış yağ asitlerinin hidroperoksitlerinin yanı sıra ilgili fosfolipit, trigliserit veya kolesterol zincirleri (bkz. Şekil 5).

İkincil ve üçüncül radikaller

Reaktif moleküller: hidrojen peroksit, lipit hidroperoksitler, peroksinitrit, reaksiyonlarda oluşur; katılımcılardan biri çoğu durumda bir radikaldir ve bazen dioksijendir, ancak bu, aynı zamanda dış elektron kabuğunda eşlenmemiş elektronlara da sahiptir. Buna karşılık, bu moleküller ve onlarla birlikte hipoklorit, başta iki değerlikli demir iyonları olmak üzere değişken değerliğe sahip metal iyonlarının varlığında kolaylıkla radikaller oluşturur. Bu tür radikallere ikincil diyeceğiz; buna hidroksil radikali ve lipit radikalleri dahildir. İkincil radikaller, birincil olanlardan farklı olarak enzimatik olmayan reaksiyonlarda oluşur ve bilindiği kadarıyla fizyolojik olarak yararlı işlevler yerine getirmezler. Aksine hücresel yapılar üzerinde yıkıcı bir etkiye sahiptirler ve haklı olarak zararlı radikaller olarak adlandırılabilirler. Patolojik durumların gelişmesine yol açan ve karsinogenez, ateroskleroz, kronik inflamasyon ve dejeneratif sinir hastalıklarının temelini oluşturan şey ikincil radikallerin (ve genel olarak radikallerin değil) oluşumudur (incelemelere bakınız (Cross, 1987 #4)(Cross, 1994 #5) )(Darley-Usmar, 1995 #10 (Darley-Usmar, 1996 #11)). Bununla birlikte, reaktif moleküller, yalnızca onlardan serbest radikal oluşumu nedeniyle değil, aynı zamanda peroksinitrit ve hipoklorit ve bazı durumlarda hidrojen peroksit için kanıtlandığı gibi doğrudan sitotoksik bir etkiye de sahiptir.

İkincil radikallerin zararlı etkilerine karşı korunmak için vücut, antioksidanlar adı verilen ve serbest radikal temizleyicileri de içeren geniş bir grup maddeyi kullanır. İkincisinin örnekleri alfa-tokoferol, tiroksin, indirgenmiş ubikinon (QH2) ve kadın steroid hormonlarıdır. Lipid radikalleri ile reaksiyona giren bu maddeler, üçüncül radikaller olarak kabul edilebilecek antioksidan radikallere dönüştürülür (bkz. Şekil 3).

Vücudumuzun hücre ve dokularında sürekli olarak değişen miktarlarda oluşan bu radikallerin yanı sıra, iyonlaştırıcı radyasyon, ultraviyole ışınımı ve hatta lazer ışığı gibi yoğun görünür ışıkla aydınlatma gibi etkiler altında ortaya çıkan radikaller, yıkıcı etki. Bu tür radikallere yabancı denilebilir. Bunlar aynı zamanda vücuda giren yabancı bileşiklerden ve ksenobiyotiklerden oluşan radikalleri de içerir; bunların çoğu, tam olarak bu bileşiklerin metabolizması sırasında oluşan serbest radikaller nedeniyle toksik etkiye sahiptir (Şekil 3).

Serbest radikaller ve katıldıkları reaksiyonlar nasıl inceleniyor?

Radikalleri içeren reaksiyonları incelemek için temel yöntemler

Serbest radikallerin belirli bir sürece katılımı, ister bir test tüpündeki kimyasal reaksiyon ister vücutta patolojik bir durumun gelişimi olsun, doğrudan ve dolaylı yöntemler kullanılarak değerlendirilebilir (, s. 19-32). Serbest radikalleri incelemek için "en doğrudan" yöntem, elektron paramanyetik rezonans (EPR) yöntemidir. EPR sinyallerinin (spektrum) varlığı, genliği ve şekli ile bir numunedeki eşlenmemiş elektronların varlığı yargılanabilir, konsantrasyonları belirlenebilir ve bazen bu eşlenmemiş elektronların içerdiği radikallerin kimyasal yapısının ne olduğu bulunabilir. Radikallerin incelenmesine yönelik doğrudan yöntemler aynı zamanda kemilüminesans (CL) yöntemini de içerir. Radikaller birbirleriyle etkileşime girdiğinde, bazı durumlarda foton (ışık kuantumu) şeklinde yayılan çok fazla enerji açığa çıkar. Böyle bir lüminesansın yoğunluğu (CL), radikallerin katıldığı reaksiyonun hızıyla ve dolayısıyla bunların konsantrasyonuyla orantılıdır.

Radikallerin katıldığı reaksiyonları incelemek için ana dolaylı yöntemler, son reaksiyon ürünlerinin konsantrasyonunun yanı sıra inhibitörlerin kullanımının belirlenmesidir. Bu yöntemlere daha yakından bakalım.

İnhibitör Deneyi

Radikaller oldukça reaktiftir ve geleneksel kimyasal yöntemler kullanılarak incelenemezler: kromatografi veya santrifüjleme gibi standart prosedürler tamamen işe yaramaz. Biyokimyasal analizler radikallerin katılacağı varsayılan reaksiyonların nihai ürünlerini belirlemeyi mümkün kılar, ancak radikallerin sürece gerçekten katılıp katılmadığı ve hangilerinin katıldığı sorusu her zaman devam eder. Sözde engelleyici analiz, bu tür soruların çözümünde önemli bir rol oynar.

Klasik bir örnek, süperoksit dismutaz (SOD) enziminin kullanılmasıdır. Bu enzim, iki süperoksit radikalinin hidrojen peroksit ve moleküler oksijen oluşturmak üzere reaksiyonunu (dismutasyonunu) katalize eder. Eğer SOD ilavesi incelenen prosesi engelliyorsa, bu, bunun oluşması için bir süperoksit radikalinin gerekli olduğu anlamına gelir ve bu radikalin hangi reaksiyona dahil olduğunun belirlenmesi gerekmektedir.

Serbest radikallerin hücrelerimizin, organlarımızın ve dokularımızın yaşamı ve ölümündeki rolünün araştırılmasındaki modern ilerlemelerin büyük ölçüde I. Fridovich tarafından yapılan süperoksit dismutaz (SOD) enziminin keşfinden kaynaklandığı abartılmadan söylenebilir. ve McCord yaklaşık çeyrek asır önce. Bu enzim, daha önce de belirtildiği gibi, reaksiyonu katalize eder:
.OO- + .OO- + 2H+ => O2 + H2O

Başka bir enzim olan katalazın varlığında hidrojen peroksit oksijen ve su oluşturmak üzere ayrışır: H2O2 => O2 + H2O

SOD'un keşfi biyokimyacıların zihinlerinde devrim yarattı: Canlı hücreler tarafından özel olarak üretilen (ve canlı doğada son derece yaygın olduğu ortaya çıkan) serbest radikalleri ortadan kaldıran bir enzim olduğundan, radikallerin doğada var olduğu açıktır ve bazı nedenlerden dolayı ihtiyaç duyulanların silinmesi gerekir. Bundan önce çok az biyokimyacı canlı organizmaların metabolizmasına yalnızca “gerçek” moleküllerin değil aynı zamanda serbest radikallerin de katıldığını fark etmişti. Daha sonra SOD ve katalaz, ister bireysel bir biyokimyasal reaksiyon olsun, ister laboratuvar hayvanlarında veya insanlarda bir hastalığın gelişimi olsun, süperoksit ve hidrojen peroksitin belirli bir süreçteki rolünü inceleyen tüm çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Örneğin, SOD eklenmesi incelenen süreci keskin bir şekilde engelliyorsa, bu, bunun oluşması için bir süperoksit radikalinin gerekli olduğu anlamına gelir ve şimdi geriye yalnızca bu radikalin hangi kimyasal reaksiyona dahil olduğunu bulmak kalır. İşlemin katalaz tarafından engellenmesi, bu enzimin parçaladığı hidrojen peroksitin işin içinde olduğu anlamına gelir.

Aynı prensip diğer inhibitörlerin kullanımı için de geçerlidir. Bu nedenle, lipit radikallerinin rolünü açıklığa kavuşturmak için, karotenoidleri ve tokoferolleri (E vitamini) içeren yağda çözünen radikal "tuzaklar" kullanılır. Bu maddeler L· veya LOO· radikalleriyle reaksiyona girerek oksidasyon zincirlerini kırar ve lipit peroksidasyonunu engeller. Steroid hormonları ve tiroksin aynı özelliğe sahiptir. Bu maddelerin antioksidan etkisi aynı zamanda kemilüminesansın kinetiği üzerindeki etkilerinde de kendini gösterir (örneğin bkz. Şekil 3, B). Sentetik bir radikal temizleyici olan di-tert-butilhidroksitoluen (iyonol) da yaygın olarak kullanılmaktadır.

Diğer radikal tuzaklar o kadar spesifik değildir ancak bazen de kullanılır. Böylece suda çözünebilen radikaller, askorbik veya ürik asit tarafından etkili bir şekilde "yakalanır". Hidroksil radikallerini (HO·) "temizlemek" için mannitol veya benzoik asit ve bazen etanol kullanılır. Lipidlerin zincir oksidasyon reaksiyonlarının herhangi bir sürecine katılımını belirlemek için (aşağıya bakınız), oksidasyon zincirlerine yol açan yağda çözünen lipit radikalleri "tuzakları" kullanılır. Bu tuzaklar arasında tokoferol (E vitamini) ve tert-bütillenmiş hidroksitoluen (iyonol) gibi bazı sentetik bileşikler bulunur. Suda çözünebilen radikaller, askorbik veya ürik asit tarafından etkili bir şekilde "yakalanır". Hidroksil radikallerini (HO·) "temizlemek" için mannitol veya benzoik asit ve bazen etanol kullanılır. Bununla birlikte, tuzakların her zaman spesifik olmadığını da söylemek gerekir: birçoğu yalnızca radikallerle değil, aynı zamanda oldukça aktif moleküllerle de reaksiyona girer.

Elektron paramanyetik rezonans yöntemi

Serbest radikal reaksiyonlarının moleküler ürünlerinin ve inhibitör analizlerin incelenmesine dayanan çalışmaların faydaları şüphe götürmez olsa da, serbest radikal reaksiyonlarının doğrudan tespit edilmesi ve incelenen süreç sırasında konsantrasyonlarındaki değişikliklerin doğrudan çalışılması olasılığı göz ardı edilmemelidir. . Günümüzde radikalleri tespit etmek için iki doğrudan yöntem vardır: elektron paramanyetik rezonansı (EPR) ve kemilüminesans (CL).

Şekil 6. Canlı hücrelerde oluşan bazı radikallerin EPR sinyalleri.

Şekil 7. Bir akış hücresinde radikallerin ölçülmesi

ESR yöntemi, semikinon radikallerinin, özellikle de ubikinol ve tokoferol radikallerinin oldukça güvenilir bir şekilde incelenmesini mümkün kılar (bkz. Şekil 6'daki spektrumlar). Reaktif oksijen türlerinin ve lipitlerin radikalleri genellikle doğrudan gözlemlenmez. Sadece iki çözeltinin sürekli akışlarıyla hızlı bir şekilde karıştırılması yöntemini kullanarak (bkz. Şekil 7), oldukça zayıf olmasına rağmen, linoleik asit hidroperoksitlerin Ce4+ ve Fe2+ iyonları tarafından ayrışması sırasında oluşan lipit radikallerinin EPR sinyallerini gözlemlemek mümkün oldu. reaktiflerin muazzam tüketimine rağmen (Osipov, 1980 #594). Biyolojik sistemlerdeki oksijen veya lipit radikallerini EPR ile doğrudan tespit etme girişimleri başarısız olmuştur çünkü oksijen veya lipit radikalleri gibi çoğu radikalin kararlı durum konsantrasyonları biyolojik sistemlerde çok düşüktür. Ancak başarı, döndürme tuzağı yönteminin geliştirilmesinden sonra geldi.

Döndürme tuzakları

EPR yönteminin tüm avantajlarına rağmen, duyarlılığı genellikle incelenen örnekte oluşmakla kalmayıp aynı zamanda içinde meydana gelen önemli süreçlere de katılan serbest radikalleri tespit etmede yetersizdir. Bütün sorun radikallerin yüksek kimyasal aktivitesidir. Biyolojik sistemlerde, membranlarda oksijen radikallerinin veya lipit radikallerinin oluşma oranları çok yüksek değildir ancak bu radikallerin yok olma oranları çok yüksektir; Bu nedenle, herhangi bir zamanda radikallerin konsantrasyonu (sabit konsantrasyon olarak adlandırılır) genellikle o kadar küçüktür ki, EPR tarafından tespit edilemezler. Radikal ne kadar aktifse, sabit konsantrasyonu da o kadar düşük olur ve EPR tarafından "görülme" olasılığı da o kadar az olur. Çıkış yolu, aktif radikallerin, EPR kullanılarak tespit edilen aktif olmayan, kararlı radikallere dönüştürülmesidir. Bu amaçla, çalışılan numuneye spin tuzakları adı verilen özel maddeler eklenir (örneğin, bir hücre süspansiyonuna, doku homojenatına veya serbest radikalleri içeren reaksiyonların gerçekleştiği çözeltiye) (tabii ki spinleri "yakalamalarına" rağmen, ama radikaller). Örneğin, H2O ile hidroksil radikallerini “temizlemek”. Fenilbütilnitron (PBN) kullanılır.

Şekil 8. Fenilbütilnitron (PBN)

Bir tuzak bir radikal ile etkileşime girdiğinde, radikal, "spin eklentisi" (İngilizce ekle - ekle, katla kelimesinden gelir) adı verilen yeni, kararlı bir radikalin oluşumuyla tuzağa bağlanır. Farklı radikallerin spin katkılarının EPR sinyalleri şekil olarak biraz farklılık gösterir. Bu, incelenen sistemde oluşan radikallerin tanımlanmasını mümkün kılar. Şekil 8, solda, hidrojen peroksitin iki değerlikli demir iyonları tarafından ayrışması sırasında oluşan bir OH radikali ile FBN'nin spin eklentisinin EPR sinyalini ve sağda, varlığında oluşan aynı eklentinin EPR sinyalini gösterir. Hipokloritin iki değerlikli demir iyonlarıyla etkileşimi sırasında FBN'nin oluşumu.

Şekil 9. Hidroksil radikallerinin PBN tuzağı tarafından yakalanması sonucu oluşan spin eklentilerinin EPR sinyalleri.

Diğer radikalleri (örneğin süperoksit) yakalamak için başka tuzaklar kullanılır. Döndürme tuzağı serbest radikalleri "yakaladığı" için, bu radikallerin neden olduğu süreci yavaşlatır (engeller), örneğin radikallerin canlı hücrelere verdiği zararı azaltır. O. Bu nedenle, spin tuzakları iki amaç için kullanılır: Hangi radikallerin oluştuğunu ve bunların hücrede hangi işlemlere neden olduğunu bulmak.

Kemilüminesans yöntemi

Radikalleri içeren reaksiyonları incelemek için etkili bir yöntem, kemilüminesans (CL) yöntemidir. Radikallerin birbirleriyle etkileşime girdiğinde, fotonlar (ışık kuantumu) şeklinde yayılabilen çok fazla enerjinin açığa çıktığı gerçeğine dayanmaktadır. Bu tür bir lüminesansın yoğunluğu (CL), radikallerin katıldığı reaksiyonun hızıyla orantılıdır ve bu nedenle, incelenen süreç sırasında konsantrasyonlarında bir değişiklik gösterir. Bu konu, "Biyolojik sistemlerde içsel kemilüminesans ("ultra zayıf parıltı") dersinde daha ayrıntılı olarak tartışılacaktır.

Reaksiyon kinetiğinin incelenmesi

Serbest radikalleri içeren reaksiyonlar, özellikle zincir oksidasyon reaksiyonları oldukça karmaşıktır ve birbirini izleyen birkaç aşamadan geçer. Zincir reaksiyonların mekanizmasının incelenmesinde ana rol, süreçlerin kinetiğinin incelenmesiyle oynandı; Bu durumda, kemilüminesans kinetiğinin ölçümü, radikallerin, örneğin lipit radikallerinin konsantrasyonundaki zaman içindeki değişikliğin doğrudan görülmesine olanak tanır. Kemilüminesansın, demir iyonlarının oksidasyonunun ve mitokondri ve fosfolipid keseciklerin (lipozomlar) süspansiyonlarında reaksiyon ürünlerinin birikmesinin paralel ölçümleri, lipitlerin serbest radikal zincir oksidasyonunun ana reaksiyonlarının hız sabitlerinin deneysel olarak belirlenmesini mümkün kılmıştır. daha sonra daha fazla ayrıntı.

Kimya biliminin gelişmesi ve çok sayıda yeni kimyasal bileşiğin ortaya çıkmasıyla birlikte, dünya çapındaki bilim adamlarının anlayabileceği bir adlandırma sisteminin geliştirilmesi ve benimsenmesi ihtiyacı giderek artmıştır. . Aşağıda organik bileşiklerin ana isimlendirmelerine genel bir bakış sunuyoruz.

Önemsiz isimlendirme

Organik kimyanın gelişiminin kökenlerinde yeni bileşikler atfedildi. önemsiz isimler, yani tarihsel olarak gelişen ve genellikle bunları elde etme yöntemi, görünüm ve hatta tat vb. ile ilişkilendirilen isimler. Organik bileşiklerin bu isimlendirilmesine önemsiz denir. Aşağıdaki tablo bugüne kadar isimlerini koruyan bazı bileşikleri göstermektedir.

Rasyonel isimlendirme

Organik bileşikler listesinin genişlemesiyle birlikte, isimlerini, en basit organik bileşiğin adı olan organik bileşiklerin rasyonel isimlendirmesinin temeli ile ilişkilendirme ihtiyacı ortaya çıktı. Örneğin:

Ancak daha karmaşık organik bileşikler bu şekilde adlandırılamaz. Bu durumda bileşiklerin IUPAC sistematik isimlendirme kurallarına göre adlandırılması gerekir.

IUPAC sistematik isimlendirmesi

IUPAC - Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği.

Bu durumda bileşikleri adlandırırken karbon atomlarının moleküldeki ve yapısal elementlerdeki konumu dikkate alınmalıdır. En yaygın olarak kullanılanı organik bileşikler için ikame isimlendirmedir; Hidrojen atomlarının herhangi bir yapısal birim veya atomla değiştirildiği molekülün temel temeli vurgulanır.

Bileşiklerin isimlerini oluşturmaya başlamadan önce isimleri öğrenmenizi tavsiye ederiz. Sayısal önekler, kökler ve son ekler kullanılan IUPAC terminolojisi.

Ve ayrıca fonksiyonel grupların adları:

Rakamlar çoklu bağların ve fonksiyonel grupların sayısını belirtmek için kullanılır:

Doymuş hidrokarbon radikalleri:

Doymamış hidrokarbon radikalleri:

Aromatik hidrokarbon radikalleri:

IUPAC isimlendirmesine göre organik bir bileşiğin adını oluşturma kuralları:

1. Molekülün ana zincirini seçin

Mevcut tüm fonksiyonel grupları ve önceliklerini tanımlayın

Çoklu bağların varlığını belirleme

1. Ana zinciri numaralandırın ve numaralandırma, zincirin en yüksek gruba en yakın ucundan başlamalıdır. Bu tür olasılıkların birkaçı mevcutsa zincir, çoklu bağın veya molekülde bulunan başka bir ikame edicinin minimum sayıyı alacağı şekilde numaralandırılır.

karbosiklik Bileşikler, en yüksek karakteristik grupla ilişkili karbon atomundan başlayarak numaralandırılır. İki veya daha fazla ikame edici varsa, ikame ediciler minimum sayıya sahip olacak şekilde zinciri numaralandırmaya çalışırlar.

1. Bağlantı için bir ad oluşturun:

— Ana zincirle aynı sayıda atoma sahip doymuş bir hidrokarbonu ifade eden kelimenin kökünü oluşturan bileşiğin adının temelini belirleyin.

— İsmin tabanından sonra doygunluk derecesini ve çoklu bağ sayısını belirten bir son ek bulunur. Örneğin, - tetraen, -dien. Birden fazla bağlantının olmaması durumunda son eki kullanın - Sk.

- Daha sonra ekin yanına kendi adı da eklenir. kıdemli fonksiyonel grup.

— Bunu, ikame edicilerin alfabetik sıraya göre, Arap rakamlarıyla konumlarını gösteren bir listesi takip eder. Örneğin, -5-izobütil, -3-floro. Birkaç özdeş ikame edici varsa bunların sayısı ve konumu belirtilir; örneğin 2,5 - dibromo-, 1,4,8-trimetil-.

Lütfen sayıların kelimelerden kısa çizgiyle ve aralarında virgülle ayrıldığını unutmayın.

Gibi örnek Aşağıdaki bağlantıya bir isim verelim:

1. Seçin ana devre mutlaka içeren kıdemli grup– COUN.

Başkalarını tanımlamak fonksiyonel gruplar: - OH, - Cl, - SH, - NH2.

Çoklu bağlantı HAYIR.

2. Ana devreyi numaralandırın, daha yaşlı gruptan başlayarak.

3. Ana zincirdeki atom sayısı 12'dir. İsim temeli

Dodekanoik asidin 10-amino-6-hidroksi-7-kloro-9-sülfanil-metil esteri.

10-amino-6-hidroksi-7-kloro-9-sülfanil-metil dodekanoat

Optik izomerlerin isimlendirilmesi

1. Aldehitler, hidroksi ve amino asitler gibi bazı bileşik sınıflarında, ikame edicilerin göreceli konumunu belirtmek için kullanılırlar. D, L– isimlendirme. Mektup D sağa dönen izomerin konfigürasyonunu belirtir, L- solak.

Çekirdekte D,L-organik bileşiklerin isimlendirmeleri Fischer projeksiyonuna dayanmaktadır:

• α-amino asitler ve α-hidroksi asitler"oksiasit anahtarını" izole edin, yani. projeksiyon formüllerinin üst kısımları. Hidroksil (amino) grubu sağda bulunuyorsa, o zaman D-izomer, sol L-izomer.

Örneğin aşağıda gösterilen tartarik asitin D- oksiasit anahtarına göre konfigürasyon:

• izomer konfigürasyonlarını belirlemek için şekerler“gliserol anahtarını” izole edin, yani. şekerin projeksiyon formülünün alt kısımlarını (düşük asimetrik karbon atomu) gliseraldehitin projeksiyon formülünün alt kısmıyla karşılaştırın.

Şeker konfigürasyonu tanımı ve dönme yönü gliseraldehitinkine benzer, yani. D– konfigürasyon sağda bulunan hidroksil grubunun konumuna karşılık gelir, L– konfigürasyonlar – solda.

Örneğin aşağıda D-glikoz var.

2) R-, S-terminoloji (Kahn, Ingold ve Prelog terminoloji)

Bu durumda asimetrik karbon atomundaki ikame ediciler kıdem sırasına göre düzenlenir. Optik izomerler şu tanımlara sahiptir: R Ve S ve rasemat R.S..

Bağlantı yapılandırmasını aşağıdakilere göre açıklamak için: R,S terminolojisişu şekilde ilerleyin:

1. Asimetrik karbon atomundaki tüm ikame ediciler belirlenir.
2. İkame edicilerin kıdemi belirlenir; atom kütlelerini karşılaştırın. Öncelik serisini belirleme kuralları, geometrik izomerlerin E/Z terminolojisini kullanırken uygulanan kurallarla aynıdır.
3. İkame ediciler, en düşük ikame edici (genellikle hidrojen) gözlemciden en uzak köşede olacak şekilde uzayda yönlendirilir.
4. Konfigürasyon, kalan ikame edicilerin konumuna göre belirlenir. Kıdemliden ortaya ve ardından kıdemsiz milletvekiline doğru hareket saat yönünde gerçekleştiriliyorsa, bu bir R konfigürasyonudur, saatin tersi yönünde ise bir S konfigürasyonudur.

Aşağıdaki tablo, artan kıdem sırasına göre düzenlenmiş milletvekillerinin listesini göstermektedir:

Ders No.1

BAĞLANTILAR

1. Yapısal izomerizm.

Ders No.1

ORGANİKLERİN SINIFLANDIRILMASI VE İSİMLENDİRİLMESİ
BAĞLANTILAR

1. Organik bileşiklerin sınıflandırılması.
2. Organik bileşiklerin isimlendirilmesi.
3. Yapısal izomerizm.

1. Organik bileşiklerin sınıflandırılması.

Organik bileşikler iki ana özelliğe göre sınıflandırılır: yapı
Karbon iskeleti ve fonksiyonel gruplar.

Karbon iskeletinin yapısına göre asiklik, karbosiklik ve
heterosiklik bileşikler.

Asiklik bileşikler– açık bir karbon atomu zinciri içerir.

Karbosiklik bileşikler– kapalı bir karbon zinciri içerir
atomlara ayrılır ve alisiklik ve aromatik olarak ayrılır. İLE alisiklik hariç tüm karbosiklik bileşikleri içerir
aromatik. Aromatik bileşikler sikloheksatrien içerir
fragman (benzen halkası).

Heterosiklik bileşikler — karbon atomlarıyla birlikte bir tane içeren döngüler içerir
veya birkaç heteroatom.

Fonksiyonel grupların doğası gereği organik
bağlantılar ikiye ayrılır sınıflar .

Tablo 1. Organiklerin ana sınıfları
bağlantılar.

2. Organiklerin isimlendirilmesi
bağlantılar.

Şu anda organik kimyada genel olarak kabul edilmektedir. sistematik isimlendirme, gelişmiş Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği
(IUPAC). Bununla birlikte korunmuş olanlar da var
kullanıldı önemsiz Ve akılcı isimlendirme.

Önemsiz isimlendirme oluşur
kompozisyonu ve yapıyı yansıtmayan tarihsel olarak kurulmuş isimlerden
maddeler. Rastgeledirler ve maddenin doğal kaynağını yansıtırlar.
(laktik asit, üre, kafein), karakteristik özellikler (gliserin, patlayıcı)
asit), hazırlama yöntemi (piruvik asit, sülfürik ester), isim
keşfedici (Michler'in ketonu, Chichibabin hidrokarbon), uygulama alanı
(askorbik asit). Önemsiz isimlerin avantajı,
Kısa olduğundan bazılarının kullanımına kurallarca izin verilmektedir.
IUPAC.

Sistematik isimlendirme bilimseldir ve bileşimi, kimyasal ve mekansal yapıyı yansıtır
bağlantılar. Bileşiğin adı bileşik bir kelime kullanılarak ifade edilir, bileşik
bir maddenin molekül yapısının belirli unsurlarını yansıtan kısımlar. İÇİNDE
IUPAC terminoloji kuralları aşağıdaki ilkelere dayanmaktadır: yenisiyle değiştirme
isimlendirme Buna göre bileşik molekülleri şu şekilde kabul edilir:
Hidrojen atomlarının başka atomlarla değiştirildiği hidrokarbon türevleri veya
atom grupları. Bileşik bir molekülde bir isim oluştururken aşağıdakiler ayırt edilir:
yapısal elemanlar.

Ebeveyn yapısı– ana devre
karbo- ve heterosikllerdeki karbon zinciri veya siklik yapı.

Hidrokarbon radikali- kalan
serbest değerliklere sahip hidrokarbonların formül tanımı (tabloya bakınız)
2).

Karakteristik grup –
ana yapıyla ilişkili veya bu yapıya dahil olan fonksiyonel bir grup
kompozisyon (bkz. tablo 3).

Bir adı sırayla derlerken
aşağıdaki kurallara uyun.

1. En yüksek özelliği belirleyin
   grubunu seçin ve son ekte tanımını belirtin (bkz. Tablo 3).
2. Ana yapıyı şu şekilde belirleyin:
   azalan öncelik sırasına göre aşağıdaki kriterleri içerir: a) en yüksek değeri içerir
   karakteristik grup; b) maksimum sayıda karakteristik içerir
   gruplar; c) maksimum sayıda çoklu bağ içerir; d) bir maksimuma sahiptir
   uzunluk. İsmin kökünde orijinal yapıya uygun olarak belirtilir.
   zincir uzunluğu veya döngü boyutu: C 1 – “meth”, C 2 – “eth”, C 3 – “prop”, C 4 – “ama”, C 5 ve dahası – Yunan rakamlarının kökleri.
3. Doygunluk derecesini belirleyin ve yansıtın
   sonekte bulunur: “an” – çoklu bağ yok, “en” – çift bağ, “in” –
   üçlü bağ.
4. Kalan ikame edicileri yükleyin
   (hidrokarbon radikalleri ve küçük karakteristik gruplar) ve listeleyin
   adlarının önüne alfabetik sıraya göre yer verilmiştir.
5. Çarpma öneklerini ayarlayın - “di”,
   Aynı yapısal elemanların sayısını gösteren “üç”, “tetra” (ile
   ikamelerin alfabetik sıraya göre listelenmesi dikkate alınmaz).
6. Orijinal yapıyı numaralandırın
   böylece en yüksek karakteristik grup en küçük sıra numarasına sahip olur
   sayı. Lokantlar (sayılar) ana yapının adının önüne,
   önekler ve son eklerden önce.

Tablo 2. Alkan ve alkillerin adları
IUPAC sistematik isimlendirmesi tarafından benimsenen radikaller.

Alkan	İsim	Alkil radikali	İsim
4. Bölüm	Metan	CH 3 -	Metil
CH 3 CH 3	Etan	CH 3 CH 2 —	Etil
CH 3 CH 2 CH 3	Propan	CH 3 CH 2 CH 2 —	kestim
			İzopropil
Kanal 3 Kanal 2 Kanal 2 Kanal 3	n-Bütan	CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 —	n-Butil
			sec-Butil
	İzobütan		İzobütil
			tert-Bütil
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3	n-Pentan	CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 —	n-Pentil
	İzopentan		İzopentil
	Neopentan		Neopentil

Tablo 3. Karakteristik adları
gruplar(azalan kıdem sırasına göre listelenmiştir).

* karbon atomu,
parantez içine alınmış, ana yapının bir parçasıdır.

** Alkoksi grupları ve hepsi
onları takip edenler öneklerine göre alfabetik olarak listelenir ve herhangi bir sıraya göre sıralanmazlar
kıdem.

Rasyonel (radikal-fonksiyonel)
isimlendirme basit mono- ve isimleri için kullanılır
iki işlevli bileşikler ve bazı doğal bileşik sınıfları. Temel
isim belirli bir bileşik sınıfının veya üyelerinden birinin adıdır
ikame edicileri gösteren homolog seriler. Yerleşimciler olarak, kural olarak,
Yunan harfleri kullanılıyor.

3. Yapısal izomerizm.

İzomerler- bunlar aynı bileşime ve moleküler yapıya sahip maddelerdir
kütle, ancak farklı fiziksel ve kimyasal özellikler. İzomerlerin özelliklerindeki farklılıklar
kimyasal veya mekansal yapılarındaki farklılıklar nedeniyle.

Altında kimyasal yapı bağlantıların doğasını ve sırasını anlamak
Bir moleküldeki atomlar arasında. Molekülleri kimyasal açıdan farklı olan izomerler
yapıya denir yapısal izomerler.

Yapısal izomerler farklı olabilir:

• karbon iskeletinin yapısına göre

• çoklu bağların konumuna göre ve
  fonksiyonel gruplar

• fonksiyonel grupların türüne göre

Serbest radikaller. Tanım, yapı, sınıflandırma

Serbest radikaller, dış yörüngelerinde eşleşmemiş elektronlara sahip ve yüksek kimyasal reaktiviteye sahip moleküler türlerdir. Çalışmaları, belirli türdeki radikallerin dahil olduğu EPR (döndürme yakalama tekniği), kemilüminesans ve reaksiyon inhibitörleri kullanılarak gerçekleştirilir. Vücudumuzda üretilen başlıca radikaller oksijen radikalleri (süperoksit ve hidroksil radikalleri), nitrojen monoksit, doymamış yağ asitlerinin radikalleri, oksidatif indirgeme reaksiyonlarında oluşan semikinonlardır (örn. ubikinol). Ultraviyole ışınlarının etkisi altında ve daha önce ilaç olarak kullanılan bazı maddeler de dahil olmak üzere bazı doğal olmayan bileşiklerin (ksenobiyotikler) metabolizması sırasında da farklı radikaller oluşur.

Serbest radikaller nelerdir?

Organik moleküllerde (vücudumuzu oluşturanlar dahil), dış elektron kabuğundaki elektronların çiftler halinde düzenlendiği iyi bilinmektedir: her yörüngede bir çift (Şekil 1)

Serbest radikaller, dış elektron kabuğunda eşleşmemiş (tek) bir elektrona sahip olmaları bakımından sıradan moleküllerden farklıdır (Şekil 2 ve 3).

Radikallerde eşleşmemiş elektron genellikle nokta ile gösterilir. Örneğin, hidroksil radikali HO· olarak, hidrojen peroksit radikali HOO· olarak, süperoksit radikali ise ·OO- veya O2·- olarak adlandırılır. Aşağıda üç etil alkol radikalinin formülleri verilmiştir: CH3CH2O·; CH3·CHOH; CH3CH2O

Bu yüzden:
Serbest radikal, dış kabuğunda bir veya daha fazla eşleşmemiş elektrona sahip bir atom veya molekül olan bir parçacıktır.

Bu, radikalleri kimyasal olarak aktif hale getirir, çünkü radikal ya eksik elektronu çevredeki moleküllerden uzaklaştırarak geri kazanmaya ya da "fazla" elektronu diğer moleküllere vererek kurtulmaya çalışır.

Dış kabuğunda iki kadar eşleşmemiş elektron içeren oksijen molekülü (dioksijen) kendisini özel bir konumda bulur. Bu nedenle dioksijen bir diradikaldir ve diğer radikaller gibi oldukça reaktiftir.

Eşlenmemiş elektronların atomun veya molekülün dış kabuğunda olması gerektiğini vurgulamak önemlidir. Serbest radikal kavramı, eşlenmemiş elektronları iç kabuklarda bulunan değişken değerlikli metal iyonlarını içermez. Demir, bakır veya manganez gibi metallerin hem radikalleri hem de iyonları (ve bu metallerin kompleksleri) elektron paramanyetik rezonans (EPR) sinyalleri ürettiğinden, bu parçacıklara birlikte genellikle paramanyetik merkezler denir.

Kararlı moleküllerden radikallerin oluşumu, serbest değerlik yörüngesinde yeni bir elektronun ortaya çıkmasıyla veya tam tersi, bir elektron çiftinden bir elektronun çıkarılmasıyla meydana gelir. Bu işlemler genellikle tek elektronlu oksidasyon veya indirgeme reaksiyonlarının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu tür reaksiyonlar genellikle kökün oluşturulduğu molekülle birlikte, bir elektronun vericisi veya alıcısı olarak görev yapan (iki organik molekül arasındaki veya aralarındaki reaksiyonlarda olduğu gibi aynı anda iki değil) değişken değerlikteki bir metal iyonunu içerir. organik bir molekül ve oksijen). Bir radikalin oluştuğu reaksiyonun tipik bir örneği Fenton reaksiyonudur: hidrojen peroksitin bir demir iyonu ile etkileşimi:
Fe2+ ​​​​+ H2O2 => Fe3+ + OH- + ·OH (hidroksil radikali)

Yüksek sıcaklıklarda veya ultraviyole radyasyonun etkisi altında, kimyasal bağın kopması (homolitik bölünme) sonucu da radikaller oluşabilir. Normal koşullar altında bu tür reaksiyonlar pratik olarak normal canlı hücrelerde gerçekleşmez.

Radikallerin isimlendirilmesi

Nispeten yakın zamanda, İnorganik Kimyanın Adlandırılması Komisyonu radikallerin isimlendirilmesine ilişkin temel kuralları formüle etti (bkz. (Koppenol, 1990 #7)) (Tablo 1).

Bu önerilerden bazılarına bakalım. Öncelikle radikal kelimesinin önüne "özgür" yazmaya gerek yok. Söz konusu parçacığın radikal doğası “il” ekiyle gösterilir. Dolayısıyla RO· ve HO· radikalleri sırasıyla "alkoksil" ve "hidroksil" olarak adlandırılır.

“Peroksit” ve “hidroperoksit” türevlerinin kötüye kullanılmaması önerisi oldukça yeni sayılabilir. Birbirine bağlanan iki oksijen atomundan oluşan gruba "dioksit" adı verilir. Buna göre ROO· radikalinin "alkildioksil" olarak adlandırılması tavsiye edilir (Koppenol, 1990 #7). Alternatif isim olan “alkilperoksil” de korunabilir ancak bu daha kötüdür (Koppenol, 1990 #7). Moleküler oksijene “dioksijen”, ozona ise “trioksijen” adı verilmektedir.

"İl" ile biten isim çok kullanışlıdır ancak parçacığın yükünün ne olduğu hakkında hiçbir şey ifade etmez. Bu nedenle, gerekli durumlarda radikalin sistematik adının kullanılması önerilir; burada grup adından sonra ücret parantez içinde verilir. Örneğin O 2 ·- radikali “dioksit (1-)” adını taşır. Bu çalışmada, daha kısa olan “dioksit” adını kullanacağız. Radikal formülleri üst simgeye yazarken, önce belirli bir atomda eşlenmemiş bir elektronun varlığını gösteren bir nokta, ardından iyonun yükünün işareti yerleştirilir. Örneğin "O 2 ·-". Yapısal formüllerde noktanın tam olarak eşlenmemiş elektronun bulunduğu atomda bulunması gerekir. Örneğin dioksijenin iki eşlenmemiş elektronu olduğunu vurgulamak için formülünü şu şekilde yazabilirsiniz: “O 2”. Tablo 1'de önerilen radikal isimlerin bir listesi verilmektedir; Köşeli parantez içindekiler bu kitapta öncelikli olarak kullanılacak isimlerdir.

Vücudumuzda bulunan radikaller

Birincil radikaller ve reaktif moleküller

Vücudumuzda oluşan tüm radikaller doğal ve yabancı olarak ikiye ayrılabilir. Doğal radikaller ise birincil, ikincil ve üçüncül olarak ayrılabilir (Vladimirov, 1998 #8). (Şekil 4'teki diyagrama bakın).

Birincil radikallere, oluşumu belirli enzim sistemlerinin katılımıyla gerçekleştirilen radikaller denilebilir. Her şeyden önce bunlar, koenzim Q (radikalini Q· olarak belirtiyoruz) ve flavoproteinler gibi elektron taşıyıcılarının reaksiyonlarında oluşan radikalleri (semikinonlar) içerir. Diğer iki radikal, süperoksit (·OO -) ve nitrojen monoksit (·NO) de vücut için faydalı işlevler yerine getirir; bunlar ilgili bölümlerde daha ayrıntılı olarak tartışılacaktır.

Birincil radikal süperoksitten ve diğer reaksiyonların bir sonucu olarak vücutta çok aktif moleküler bileşikler oluşur: hidrojen peroksit, hipoklorit ve lipit hidroperoksitler (bkz. Şekil 5). Bu tür moleküller, radikallerle birlikte İngiliz edebiyatında "reaktif türler" adını aldı ve bu, Rus edebiyatında çoğunlukla "aktif formlar" olarak çevrildi. Radikaller ve moleküler ürünler arasında ayrım yapmak için ikincisine "reaktif moleküller" adını vermeyi öneriyoruz. Bu nedenle aşağıdaki terminoloji önerilmektedir:

Aktif formlar = serbest radikaller + reaktif moleküller

Halliwell reaktif oksijen türleri, nitrojen ve klor terimlerini önermektedir (Halliwell, 1998 #9). Şekil 2'deki diyagramdan da görülebileceği gibi. Şekil 5'te reaktif oksijen türleri arasında süperoksit, hidroksil radikali, hidrojen peroksit ve singlet oksijen bulunur. Nitrik oksit ve onun süperoksit - peroksinitrit ile etkileşiminin sonucunun aktif nitrojen formları olarak adlandırılması önerilmektedir. Klorun aktif formuna, hidrojen peroksitin miyeloperoksidaz enzimi tarafından katalize edilen bir klorür iyonu ile reaksiyonu sonucu oluşan hipoklorit adı verilebilir.

Günümüz terminolojisinde, lipitlerin zincir oksidasyonu sonucu oluşan çok önemli bir reaksiyonla oluşan çoklu doymamış yağ asitlerinin radikallerine ve hidroperoksitlerine yer bulmak gerekmektedir. Kimyasal açıdan bakıldığında bu heterojen bir gruptur. Çoklu doymamış bir yağ asidi molekülünden bir hidrojen atomu çıkarıldığında, eşleşmemiş elektronun karbon atomunda lokalize olduğu bir alkid radikali oluşur. Bu “karbonun aktif formu” gibidir. Ancak alkil radikalinin dioksijen (moleküler oksijen) ile daha fazla etkileşimi ile oksijen atomunda lokalize olan eşleşmemiş elektron ile bir dioksit radikali oluşur. Yapı ve kısmen özellik bakımından böyle bir radikal süperoksite benzer ve bazı yazarların yaptığı gibi oksijenin aktif bir formu olarak sınıflandırılabilir. Lipit peroksidasyonu sırasında oluşan doymamış yağ asitlerinin hidroperoksitleri de hidrojen peroksite benzetilerek bu kategorideki aktif formlar olarak sınıflandırılabilir. Daha sonra, hidroperoksitlerin, örneğin Fe2+ iyonlarıyla tek elektronlu indirgenmesi sırasında oluşan lipitlerin alkoksil radikalleri de bu kategoriye girer; aslında bunlar hidroksil radikalinin homologlarıdır.

Yukarıdakilerin hepsine rağmen, lipitlerin zincir oksidasyonunun listelenen tüm ürünlerini (ve reaktiflerini) tek bir terim altında birleştirmeyi öneriyoruz: aktif lipit formları. Bir biyolog ve doktor için hangi atomun eşlenmemiş bir elektrona sahip olduğu değil, hangi molekülün kimyasal olarak agresif hale geldiği, yani bir serbest radikalin veya onun reaktif öncülünün özelliklerini kazandığı daha da önemlidir. Dolayısıyla alkil, alkoksi ve dioksit radikallerini lipitlerin aktif formları olarak dahil ediyoruz. çoklu doymamış yağ asitlerinin hidroperoksitlerinin yanı sıra ilgili fosfolipit, trigliserit veya kolesterol zincirleri (bkz. Şekil 5).

İkincil ve üçüncül radikaller

Reaktif moleküller: hidrojen peroksit, lipit hidroperoksitler, peroksinitrit, reaksiyonlarda oluşur; katılımcılardan biri çoğu durumda bir radikaldir ve bazen dioksijendir, ancak bu, aynı zamanda dış elektron kabuğunda eşlenmemiş elektronlara da sahiptir. Buna karşılık, bu moleküller ve onlarla birlikte hipoklorit, başta iki değerlikli demir iyonları olmak üzere değişken değerliğe sahip metal iyonlarının varlığında kolaylıkla radikaller oluşturur. Bu tür radikallere ikincil diyeceğiz; buna hidroksil radikali ve lipit radikalleri dahildir. İkincil radikaller, birincil olanlardan farklı olarak enzimatik olmayan reaksiyonlarda oluşur ve bilindiği kadarıyla fizyolojik olarak yararlı işlevler yerine getirmezler. Aksine hücresel yapılar üzerinde yıkıcı bir etkiye sahiptirler ve haklı olarak zararlı radikaller olarak adlandırılabilirler. Patolojik durumların gelişmesine yol açan ve karsinogenez, ateroskleroz, kronik inflamasyon ve dejeneratif sinir hastalıklarının temelini oluşturan şey ikincil radikallerin (ve genel olarak radikallerin değil) oluşumudur (incelemelere bakınız (Cross, 1987 #4)(Cross, 1994 #5) )(Darley-Usmar, 1995 #10 (Darley-Usmar, 1996 #11)). Bununla birlikte, reaktif moleküller, yalnızca onlardan serbest radikal oluşumu nedeniyle değil, aynı zamanda peroksinitrit ve hipoklorit ve bazı durumlarda hidrojen peroksit için kanıtlandığı gibi doğrudan sitotoksik bir etkiye de sahiptir.

İkincil radikallerin zararlı etkilerine karşı korunmak için vücut, antioksidanlar adı verilen ve serbest radikal temizleyicileri de içeren geniş bir grup maddeyi kullanır. İkincisinin örnekleri alfa-tokoferol, tiroksin, indirgenmiş ubikinon (QH2) ve dişi steroid hormonlarıdır. Lipid radikalleri ile reaksiyona giren bu maddeler, üçüncül radikaller olarak kabul edilebilecek antioksidan radikallere dönüştürülür (bkz. Şekil 3).

Vücudumuzun hücre ve dokularında sürekli olarak değişen miktarlarda oluşan bu radikallerin yanı sıra, iyonlaştırıcı radyasyon, ultraviyole ışınımı ve hatta lazer ışığı gibi yoğun görünür ışıkla aydınlatma gibi etkiler altında ortaya çıkan radikaller, yıkıcı etki. Bu tür radikallere yabancı denilebilir. Bunlar aynı zamanda vücuda giren yabancı bileşiklerden ve ksenobiyotiklerden oluşan radikalleri de içerir; bunların çoğu, tam olarak bu bileşiklerin metabolizması sırasında oluşan serbest radikaller nedeniyle toksik etkiye sahiptir (Şekil 3).

Serbest radikaller ve katıldıkları reaksiyonlar nasıl inceleniyor?

Radikalleri içeren reaksiyonları incelemek için temel yöntemler

Serbest radikallerin belirli bir sürece katılımı, ister bir test tüpündeki kimyasal reaksiyon ister vücutta patolojik bir durumun gelişimi olsun, doğrudan ve dolaylı yöntemler kullanılarak değerlendirilebilir (, s. 19-32). Serbest radikalleri incelemek için "en doğrudan" yöntem, elektron paramanyetik rezonans (EPR) yöntemidir. EPR sinyallerinin (spektrum) varlığı, genliği ve şekli ile bir numunedeki eşlenmemiş elektronların varlığı yargılanabilir, konsantrasyonları belirlenebilir ve bazen bu eşlenmemiş elektronların içerdiği radikallerin kimyasal yapısının ne olduğu bulunabilir. Radikallerin incelenmesine yönelik doğrudan yöntemler aynı zamanda kemilüminesans (CL) yöntemini de içerir. Radikaller birbirleriyle etkileşime girdiğinde, bazı durumlarda foton (ışık kuantumu) şeklinde yayılan çok fazla enerji açığa çıkar. Böyle bir lüminesansın yoğunluğu (CL), radikallerin katıldığı reaksiyonun hızıyla ve dolayısıyla bunların konsantrasyonuyla orantılıdır.

Radikallerin katıldığı reaksiyonları incelemek için ana dolaylı yöntemler, son reaksiyon ürünlerinin konsantrasyonunun yanı sıra inhibitörlerin kullanımının belirlenmesidir. Bu yöntemlere daha yakından bakalım.

İnhibitör Deneyi

Radikaller oldukça reaktiftir ve geleneksel kimyasal yöntemler kullanılarak incelenemezler: kromatografi veya santrifüjleme gibi standart prosedürler tamamen işe yaramaz. Biyokimyasal analizler radikallerin katılacağı varsayılan reaksiyonların nihai ürünlerini belirlemeyi mümkün kılar, ancak radikallerin sürece gerçekten katılıp katılmadığı ve hangilerinin katıldığı sorusu her zaman devam eder. Sözde engelleyici analiz, bu tür soruların çözümünde önemli bir rol oynar.

Klasik bir örnek, süperoksit dismutaz (SOD) enziminin kullanılmasıdır. Bu enzim, iki süperoksit radikalinin hidrojen peroksit ve moleküler oksijen oluşturmak üzere reaksiyonunu (dismutasyonunu) katalize eder. Eğer SOD ilavesi incelenen prosesi engelliyorsa, bu, bunun oluşması için bir süperoksit radikalinin gerekli olduğu anlamına gelir ve bu radikalin hangi reaksiyona dahil olduğunun belirlenmesi gerekmektedir.
Serbest radikallerin hücrelerimizin, organlarımızın ve dokularımızın yaşamı ve ölümündeki rolünün araştırılmasındaki modern ilerlemelerin büyük ölçüde I. Fridovich tarafından yapılan süperoksit dismutaz (SOD) enziminin keşfinden kaynaklandığı abartılmadan söylenebilir. ve McCord yaklaşık çeyrek asır önce. Bu enzim, daha önce de belirtildiği gibi, reaksiyonu katalize eder:
. OO - + . OO - + 2H + => O 2 + H 2 O
Başka bir enzim olan katalazın varlığında hidrojen peroksit oksijen ve su üretmek üzere ayrışır:
H 2 O 2 => O 2 + H 2 O

SOD'un keşfi biyokimyacıların zihinlerinde devrim yarattı: Canlı hücreler tarafından özel olarak üretilen (ve canlı doğada son derece yaygın olduğu ortaya çıkan) serbest radikalleri ortadan kaldıran bir enzim olduğundan, radikallerin doğada var olduğu açıktır ve bazı nedenlerden dolayı ihtiyaç duyulanların silinmesi gerekir. Bundan önce çok az biyokimyacı canlı organizmaların metabolizmasına yalnızca “gerçek” moleküllerin değil aynı zamanda serbest radikallerin de katıldığını fark etmişti. Daha sonra SOD ve katalaz, ister bireysel bir biyokimyasal reaksiyon olsun, ister laboratuvar hayvanlarında veya insanlarda bir hastalığın gelişimi olsun, süperoksit ve hidrojen peroksitin belirli bir süreçteki rolünü inceleyen tüm çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Örneğin, SOD eklenmesi incelenen süreci keskin bir şekilde engelliyorsa, bu, bunun oluşması için bir süperoksit radikalinin gerekli olduğu anlamına gelir ve şimdi geriye yalnızca bu radikalin hangi kimyasal reaksiyona dahil olduğunu bulmak kalır. İşlemin katalaz tarafından engellenmesi, bu enzimin parçaladığı hidrojen peroksitin işin içinde olduğu anlamına gelir.

Aynı prensip diğer inhibitörlerin kullanımı için de geçerlidir. Bu nedenle, lipit radikallerinin rolünü açıklığa kavuşturmak için, karotenoidleri ve tokoferolleri (E vitamini) içeren yağda çözünen radikal "tuzaklar" kullanılır. Bu maddeler L· veya LOO· radikalleriyle reaksiyona girerek oksidasyon zincirlerini kırar ve lipit peroksidasyonunu engeller. Steroid hormonları ve tiroksin aynı özelliğe sahiptir. Bu maddelerin antioksidan etkisi aynı zamanda kemilüminesansın kinetiği üzerindeki etkilerinde de kendini gösterir (örneğin bkz. Şekil 3, B). Sentetik bir radikal temizleyici olan di-tert-butilhidroksitoluen (iyonol) da yaygın olarak kullanılmaktadır.

Diğer radikal tuzaklar o kadar spesifik değildir ancak bazen de kullanılır. Böylece suda çözünebilen radikaller, askorbik veya ürik asit tarafından etkili bir şekilde "yakalanır". Hidroksil radikallerini (HO·) "temizlemek" için mannitol veya benzoik asit ve bazen etanol kullanılır. Lipidlerin zincir oksidasyon reaksiyonlarının herhangi bir sürecine katılımını belirlemek için (aşağıya bakınız), oksidasyon zincirlerine yol açan yağda çözünen lipit radikalleri "tuzakları" kullanılır. Bu tuzaklar arasında tokoferol (E vitamini) ve tert-bütillenmiş hidroksitoluen (iyonol) gibi bazı sentetik bileşikler bulunur. Suda çözünebilen radikaller, askorbik veya ürik asit tarafından etkili bir şekilde "yakalanır". Hidroksil radikallerini (HO·) "temizlemek" için mannitol veya benzoik asit ve bazen etanol kullanılır. Bununla birlikte, tuzakların her zaman spesifik olmadığını da söylemek gerekir: birçoğu yalnızca radikallerle değil, aynı zamanda oldukça aktif moleküllerle de reaksiyona girer.

Elektron paramanyetik rezonans yöntemi

Serbest radikal reaksiyonlarının moleküler ürünlerinin ve inhibitör analizlerin incelenmesine dayanan çalışmaların faydaları şüphe götürmez olsa da, serbest radikal reaksiyonlarının doğrudan tespit edilmesi ve incelenen süreç sırasında konsantrasyonlarındaki değişikliklerin doğrudan çalışılması olasılığı göz ardı edilmemelidir. .
Günümüzde radikalleri tespit etmek için iki doğrudan yöntem vardır: elektron paramanyetik rezonansı (EPR) ve kemilüminesans (CL).

ESR yöntemi, semikinon radikallerinin, özellikle de ubikinol ve tokoferol radikallerinin oldukça güvenilir bir şekilde incelenmesini mümkün kılar (bkz. Şekil 6'daki spektrumlar). Reaktif oksijen türlerinin ve lipitlerin radikalleri genellikle doğrudan gözlemlenmez. Sadece iki çözeltinin sürekli akışlarıyla hızlı bir şekilde karıştırılması yöntemini kullanarak (bkz. Şekil 7), linoleik asit hidroperoksitlerin Ce4+ ve Fe2+ iyonları tarafından ayrışması sırasında oluşan lipit radikallerinin ESR sinyallerini gözlemlemek mümkün oldu. reaktiflerin muazzam maliyetlerine rağmen oldukça zayıftır (Osipov, 1980 #594). Biyolojik sistemlerdeki oksijen veya lipit radikallerini EPR ile doğrudan tespit etme girişimleri başarısız olmuştur çünkü oksijen veya lipit radikalleri gibi çoğu radikalin kararlı durum konsantrasyonları biyolojik sistemlerde çok düşüktür. Ancak başarı, döndürme tuzağı yönteminin geliştirilmesinden sonra geldi.

Döndürme tuzakları

EPR yönteminin tüm avantajlarına rağmen, duyarlılığı genellikle incelenen örnekte oluşmakla kalmayıp aynı zamanda içinde meydana gelen önemli süreçlere de katılan serbest radikalleri tespit etmede yetersizdir. Bütün sorun radikallerin yüksek kimyasal aktivitesidir. Biyolojik sistemlerde, membranlarda oksijen radikallerinin veya lipit radikallerinin oluşma oranları çok yüksek değildir ancak bu radikallerin yok olma oranları çok yüksektir; Bu nedenle, herhangi bir zamanda radikallerin konsantrasyonu (sabit konsantrasyon olarak adlandırılır) genellikle o kadar küçüktür ki, EPR tarafından tespit edilemezler. Radikal ne kadar aktifse, sabit konsantrasyonu da o kadar düşük olur ve EPR tarafından "görülme" olasılığı da o kadar az olur. Çıkış yolu, aktif radikallerin, EPR kullanılarak tespit edilen aktif olmayan, kararlı radikallere dönüştürülmesidir. Bu amaçla, çalışılan numuneye spin tuzakları adı verilen özel maddeler eklenir (örneğin, bir hücre süspansiyonuna, doku homojenatına veya serbest radikalleri içeren reaksiyonların gerçekleştiği çözeltiye) (tabii ki spinleri "yakalamalarına" rağmen, ama radikaller). Örneğin, H2O hidroksil radikallerini "yakalamak" için. Fenilbütilnitron (PBN) kullanılır.

Bir tuzak bir radikal ile etkileşime girdiğinde, radikal, "spin eklentisi" (İngilizce ekle - ekle, katla kelimesinden gelir) adı verilen yeni, kararlı bir radikalin oluşumuyla tuzağa bağlanır. Farklı radikallerin spin katkılarının EPR sinyalleri şekil olarak biraz farklılık gösterir. Bu, incelenen sistemde oluşan radikallerin tanımlanmasını mümkün kılar. Şekil 8, solda, hidrojen peroksitin iki değerlikli demir iyonları tarafından ayrışması sırasında oluşan bir OH radikali ile FBN'nin spin eklentisinin EPR sinyalini ve sağda, varlığında oluşan aynı eklentinin EPR sinyalini gösterir. Hipokloritin iki değerlikli demir iyonlarıyla etkileşimi sırasında FBN'nin oluşumu.

Diğer radikalleri (örneğin süperoksit) yakalamak için başka tuzaklar kullanılır. Döndürme tuzağı serbest radikalleri "yakaladığı" için, bu radikallerin neden olduğu süreci yavaşlatır (engeller), örneğin radikallerin canlı hücrelere verdiği zararı azaltır. O. Bu nedenle, spin tuzakları iki amaç için kullanılır: Hangi radikallerin oluştuğunu ve bunların hücrede hangi işlemlere neden olduğunu bulmak.

Kemilüminesans yöntemi

Radikalleri içeren reaksiyonları incelemek için etkili bir yöntem, kemilüminesans (CL) yöntemidir. Radikallerin birbirleriyle etkileşime girdiğinde, fotonlar (ışık kuantumu) şeklinde yayılabilen çok fazla enerjinin açığa çıktığı gerçeğine dayanmaktadır. Bu tür bir lüminesansın yoğunluğu (CL), radikallerin katıldığı reaksiyonun hızıyla orantılıdır ve bu nedenle, incelenen süreç sırasında konsantrasyonlarında bir değişiklik gösterir. Bu konu, "Biyolojik sistemlerde içsel kemilüminesans ("ultra zayıf parıltı") dersinde daha ayrıntılı olarak tartışılacaktır.

Reaksiyon kinetiğinin incelenmesi

Serbest radikalleri içeren reaksiyonlar, özellikle zincir oksidasyon reaksiyonları oldukça karmaşıktır ve birbirini izleyen birkaç aşamadan geçer. Zincir reaksiyonların mekanizmasının incelenmesinde ana rol, süreçlerin kinetiğinin incelenmesiyle oynandı; Bu durumda, kemilüminesans kinetiğinin ölçümü, radikallerin, örneğin lipit radikallerinin konsantrasyonundaki zaman içindeki değişikliğin doğrudan görülmesine olanak tanır. Kemilüminesansın paralel ölçümleri, demir demir iyonlarının oksidasyonu ve mitokondri ve fosfolipid veziküllerin (lipozomlar) süspansiyonlarında reaksiyon ürünlerinin birikmesi, lipitlerin serbest radikal zincir oksidasyonunun ana reaksiyonlarının hız sabitlerinin deneysel olarak belirlenmesini mümkün kılmıştır.