Anionorodnik ponadtlenkowy – Wikipedia, wolna encyklopedia

Anionorodnik ponadtlenkowy

Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	O2•−
Masa molowa	32,00 g/mol
Identyfikacja
Numer CAS	11062-77-4
PubChem	5359597
SMILES O=[O-]

Anionorodnik ponadtlenkowy (O₂^•−) – jedna z reaktywnych form tlenu (RFT). Powstaje w wyniku redukcji jednoelektronowej tlenu cząsteczkowego, jako uboczny produkt utleniania tkankowego w mitochondriach (reakcje enzymatyczne zachodzące w łańcuchu oddechowym katalizowane przez różne oksydoreduktazy) lub szeregu innych reakcji redoks.

Wiele związków występujących w formie zredukowanej (RH₂) reagując z tlenem ulega jednoelektronowemu utlenieniu. Efektem takiego działania jest powstanie anionorodnika ponadtlenkowego O₂^•− i wolnego rodnika reagującego związku:

RH₂ + O₂ → RH^• + H⁺ + O₂^•−

Reakcje tego typu w komórkach najczęściej prowadzą do powstania anionorodnika ponadtlenkowego i w efekcie odpowiadają za rozwój wielu innych zdarzeń o charakterze wolnorodnikowym. Zredukowane związki głównie biorące udział w tego typu reakcjach zestawiono w tabeli poniżej^[1].

Cząsteczka tlenu O₂ w warunkach normalnych występuje w stanie tripletowym (schemat 1). Takie rozmieszczenie elektronów powoduje, że jest ona stosunkowo mało reaktywna. Anionorodnik ponadtlenkowy ma dodatkowy niesparowany elektron obsadzony na orbitalu *2p, który nadaje mu cechę wolnego rodnika. Warto zwrócić uwagę, iż takie rozmieszczenie elektronów w anionorodniku czyni go paramagnetykiem. Do pełnej redukcji cząsteczki tlenu O₂ konieczne jest przyłączenie 4 elektronów oraz 4 protonów H⁺. Schemat 2 przedstawia kolejne etapy redukcji cząsteczki tlenu.

W ciągu doby procesy oddychania komórkowego u człowieka prowadzą do wytworzenia ok. 1,68×10²³ cząsteczek anionorodnika ponadtlenkowego^[2]. Rozkład hemoglobiny w wątrobie prowadzi natomiast do powstania ok. 2,5·10¹⁷ cząsteczek tej reaktywnej formy tlenu^[3]. W fizjologicznym pH komórek ludzkich anionorodnik ponadtlenkowy jest wystarczająco trwały by móc dyfundować w obrębie komórki indukując kaskadę reakcji wolnorodnikowych. Z tego względu w komórkach konieczna jest efektywna obrona przed utleniającym działaniem tego rodnika. Inaktywację anionorodnika ponadtlenkowego prowadzą dysmutazy ponadtlenkowe (SOD, z ang. superoxide dismutase). Katalizują one reakcję przekształcenia anionorodnika ponadtlenkowego do nadtlenku wodoru. Produkt tej reakcji jest następnie rozkładany przez katalazy lub peroksydazy. Szybkość katalizowanych reakcji przez SOD i katalazę wynoszą odpowiednio ok. 10⁶ kat (moli substratu/s) i 10¹⁰ kat. Aktywność SOD jest hamowana przez nadtlenek wodoru natomiast aktywność enzymatyczna katalazy przez anionorodnik ponadtlenkowy^[4]. Największe zagrożenie dla komórki niesie reakcja anionorodnika ponadtlenkowego z tlenkiem azotu (NO), znanym biologicznie aktywnym gazem. Podczas kontaktu tych dwóch związków dochodzi do wytworzenia wysoce reaktywnego chemicznie anionu nadtlenoazotanowego(III), który reaguje z praktycznie każdą napotkaną po drodze strukturą komórki, bądź rozpada się do rodnika hydroksylowego, który zachowuje się podobnie.

Rodnik ponadtlenkowy będący produktem tej reakcji jest molekułą wysoce niestabilną chemicznie, a jego czas życia wynosi ok. 10⁻⁶ s w związku z czym nie ma takiego (wystarczająco szybkiego) układu enzymatycznego, który prowadziłby do inaktywacji tej dynamicznej reaktywnej formy tlenu.