Φυσικά αντιοξειδωτικά

Transcript

1 Φυσικά αντιοξειδωτικά ΕΙΣΑΓΩΓΗ, ΠΗΓΕΣ, ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ, ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΦΥΤΟ, ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ Τραντάς Μάνος, τμήμα Βιολογίας Πανεπιστημίου Κρήτης 1 Το Ο 2 αν και απαραίτητο για την αύξηση και ανάπτυξη των αερόβιων οργανισμών αποτελεί παράλληλα τον ανεπιθύμητο συνεργάτη τους Σημαντικός λοιπόν παράγοντας της εξέλιξης των αερόβιων οργανισμών τα τελευταία 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια είναι ο σχηματισμός αποδοτικού συστήματος απόσβεσης των παραπροϊόντων του αερόβιου μεταβολισμού Για να είμαστε πιο ακριβής ακόμα και σε βέλτιστες συνθήκες ανάπτυξης των φυτών υπάρχουν μεταβολικές διαδικασίες που παράγουν ενεργές μορφές οξυγόνου, π.χ. αλυσίδες μεταφοράς e - των χλωροπλαστών και των μιτοχονδρίων Τα ασταθή παράγωγα, που προκύπτουν από τη διαδοχική αναγωγή του οξυγόνου, είναι ιδιαίτερα δραστικά και αντιδρούν µη ειδικά µε σημαντικά για το κύτταρο βιομόρια, επιφέροντας σοβαρές βλάβες 1 of 52

2 ΕΠΙΔΡΑΣΗ Ο 2 ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΦΥΤΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ Μέτρηση ξηρής ουσίας σε διαφορετικούς ιστούς σόγιας που αναπτύσσονται σε περιβάλλοντα με διαφορετικές συγκεντρώσεις οξυγόνου gr ξηρής ουσίας ανα φυτό 0 21 % οξυγόνου 2 Εδώ φαίνεται η επίδραση που έχει η συγκέντρωση του περιβάλλοντος Ο 2 στην ανάπτυξη φυτών σόγιας. Είναι γνωστό ότι συγκεντρώσεις Ο 2 μεγαλύτερες από αυτή του κανονικού αέρα είναι τοξικές στα φυτά (στα ζώα και στα αερόβια βακτήρια Ε.coli) Όπως φαίνεται όμως από την εικόνα ακόμα και στην συγκέντρωση του κανονικού αέρα (21%) παρατηρούνται, αν και μικρές, καταστρεπτικές επιδράσεις Όλοι οι φυτικοί ιστοί καταστρέφονται σε συγκεντρώσεις Ο 2 πάνω από τις κανονικές. 2 of 52

3 ΚΥΡΙΕΣ ΕΝΕΡΓΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΟΞΥΓΟΝΟΥ (REACTIVE OXYGEN SPECIES Ή ROS) singlet oxygen superoxide perhydroxyl radical triplet oxygen (ground state) hydrogen peroxyde hydroxyl radical water water 3 Αυτά είναι τα κυριότερα ROS που παράγονται μέσα στα φυτικά κύτταρα. Το Η 2 Ο 2 και το 1 Ο 2 δεν είναι από μόνο του ελεύθερη ρίζα αλλά εμπίπτει στα ROS γιατί είναι αρκετά ενεργά και μπορούν να εμπλακούν σε αντιδράσεις παραγωγής ελεύθερων ριζών Το Ο 2 από την τριπλή κατάσταση που βρίσκεται μπορεί να ενεργοποιηθεί είτε με αναστροφή του spin ενός του ενός από τα δυο ασύζευκτα ηλεκτρόνια, προς την παραγωγή singlet oxygen είτε με διαδοχικές αναγωγές *Η πιθανή πορεία για το σχηματισμό καταστρεπτικών ειδών/μορφών από μια φωτοχημικά ενεργοποιημένη τριπλή κατάσταση (triplet state) είναι η μεταφορά της ενέργειας αυτής της τριπλής κατάστασης στο μοριακό οξυγόνο για το σχηματισμό 1 Ο 2. Ευαίσθητα στο 1 Ο 2 είναι τα πρωτεϊνικά αμινοξέα cysteine, methionine, tryptophan και histidine όπως επίσης και τα πολυακόρεστα λιπαρά οξέα. Τα τελευταία με την επίδραση 1 Ο 2 σχηματίζουν lipid hydroperoxides *Οι ΟΗ είναι εξαιρετικά ενεργές, τόσο πολύ μάλιστα που δεν είναι δυνατό να αποσβεστεί ηδράσητουςενζυμικά. Οι βλάβες αφορούν: περοξείδωση των λιπιδίων των μεμβρανών, Μεταλλάξεις του DNA αλλά και σπάσιμο αυτού, Απενεργοποίηση ενζύμων *Τα Ο 2- εμπλέκονται στις διαδικασίες σύνθεσης της λιγνίνης των κυτταρικών τοιχωμάτων με τις βλάβες να αφορούν περοξείδωση των λιπιδίων των μεμβρανών και καταστροφή χρωστικών *ΑπόμόνατουςταΗ 2 Ο 2 δεν είναι ιδιαίτερα ενεργά με τα περισσότερα βιολογικής σημασίας μόρια αλλά αποτελούν πρόδρομα για πιο ενεργής μορφής οξειδωτικών, όπως τα ΟΗ (αντίδραση Haber-Weiss). Μπορούν να απενεργοποιήσουν ένζυμα απευθείας. Σχηματισμός του μπορεί να οδηγήσει σε ενίσχυση των κυτταρικών τοιχωμάτων με αύξηση της λιγνιτοποίησης και του cross-linking των πρωτεϊνών των κυτταρικών τοιχωμάτων. Η απελευθέρωσηη 2 Ο 2 μπορεί να επαγάγει την ρύθμιση προς τα πάνω ή προς τα κάτω έκφραση γονιδίων που επιβραδύνουν την είσοδο παθογόνων ή προστατεύουν τα φυτά από δικούς τους αντιμικροβιακούς παράγοντες. Το Η 2 Ο 2 παίζει κάποιο ρόλο στην έναρξη της αντίδρασης υπερευαισθησίας (HR). Σχετίζεται με την παραγωγή φυτοαλεξινών. Αποσβένονται ενζυμικά από τις καταλάσες και τις περοξειδάσες 3 of 52

4 ΚΥΡΙΕΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΔΡΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΕΝΕΡΓΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΟΞΥΓΟΝΟΥ Μεταβολή ιδιοτήτων και λειτουργικότητας μεμβρανών Οξειδωτική καταστροφή πρωτεϊνών Οξειδωτικές μεταβολές στο DNA Διάσπαση χρωστικών Μείωση φωτοσυνθετικής και αναπνευστικής ικανότητας Γήρανση και νέκρωση Περοξείδωση των λιπαρών οξέων Οξείδωση πολυφαινολικών οξέων 4 Εδώ φαίνονται οι γενικές κατηγορίες βλαβών που προκύπτουν από την δυσλειτουργία των μηχανισμών διατήρησης των επιπέδων των ROS στα βέλτιστα επίπεδα Αμινοξέα που περιέχουν θείο και ομάδες θειόλης είναι τα περισσότερο ευαίσθητα σημεία των πεπτιδικών αλυσίδων. Από τις προσβολές αυτές μπορεί να δημιουργηθούν cross-linked μόρια Όσο αφορά τις μεταβολές του DNA είναι γνωστό ότι και το σάκχαρο και η αζωτούχα βάση είναι ευαίσθητα στην οξείδωση, προκαλώντας καταστροφή της βάσης, κατάτμηση των μονόκλωνων αλυσίδων και cross-linked μόρια με πρωτεΐνες 4 of 52

5 ΠΗΓΕΣ ROS /1 Αντίδραση Fenton: Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH + OH - O 2- + Fe 3+ + O 2 + Fe 2+ Αναγωγή των Ο 2- προς Η 2 Ο 2 μέσω των υπεροξειδικών δισμουτασών (SODs) Αναγωγή του Η 2 Ο 2 με τη δράση είτε Καταλάσης είτε Περοξειδάσης 5 Παρουσία ιχνών σιδήρου, η αντίδραση του υπεροξειδίου και του υπεροξειδίου του υδρογόνου σχηματίζει την καταστρεπτική υδροξυλική ρίζα και αυτό είναι η αφετηρία της οξείδωσης οργανικών υποστρωμάτων. Το ρόλο του σιδήρου μπορούν να τον παίξουν και άλλα μέταλλα (π.χ. Cu + ) τα οποία ανακυκλώνονται από την οξειδωμένη στην ανηγμένη τους μορφή Οι περοξειδάσες εντοπίζονται σχεδόν σε όλα τα υποκυτταρικά οργανίδια Εκτός από τον κύριο ρόλο των περοξειδασών που είναι να ανάγουν το Η 2 Ο 2, μπορούν να καταλύσουν την αντίδραση σχηματισμού Ο - 2 μέσω της οξείδωσης NADH κάνοντας χρήση μικρών ποσοτήτων Η 2 Ο 2. Τα Ο - 2 που παράγονται ανάγονται στη συνέχεια σε Η 2 Ο 2 Η lipoxygenase καταλύει την αντίδραση hydroperoxidation των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων των μεμβρανών. Τα προϊόντα αυτής της αντίδρασης μπορούν να υποστούν αυτοκαταλυτική αποδόμηση (ή αυτοοξείδωση) προς την παραγωγή οργανικών ριζών ξεκινώντας αλυσιδωτές αντιδράσεις περοξείδωσης των λιπιδίων 5 of 52

6 ΠΗΓΕΣ ROS /2 ROS παράγονται σαν παραπροϊόντα στις αλυσίδες μεταφοράς ηλεκτρονίων των χλωροπλαστών, μιτοχονδρίων και του ενδοπλασματικού δικτύου Περοξείδωση των λιπιδίων των λιπαρών οξέων των μεμβρανών PUFA-H + X PUFA + XH PUFA + O 2 PUFA-OO (όπου PUFA: πολυακόρεστα λιπαρά οξέα) 6 Η αναγωγή του Ο 2 στις αλυσίδες μεταφοράς e - της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής συνοδεύεται πάντα από ενδιάμεσα ανηγμένα προϊόντα τα οποία είναι ROS Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων των μιτοχονδρίων με τους ενεργούς μηχανισμούς μεταφοράς ηλεκτρονίων θεωρείται ότι είναι ο πιο πιθανός ρυθμιστής των ενδοκυτταρικών επιπέδων των ROS. Τα παραγόμενα στα μιτοχόνδρια ROS ( Ο - 2 και Η 2 Ο 2 ) οφείλονται στις διαρροές ηλεκτρονίων από το σημείο της ubiquinone και του ενζυμικού συμπλόκου Ι Η περοξείδωση των λιπαρών οξέων μπορεί να γίνει μέσω της lipoxygenase που καταλύει την αντίδραση hydroperoxidation των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων των μεμβρανών. Τα προϊόντα αυτής της αντίδρασης μπορούν να υποστούν αυτοκαταλυτική αποδόμηση (ή αυτοοξείδωση) προς την παραγωγή οργανικών ριζών ξεκινώντας αλυσιδωτές αντιδράσεις περοξείδωσης των λιπιδίων Επίσης OH και 1 O 2 μπορούν να αντιδράσουν με ομάδες μεθυλενίου των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων (PUFA) σχηματίζοντας διένια, και ελεύθερες ρίζες πέροξυ-λιπιδίων. Τα τελευταία είναι πολύ ενεργά μόρια και μπορούν να προκαλέσουν την αλυσιδωτή περοξείδωση των PUFA 6 of 52

7 ΠΗΓΕΣ ROS /3 Φωταναπνοή β-οξείδωση λιπαρών οξέων στα μικροσώματα NAD(P)H οξειδάσες (έπειτα από προσβολή) Οξειδάση της ξανθίνης (αποδόμηση πουρινών) Οξειδάσες πολυαμινών Μια οξαλική οξειδάση καταλύει (στον αποπλάστη) τον σχηματισμό Η 2 Ο 2 και CO 2 απότοοξαλικό παρουσία Ο 2 Μέσω της οξειδωτικής δράσης της αμινικής οξειδάσης χρησιμοποιώντας σαν υπόστρωμα αμίνες, παράγοντας αλδεϋδη, ΝΗ 3 και Η 2 Ο 2 7 Η φωταναπνοή είναι το πιο εμφανές μονοπάτι οξυγόνωσης του χλωροπλάστη. Κατά την φωταναπνοή η Rubisco καταλύει την αντίδραση προσθήκης οξυγόνου στον άνθρακα-2 της RuBP (διφωσφορικής ριβουλόζης) σχηματίζοντας phosphoglycolate και phosphoglycerate. Αν και αυτή η διαδικασία δεν παράγει ενεργές μορφές οξυγόνου στο χλωροπλάστη, ο επακόλουθος μεταβολισμός του glycolate στα περοξεισώματα παράγει Στα μικροσώματα (περοξεισώματα) ηβ-οξείδωση συμβαίνει όχι για την παραγωγή ΑΤΡ αλλά για την παραγωγή Η 2 Ο 2 τα οποία όμως στη συνέχεια αποτοξινώνονται από τα ενζυμικά συστήματα των περοξεισωμάτων Η οξειδάση της ξανθίνης, οξειδάση του ουρικού και η NADH οξειδάση (που εντοπίζονται στα μικροσώματα) παράγουν Ο - 2 σαν αποτέλεσμα της οξείδωσης των υποστρωμάτων τους τα οποία όμως στη συνέχεια αποτοξινώνονται από τα ενζυμικά συστήματα των περοξεισωμάτων Τραυματισμοί, θερμική καταπόνηση και ξενοβιοτικές ουσίες επάγουν την ενεργοποίηση αντιδράσεων με την NAD(P)H οξειδάση με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούμε να πούμε ότι έχει δράση αισθητήρα βιολογικής, φυσικής ή χημικής καταπόνησης Οι οξειδάσες των πολυαμινών εμπλέκονται κι αυτές στην παραγωγή ενεργών μορφών οξυγόνου στα κυτταρικά τοιχώματα χρησιμοποιώντας διαμίνες ή πολυαμίνες για την αναγωγή μιας quinone που με αυτοοξείδωση θα σχηματίσει περοξείδια. 7 of 52

8 ΠΗΓΕΣ ROS /4 Υψηλή συγκέντρωση ατμοσφαιρικού οξυγόνου UV ακτινοβολία Βαρέα μέταλλα Ακραίες θερμοκρασίες Ξηρασία Ξενοβιοτικά (π.χ. ζιζανιοκτόνα) Υψηλή ένταση φωτός Ανοξία και υποξία Ατμοσφαιρικοί ρύποι (O 3, SO 2 ) Προσβολές από παθογόνα 8 Μέχρι τώρα είδαμε τους ενδογενείς παράγοντες που αυξάνουν την συγκέντρωση των ROS μέσα στο κύτταρο Υπάρχουν όμως και εξωγενείς παράγοντες που επηρεάζουν τη συγκέντρωση των ROS μέσα στα φυτικά κύτταρα 8 of 52

9 ΠΗΓΕΣ ROS ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΤΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 9 9 of 52

10 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ (ΣΤΑ ΦΥΤΑ) Μηχανισμοί που έχει αναπτυχθεί από τους αερόβιους οργανισμούς για την απόσβεση ή εξουδετέρωση των ROS Α. Ενζυμικοί Β. Μη ενζυμικοί 10 Να σας θυμίσω ότι ο φυτικός οργανισμός βρίσκεται σε μια διαρκή προσπάθεια για να ελέγχει τα επίπεδα των ROS μέσα στα φυτικά κύτταρα. 10 of 52

11 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ (ΣΤΑ ΦΥΤΑ) Μηχανισμοί που έχει αναπτυχθεί από τους αερόβιους οργανισμούς για την απόσβεση ή εξουδετέρωση των ROS Α. Ενζυμικοί Β. Μη ενζυμικοί 11 Να σας θυμίσω ότι ο φυτικός οργανισμός βρίσκεται σε μια διαρκή προσπάθεια για να ελέγχει τα επίπεδα των ROS μέσα στα φυτικά κύτταρα. 11 of 52

12 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΑ ΕΝΖΥΜΑ /1 Υπεροξειδικές δισμουτάσες (Super Oxide Dismutases, SOD): απόσβεση O 2 - Καταλάσες (CATalases, CAT): απόσβεση Η 2 Ο 2 Περοξειδάση της γλουταθειόνης (GPX): απόσβεση Η 2 Ο of 52

13 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΑ ΕΝΖΥΜΑ /2 Αναγωγάση της γλουταθειόνης (GR) : απόσβεση H 2 O 2 Τρανσφεράση της γλουταθειόνης (GST) Ασκορβική περοξειδάση (APO): απόσβεση H 2 O 2 Μονοαφυδροασκορβική (MDHAR) και αφυδροασκορβική (DHAR) αναγωγάση: απόσβεση H 2 O 2 13 Όλααυτάταένζυμαθαταδούμεστησυνέχειαπιοπαραστατικά 13 of 52

14 ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΙΚΕΣ ΔΙΣΜΟΥΤΑΣΕΣ O 2 + 2H + H 2 O 2 + O 2 Κωδικοποιούνται από πολυγονιδιακές οικογένειες Η διαφορική αυτή έκφραση των γονιδίων ελέγχεται από κανάλια μεταφοράς σήματος στα οποία εμπλέκονται Ca ++ όπως και προϊόντα οξειδωτικής καταπόνησης όπως από την περοξείδωση των λιπιδίων 14 Μια υπόθεση τονίζει ότι διαφορετικές καταστάσεις καταπονήσεων καταλήγουν σε διαφορετικής έκτασης οξειδωτικό stress στα διάφορα υποκυτταρικά οργανίδια, κάνοντας αναγκαία τη διαφορετική έκφραση SOD ισομορφών για την προστασία αυτών των οργανιδίων 14 of 52

15 ΚΑΤΑΛΑΣΕΣ 2Η 2 Ο 2 2Η 2 Ο + Ο 2 Αποσβένουν τα H 2 O 2 χωρίς να είναι απαραίτητο αναγωγικό υπόστρωμα of 52

16 ΠΕΡΟΞΕΙΔΑΣΕΣ Συνιστούν μια πολυγονιδιακή οικογένεια (τύπου Ι και τύπου III περοξειδάσες) Καταλύουν την αντίδραση αναγωγής του Η 2 Ο 2 Γενικά αντιδρούν με ενώσεις που περιέχουν ομάδες υδροξυλίων ενωμένες σε αρωματικούς δακτύλιους άρα μπορούν να εμπλακούν σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις όπου δότες e - είναι φαινολικές ενώσεις Διπλός ο ρόλος τους: παραγωγή και απόσβεση των ROS 16 Από την εμφάνισή τους στα πρώτα φυτά τα γονίδια του τύπου ΙΙΙ (class III) περοξειδάσες έχουν διπλασιαστεί πολλές φορές στη διάρκεια της εξέλιξης και τώρα συνιστούν μια multigene family Μοναδικός, μάλλον, σκοπός αυτής της εξέλιξης ήταν η προσαρμογή των ειδών στις συνθήκες του περιβάλλοντος με τα αυξημένα ποσοστά οξυγόνου 138 γονίδια περοξειδασών στο ρύζι και 73 στην αραβίδοπση συνιστούν τις multigene families Για την αναγωγή του H 2 O 2 οι περοξειδάσες παίρνουν e - από διάφορα μόρια δότες. Στα μόρια αυτά συγκαταλέγονται φαινολικές ενώσεις, πρόδρομα μόρια του μονοπατιού βιοσύνθεσης των λιγνινών, αυξίνες ή άλλοι δευτερογενείς μεταβολίτες Οι περοξειδάσες μπορούν να οξειδώσουν διάφορα υποστρώματα παρουσία Η 2 Ο 2 αλλά μπορούν να εμπλακούν και σε διαδικασίες παραγωγής ROS Επίσης εμφανίζεται να παίζει ρόλο και σε φυσιολογικές διαδικασίες του φυτού (βλάστηση, Cell wall cross-linking, γήρανση, κ.α.) 16 of 52

17 ΕΝΖΥΜΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΦΥΤΙΚΩΝ ROS 17 Διαφάνεια που δείχνει με απλούστερο τρόπο τους μηχανισμούς απόσβεσης των ROS στα φυτικά κύτταρα Η έρευνα μέχρι σήμερα έχει επικεντρωθεί στους μηχανισμούς στο κυτταρόπλασμα στα οργανίδια και στον αποπλάστη. Τι γίνεται όμως στον πυρήνα; Οι μηχανισμοί ρύθμισης της παραγωγής των ROS μέσα στον πυρήνα που το πιθανότερο είναι να ενεργοποιούν/απενεργοποιούν ρυθμιστικούς παράγοντες είναι λίγο πολύ άγνωστοι και άρα το συγκεκριμένο πεδίο είναι ένα από αυτά που θα προσελκύσει την έρευνα το προσεχές διάστημα 17 of 52

18 ANTIOXIDANTS ΥΠΟΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΣ Cu/Zn-SOD APX GPX GR MDHAR DHAR ASA κυτόσωμα Cu/Zn-SOD, Fe-SOD, ASC, APX, GR, DHAR, GPX, MDHAR, AOX χλωροπλάστης Μεταγραφικός έλεγχος πυρήνας CAT, SOD, APX(μεμβρ) Περοξισώματα Γλυοξυσώματα Mn-SOD CAT, APX MDHAR,DHAR, GR, AOX μιτοχόνδρια of 52

19 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ Μηχανισμοί που έχουν αναπτυχθεί από τους αερόβιους οργανισμούς για την απόσβεση ή εξουδετέρωση των ROS Α. Ενζυμικοί Β. Μη ενζυμικοί (φυσικά αντιοξειδωτικά) 19 Να σας θυμίσω ότι ο φυτικός οργανισμός βρίσκεται σε μια διαρκή προσπάθεια για να ελέγχει τα επίπεδα των ROS μέσα στα φυτικά κύτταρα. 19 of 52

20 ΜΗ ΕΝΖΥΜΙΚΑ ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΑ ΜΟΡΙΑ Ανηγμένη γλουταθειόνη (GSH) Ασκορβικό οξύ (Βιταμίνη C) α-τοκοφερόλη (βιταμίνη Ε) Καροτενοειδή Φαινολικές ενώσεις Πολυαμίνες Αλκαλοειδή 20 Η γενικότερη κατηγορία των (πολύ)φαινολικών ενώσεων περιέχει τις εξής κατηγορίες ενώσεων: φαινολικά οξέα, φλαβονοειδή, ισοφλαβονοειδή, ταννίνες και λιγνάνες 20 of 52

21 GSH /1 Η γλουταθειόνη είναι ένα τριπεπτίδιο με μια ομάδα θειόλης η οποία βρίσκεται σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις σε πολλά κύτταρα. Αντιδρά με πολλά οξειδωτικά όπως το Η 2 Ο 2 γιαναμετατραπείστην οξειδωμένη της μορφή, την GSSG που είναι ένα δισουλφίδιο. H GSH επίσης αντιδρά, χωρίς ένζυμα, με πολλά άλλα, δυνητικά καταστρεπτικά ενδοκυτταρικά οξειδωτικά όπως 1 Ο 2, Ο 2- και ΟΗ of 52

22 GSH /2 Μεταβολισμός Ρύθμιση πρόσληψης θείου από τις ρίζες Πρόδρομη ένωση των φυτοχελατινών, ουσιών που ελέγχουν τη συγκέντρωση βαρέων μετάλλων στα κύτταρα Είναι ισχυρά αναγωγική ένωση Αναμιγνύεται στον οξειδοαναγωγικό έλεγχο των κυτταροδιαιρέσεων Άμυνα Χρησιμοποιείται από τις GSH S- μεταφοράσες στην αποτοξίνωση από τα ξενοβιοτικά (π.χ. ζιζανιοκτόνα) Ενεργοποιεί την μεταγραφή συγκεκριμένων γονιδίων άμυνας Παίζει ρόλο στην αναγέννηση του ασκορβικού οξέως στον κύκλο γλουταθειόνης-ασκορβικού) Δρα σαν ένα δισουλφιδικό αναγωγικό για να προστατέψει τις ομάδες θειόλης των ενζύμων of 52

23 ASC /1 Αντιδρά κατευθείαν με ΟΗ, Ο 2-, και 1 Ο 2 Διατηρεί την ενεργότητα των ενζύμων που περιέχουν μέταλλα μεταπτώσεως Ανάγει την οξειδωμένη μορφή της α- τοκοφερόλης ενός άλλου πολύ σημαντικού αντιοξειδωτικού Εμπλέκεται στην επιμήκυνση της ρίζας και στην επέκταση των κυτταρικών τοιχωμάτων of 52

24 ASC /2 Ρυθμίζει τον κυτταρικό κύκλο Φωτοπροστασία και ρύθμιση της φωτοσύνθεσης Συμμετέχει στον κύκλο γλουταθειόνηςασκορβικού Παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην απόσβεση ROS που προκαλούνται από ατμοσφαιρικούς ρυπαντές Επηρεάζει την αντιγραφή του DNA Ηρίζεςtocopheryl που παράγονται από την δράση της α-τοκοφερόλης ανάγονται από το ασκορβικό of 52

25 ASC - ΚΥΚΛΟΣ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΜΗΣΗΣ ΤΟΥ ΑΣΚΟΡΒΙΚΟΥ 25 Το ασκορβικό οξύ συντίθεται από την D-glucose. Σαν αντιοξειδωτικό που είναι αντιδρά με τα υπεροξείδια, τα υπεροξείδια του υδρογόνου ή τις ρίζες από την οξείδωση της α-tocopherol προς την παραγωγή monodehydroascorbic acid και/ή dehydroascorbic acid. Οι ανηγμένες μορφές ανακυκλώνονται με είτε με τη δράση των ενζύμων monodehydroascorbate reductase και dehydroascorbate reductase χρησιμοποιώντγας NAD(P)H και γλουταθειόνη αντίστοιχα 25 of 52

26 ΚΥΚΛΟΣ HALLIWELL - ASADA 26 Ο οξειδοαναγωγικός κύκλος του ασκορβικού στο χλωροπλάστη που συχνά αναφέρεται σαν κύκλος Halliwell-Asada 26 of 52

27 α-τοκοφερολη /1 Είναι η πιο δραστική ανάμεσα στην ομάδα των τοκοφερολών (α-τοκοφερόλη, β- τοκοφερόλη, γ-τοκοφερόλη, δ- τοκοφερόλη Κάθε μόριο τοκοφερόλης έχει την δυνατότητα να απενεργοποιεί 2 ρίζες υπεροξειδίου of 52

28 α-τοκοφερολη /2 Αποσβένει επίσης τα χλωροπλαστικά 1 Ο 2 και εμφανίζεται να αντιδρά με Ο 2 - Οι ρίζες τοκοφερυλίου που παράγονται από την δράση της α-τοκοφερόλης ανάγονται από το ασκορβικό οξύ Αναστέλλει την αυτοκαταλυτική περοξείδωση των λιπιδίων των μεμβρανών of 52

29 ΚΑΡΟΤΕΝΟΕΙΔΗ Εμπλέκονται στην απόσβεση της επιπλέον ενέργειας της διεγερμένης χλωροφύλλης Αποσβένουν πολύ αποδοτικά τα 1 O 2 προστατεύοντας τα λιπίδια των μεμβρανών από περοξείδωση β-καροτένιο of 52

30 ΦΑΙΝΟΛΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ: ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΗ 1 Τα φλαβονοειδή έχουν πολλούς και σημαντικούς ρόλους στην αύξηση και ανάπτυξη των φυτών Τα επίπεδα πρόσληψης από την τροφή είναι mg/μέρα A O 1 2 C 3 2' 1' 3' B 6' 4' 5' Τακύριασημείαπουδίνουνστα φλαβονοειδή την αυξημένη ικανότητα απόσβεσης των ROS είναι τα ΕΞΗΣ: 5 4 Βασική δομή φλαβονοειδών Μονοπάτι βιοσύνθεσης 30 Η βασική φλαβονοειδής δομή αποτελείται από πυρήνα flavan αποτελούμενο από 15 άτομα C κατανεμημένα σε 3 δακτυλίους (C6-C3-C3) τους A,B και C Οι διάφορες κατηγορίες των φλαβονοειδών διαφέρουν στο βαθμό οξείδωσης και το βαθμό υποκατάστασης του δακτυλίου C. Μέσα στην κάθε κατηγορία οι ενώσεις διαφέρουν στο βαθμό υποκατάστασης των δακτυλίων A και B Μερικές κατηγορίες φλαβονοειδών είναι οι: flavones, flavanones, isoflavones, flavonols, flavanonols, flavan-3-ols, anthocyanidins, biflavones, chalcones, aurones και coumarins. Μερικοί από τους ρόλους που επιτελούν οι φλαβονοειδής ενώσεις είναι η προσέλκυση εντόμων λόγω των διάφορων έντονων χρωματισμών που προσδίδουν στους φυτικούς ιστούς (flavones, flavonols και anthocyanidins), η αποτροπή του τραυματισμού τους από έντομα εξαιτίας των μη επιθυμητών για τα έντομα ιδιοτήτων τους. Επίσης μπορούν να επηρεάσουν θετικά τις φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης ή μπορούν να δράσουν σαν ρυθμιστές των καναλιών Fe κατά την φωσφορυλίωση. Και φυσικά (αυτό μας ενδιαφέρει εμάς) μπορούν να εμπλακούν σε διαδικασίες απόσβεσης τόσο των ROS που παράγονται κατά τις αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης όσο και αυτών που παράγονται λόγω του υπεριώδους φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας 30 of 52

31 ΦΑΙΝΟΛΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ: ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΗ 2 Αναστέλλουν ένζυμα παραγωγής ROS όπως: οξειδάση της ξανθίνης, λιποξυγενάση, μικροσωμικής μονοξυγενάσης, S-μεταφοράσης της γλουταθειόνης, NADH oxidase Μερικά φλαβονοειδή σχηματίζουν χηλικές ενώσεις με μέταλλα που εμπλέκονται σε διαδικασίες παραγωγής OH (αντιδράσεις Fenton, Haber- Weiss) 31 Οι αντιοξειδωτικοί μηχανισμοί στους οποίους εμπλέκονται τα φλαβονοειδή μπορεί να είναι: α) η αποτροπή του σχηματισμού ROS είτε με αναστολή των ενζύμων ή των προς χηλοποίηση στοιχείων (chelating trace elements) που εμπλέκονται στην παραγωγή των ROS, β) η απευθείας απόσβεση των παραγόμενων ROS και γ) η επαγωγή των μηχανισμών άμυνας ενάντια στα ROS Εν μερη η δράση τους οφείλεται στην ικανότητά τους να δίνουν 1 άτομο Η στο peroxy radical που προέρχεται από την αυτοοξείδωση των λιπαρών οξέων 31 of 52

32 ΦΑΙΝΟΛΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ: ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΗ 3 Τα φλαβονοειδή (Fl-OH) είναι σε θέση να ανάγουν ισχυρά οξειδωτικές ελεύθερες ρίζες όπως τα υπεροξείδια, τα περοξείδια, τα αλκοξύλια και τα υδροξύλια Fl-OH + R Fl-O + RH, όπου R ελεύθερη ρίζα ΗρίζαFl-O μπορεί να αντιδράσει με άλλη μια ελεύθερη ρίζα δίνοντας μια σταθερή δομή quinone (Παρόλα αυτά οι ρίζες αροξυλίου μπορούν να αντιδράσουν με το O 2 και να δώσουν Ο 2 - ) 32 Η ολική ικανότητα των φλαβονοειδών να δρουν σαν αντιοξειδωτικά δεν εξαρτάται μόνο από το αναγωγικό τους δυναμικό αλλά και από τις πιθανόν «παρααντιδράσεις» των ενδιάμεσα παραγόμενων ριζών Fl-O 32 of 52

33 ΦΑΙΝΟΛΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ: ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΗ 4 Βοηθούν στην διατήρηση της ενεργότητας του ASC Δρουν σαν φωτο-φίλτρα προστατεύοντας τους χλωροπλάστες και άλλα οργανίδια από την UV ακτινοβολία Φλαβονοειδή όπως η quercetin αυξάνουν την έκφραση ενζύμων για τη σύνθεση της γλουταθειόνης (Moskaug et al. 2004) Ορισμένα φλαβονοειδή έχουν συσχετιστεί με ιδιαίτερα ευεργετικές για την υγεία ιδιότητες (Sasaki et al. 2002) 33 Φαίνεται ότι τα φλαβονοειδή (π.χ. quercetin) έχουν ιδιαίτερη διατροφική αξία λόγω των αντιοξειδωτικών τους ιδιοτήτων Η λήψη αυτών μπορεί να είναι ευεργετική σε κύτταρα που βρίσκονται σε οξειδωτικό stress (Sasaki et al. 2002) 33 of 52

34 ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΦΥΤΟ Δράση φυσικών αντιοξειδωτικών 34 Μέχρι πριν λίγο καιρό πιστεύαμε ότι τα ROS υπάρχουν μόνο για να δημιουργούν πρόβλημα στα φυτικά κύτταρα. Σήμερα όμως αυτή η θεώρηση έχει αλλάξει και τα κύτταρα έχουν προσαρμοστεί ώστε να τα χρησιμοποιούν προς όφελός τους Παρουσίαση με σχηματικό τρόπο του μοντέλου λειτουργίας των ROS Διαφορετικά σήματα (π.χ. αναγνώριση παθογόνου, αντίληψη καταπόνησης) έχουν σαν αποτέλεσμα την αυξημένη παραγωγή ROS στα κύτταρα Η αντίληψη των ROS γίνεται από διαφορετικούς αισθητήρες και ενεργοποιούν διάφορες αντιδράσεις (π.χ. άμυνα κατά παθογόνων) Η ένταση, η διάρκεια και η χωροθέτηση των ROS καθορίζεται από ένα συνεχή διαπληκτισμό ανάμεσα στους μηχανισμούς παραγωγής και απόσβεσης των ROS 34 of 52

35 ROS ΚΑΙ ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ ΔΙΑΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ Γενικό σχήμα των μονοπατιών μεταγωγής σήματος μέσω της δράσης των ROS Τα ROS μπορούν να γίνουν αντιληπτά μέσω 3 μηχανισμών: α) μέσω υποδοχέων ROS, μέσω ευαίσθητων παραγόντων μεταγραφής και γ) μέσω της δράσης κάποιων φωσφατασών 1) Η αντίληψη των ROS από τους υποδοχής έχει σαν αποτέλεσμα στην ενεργοποίηση σημάτων Ca ++ όπως και στην ενεργοποίηση φωσφολιπασών (PLC/PLD) οι οποίες ενεργοποιούν την πρωτεϊνική κινάση OXI1. Ca ++ και OXI1 ενεργοποιούν μονοπάτι μεταφοράς σήματος μέσω MAP κινασών (MAPK3/6) με τελικό στόχο την ενεργοποίηση μεταγραφικών παραγόντων που ρυθμίζουν τα γονίδια που εμπλέκονται στην παραγωγή και στην απόσβεση των ROS 2) H απευθείας ενεργοποίηση η αναστολή μεταγραφικών παραγόντων μπορεί να ενεργοποιήσει ΟΧΙ1 και MAP κινάσες που με τη σειρά τους εμπλέκονται στις διαδικασίες ελέγχου των γονιδίων παραγωγής και απόσβεσης των ROS 3) Η αναστολή της δράσης φωσφατασών ενεργοποιεί το μονοπάτι ενεργοποίησης των μεταγραφικών παραγόντων Με κόκκινο χρώμα διακρίνεται ο κύκλος επαγωγής της σύνθεσης ROS ενώ με πράσινο χρώμα διακρίνεται ο κύκλος απόσβεσης των ROS 35 of 52

36 «ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΑΦΘΟΝΙΑ (REDUNDANCY)» ΚΑΙ ΕΥΕΛΙΞΙΑ (FLEXIBILITY) ΜΙΚΡΟΣΥΣΤΟΙΧΙΕΣ DNA 36 Τα ROS, όπως είπαμε, μπορούν να παραχθούν από μερικές ενζυμικές διεργασίες. Τα ROS όπως ειπώθηκε δεν επιτελούν μόνο καταστροφικό ρόλο εντός κυττάρου αλλά εμπλέκονται και σε διαδικασίες αύξησης και ανάπτυξης (κυτταρικός κύκλος, PCD, cross-linking πρωτεϊνών σε κυτταρικά τοιχώματα, μηχανισμοί μεταγωγής σήματος κ.α.) Είναι ξεκάθαρο ότι τα σταθερά επίπεδα των ROS στα κύτταρα είναι απαραίτητο να ρυθμίζονται αυστηρά και αυτό δεν είναι δυνατό να γίνεται με τον έλεγχο μερικών μόνο γονιδίων Από εργασίες που έγιναν με μικροσυστοιχίες DNA (DNA microarrays) βρέθηκε ότιστηνρύθμισητωνεπιπέδωντωνros εμπλέκονται τουλάχιστον 152 γονίδια. Αυτό το δίκτυο των γονιδίων συμπεριλαμβάνει γονίδια που εμπλέκονται τόσο σε διαδικασίες παραγωγής όσο και σε διαδικασίες απόσβεσης των ROS 36 of 52

37 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ROS ΤΩΝ ΦΥΤΩΝ /2 37 Διαφάνεια που δείχνει με απλούστερο τρόπο τους μηχανισμούς απόσβεσης των ROS στα φυτικά κύτταρα Η έρευνα μέχρι σήμερα έχει επικεντρωθεί στους μηχανισμούς στο κυτταρόπλασμα στα οργανίδια και στον αποπλάστη. Τι γίνεται όμως στον πυρήνα; Οι μηχανισμοί ρύθμισης της παραγωγής των ROS μέσα στον πυρήνα που το πιθανότερο είναι να ενεργοποιούν/απενεργοποιούν ρυθμιστικούς παράγοντες είναι λίγο πολύ άγνωστοι και άρα το συγκεκριμένο πεδίο είναι ένα από αυτά που θα προσελκύσει την έρευνα το προσεχές διάστημα 37 of 52

38 ΤΕΛΟΣ 38 Διπλός ο ρόλος των ROS μέσα στα κύτταρα 38 of 52

39 ΣΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ ΣΤΑ ΟΠΟΙΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΟΥΝΤΑΙ ΤΑ ROS ChlChl* O 2 1 O 2 stroma, H 2 O 2 O 2-, H 2 O 2 39 Σχηματική αναπαράσταση του συστήματος μεταφοράς ηλεκτρονίων στη μεμβράνη των θυλακοειδών που δείχνει τα τρία πιθανά σημεία παραγωγής ενεργοποιημένου οξυγόνου Α) singlet οξυγόνα μπορούν να παραχθούν από χλωροφύλλες του συμπλόκου συλλογής φωτονίων (Light Harvesting Complex) που βρίσκονται στην 3πλή ενεργειακή κατάσταση Β) υπεροξείδια και υπεροξείδια του υδρογόνου μπορούν να «ξεφύγουν» από το φωτοσύστημα ΙΙ (PS II) Γ) Οξυγόνο που βρίσκεται στην τριπλή ενεργειακή κατάσταση μπορεί να αναχθεί προς υπεροξείδιο από την φερεδοξίνη του φωτοσυστήματος Ι (PS I) Επίσης ενργοποιημένες μορφές οξυγόνου παράγονται κατά τον μεταβολισμό του glycolate στα περοξισώματα 39 of 52

40 ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΤΗΣ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑΚΗΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ ΜΕ ΤΑ ΣΗΜΕΙΑ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΤΩΝ Ο 2-40 Σχηματική αναπαράσταση του συστήματος μεταφοράς ηλεκτρονίων στη μεμβράνη των μιτοχονδρίων που δείχνει το σημείο παραγωγής υπεροξειδίου από την ανηγμένη ubiquinone 40 of 52

41 ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΔΙΑ ΜΕΣΟΥ ΤΟΥ ΚΥΤΟΧΡΩΜΑΤΟΣ Ρ450 ΤΟΥ ΛΕΙΟΥ ΕΝΔΟΠΛΑΣΜΑΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ 41 Σχηματική αναπαράσταση του συστήματος μεταφοράς ηλεκτρονίων δια μέσου του κυτοχρώματος P450 του ενδοπλασματικού δικτύου που δείχνει το σημείο σύνθεσης του υπεροξειδίου 41 of 52

42 ΔΡΑΣΗ ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΩΝ ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ 42 Στη διαφάνεια αυτή φαίνεται η αντιοξειδωτική δράση φλαβονοειδών ουσιών σε κύτταρα PC12 ποντικιού. Σκοπός της εργασίας αυτής ήταν να βρεθούν οι ιδιότητες των ουσιών αυτών σε σχέση με την κυτοτοξικότητα του linoleic acid hydroperoxide (LOOH) ουσίας που εμπλέκεται στο σχηματισμό των μεμβρανών των τόσο των ζωικών όσο και των φυτικών κυττάρων 42 of 52

43 ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗ ΤΩΝ ΛΙΠΙΔΙΩΝ Σημεία των λιπιδίων ευαίσθητα στις προσβολές από ελεύθερες ρίζες of 52

44 ΦΩΤΑΝΑΠΝΟΗ χλωροπλάστης γλυοξυσωμάτιο μιτοχόνδριο of 52

45 ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗΣ ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΩΝ resveratrol 3malonyl-CoA RS L-phenylalanine PAL trans-cinnamate C4H p-coumarate 4CL 4-coumaroyl-CoA CHS chalcone CHI naringenin IFS genistein F3H dihydrokaempferol PAL: phenylalanineammonia lyase C4H: cinnamate-4-hydroxylase 4CL: 4-coumaroyl:CoA ligase RS: resveratrol synthase CHS: chalcone synthase CHI: chalcone isomerase IFS: isoflavone synthase F3H: flavanone-3-hydroxylase F3 H: flavonoid-3-hydroxylase FLS: flavonol synthase F3 H dihydroquercetin FLS quercetin of 52

46 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΩΝ Όπου R ελεύθερη ρίζα Άροξυλ- ρίζα Ομάδα κατεχόλης Σχηματισμός χηλικών ενώσεων Αποτοξίνωση ελεύθερων ριζών of 52

47 ΚΥΡΙΑ ΣΗΜΕΙΑ ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗΣ ΔΡΑΣΗΣ ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΩΝ HO 7 6 Η παρουσία του δακτυλίου Β στη θέση 3 (αντί της θέσης 2) όπως συμβαίνει στις ισοφλαβόνες όπως επίσης και η παρουσία υδροξυλομάδων στις θέσεις 5,7 αυξάνει την αντιοξειδωτική δράση. 8 Α O C 5 4 OH ' 1' 1 3' B 6' OH OH Η παρουσία υδροξυλομάδας αυξάνει την αντιοξειδωτική δράση. Γλυκοζυλίωση στο σημείο αυτό προκαλεί μείωση της αντιοξειδωτικής ικανότητας Ηπαρουσίατηςκατεχολομάδας (3,4 -dihydroxybenzene) αυξάνει την αντιοξειδωτική δράση 4' 5' OH OH Η παρουσία υδροξυλομάδας επαυξάνει την αντιοξειδωτική δράσηλόγωτηςπαρουσίαςτης ομάδας της κατεχόλης of 52

48 ΠΗΓΕΣ ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΩΝ of 52

49 ΕΠΑΓΩΓΗ ΑΜΥΝΑΣ ΣΕ ΠΑΘΟΓΟΝΑ /1 Μερικοί ρόλοι των ROS κατά την προσβολή: Ενεργοποιούν γονίδια άμυνας Δρουν σαν παράγοντες επαγωγής cross-linking πρωτεϊνών με τα κυτταρικά τοιχώματα για τον περιορισμό της προσβολής από παθογόνα Εμπλέκονται στην επαγωγή της HR, στον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο, στην παραγωγή του SA και στην διασυστηματική ανθεκτικότητα 49 Κατά την προσβολή από παθογόνα επάγεται η σύνθεση ROS μέσω της NADPH οξειδάσης Το παραγόμενο H 2 O 2 διαχέεται στα κύτταρα και μαζί με σαλικυλικό οξύ (SA) και το οξείδιο του αζώτου (NO) ενεργοποιεί μηχανισμούς άμυνας, όπως το PCD. Η ενεργότητα των APX και CAT καταστέλλεται από το SA και το NO. Έτσι το φυτό από την μια υπερπαράγει ROS και από την άλλη καταστέλλεται ο μηχανισμός απόσβεσης αυτών. Αυτό προκαλεί τη συσσώρευση των ROS και την ενεργοποίηση του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου 49 of 52

50 ΕΠΑΓΩΓΗ ΑΜΥΝΑΣ ΣΕ ΠΑΘΟΓΟΝΑ /2 Τα ROS δεν θεωρούνται πια σαν τοξικά υποπροϊόντα του αερόβιου μεταβολισμού. Τελευταία είναι εμφανές ότι τα φυτά παράγουν ROS σαν μόρια σηματοδότησης για να ελέγξουν διαδικασίες όπως ο προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος και για να αντιδράσουν σε αβιοτικές και βιοτικές καταπονήσεις Τα φυτά έχουν αναπτύξει μηχανισμούς ελέγχου και ρύθμισης των επιπέδων των ROS από τη μια για να ελέγχουν το επίπεδο της καταπόνησης μέσα στο κύτταρο και από την άλλη για να μην υπάρξουν υψηλά επίπεδα που αποτελούν αιτία θανάτου για αυτά Άρα πρέπει να υπάρχει αλληλεπίδραση μηχανισμών παραγωγής και μηχανισμών απόσβεσης των ROS Παράλληλα με αυτούς τους μηχανισμούς υπάρχουν και οι μηχανισμοί αποφυγής της παραγωγής των ROS όπως η συστροφή φύλλων, η ανακατανομή του φωτοσυνθετικού μηχανισμού και των κεραιών συλλογής φωτονίων κ.α of 52