Hapnikku sisaldavad reaktiivsed osakesed

Hapnikku sisaldavad reaktiivsed osakesed (inglise reactive oxygen species, lühend ROS) ehk reaktiivsed hapnikuühendid ehk hapniku reaktiivsed vormid ehk hapnikuradikaalid on reaktiivsed molekulaarüksused, milles on paardumata elektronidega hapnikuaatomeid (radikaalid) või O−O sidemeid (peroksürühm) ning mis võivad osaleda keemilistes reaktsioonides, mis etendavad olulist osa organismide ainevahetuses ja vananemises.

Keemia

Hapnikku sisaldavate reaktiivsete osakeste hulka kuuluvad ühelt poolt radikaalid, näiteks hüperoksiidi anioon O₂·⁻, ülireaktiivne hüdroksüülradikaal OH·, peroksüülradikaal ROO· ja lipiidide alkoksüülradikaal RO·, teiselt poolt stabiilsed molekulaarsed oksüdandid, näiteks vesinikperoksiid H₂O₂, hüdroperoksiid ROOH, osoon O₃ ja hüpokloritioon OCl⁻, samuti ergastatud hapnikumolekulid (singletthapnik ¹O₂).

Hapnikku sisaldavate reaktiivsete osakeste oksüdeerumise tulemusel tekivad elektrofiilsed realtiivsed osakesed.

Tabel hapnikku sisaldavate reaktiivsete osakeste kohta:

Valem	Nimetus	Märkus
O2·−	hüperoksiidioon	vaba radikaal, sekundaarne virgatsaine[1], vana nimetus: superoksiidioon
HO·	hüdroksüülradikaal	vaba radikaal, ülireaktiivne
HOO·	hüdroperoksüülradikaal	vaba radikaal
ROO·	peroksüülradikaal	vaba radikaal, sensibiliseeritud fotooksüdatsiooni vaheaste[2], vaata ka autooksüdatsioon
RO·	alkoksüülradikaal	vaba radikaal, lipiidide puhul
H2O2	vesinikperoksiid	reagent teiste hapnikku sisaldavate reaktiivsete osakeste moodustamiseks, sekundaarne virgatsaine[1]
ROOH	hüdroperoksiid	stabiilne molekulaarne oksüdeerija
O3	osoon	stabiilne molekulaarne oksüdeerija
OCl−	hüpokloritioon	stabiilne molekulaarne oksüdeerija
1O2	singletthapnik	ergastatud hapnikumolekul

Bioloogia

Organismis tekivad reaktiivsed hapnikku sisaldavad osakesed mitokondrites rakuhingamise kõrvalsaadusena (monoamiini oksüdaaside vahendusel mitokondriaalse hingamisahela raames kompleks I ja kompleks III juures), samuti põletikurakkude talitluse tulemusel viiruste ja bakterite kahjustamiseks. Reaktiivsed hapnikku sisaldavad osakesed (eelkõige vesinikperoksiid ja lämmastikmonoksiid) on mängus ka taimeimmuunsuses. Ka keskkonnamürgid ja tubakasuits on hapnikku sisaldavate reaktsioonide olulised allikad.

Hüperoksiidiooni O₂·⁻ reageerimisel lämmastikmonooksiidiga NO· tekib lisaks peroksünitritioon ONOO⁻, mida koos lämmastikmonooksiidiga nimetatakse lämmastikku sisaldavateks reaktiivseteks osakesteks ning on samuti ülireaktiivne ühend (kuigi mitte vaba radikaal). Hapnikku sisaldavad reaktiivsed osakesed ja lämmastikku sisaldavad reaktiivsed osakesed on seega tähtsad oksüdeerijad, millele organismis töötavad vastu antioksüdandid.

Hapnikku sisaldavad reaktiivsed osakesed on tähtsad signaalmolekulid^[3][4], aga suures kontsentratsioonis on neil kahjulik toime, sest nad võivad tekitada oksüdatiivset stressi.

Hapnikku sisaldavaid reaktiivseid osakesi on seostatud kõige erinevamate haigustega, näiteks vähk, diabeet ja kardiovaskulaarsed haigused^[5], kuid nende põhjuslik osalus nendes haigustes on vaieldav: vastuolus eelnevaga on näidatud, et hapnikku sisaldavad reaktiivsed osakesed tõstavad mudelorganismide keskmist eluiga, st takistavad vananemist.^[6][7] On ka teada, et antioksüdandid töötavad spordi suhkurtõbe ennetavale toimele inimesel vastu või takistavad seda täielikult, sest antioksüdandid töötavad vastu hapnikku sisaldavate reaktiivsete osakeste tekkele.^{[8][9][10][11][12]}

Tänapäevase arusaama järgi on hapnikku sisaldavad reaktiivsed osakesed väikeses, st füsioloogilises kontsentratsioonis tervisele kasulikud, kõrges, st patoloogilises kontsentratsioonis aga soodustavad haigestumist. Seda mittelineaarset annuse ja toime suhet nimetatakse mitohormeesiks.^{[6][13][14][4]} Hilisemad uurimused omistavad hüperoksiidioonile ja vesinikperoksiidile peale oksüdatiivse stressi tekitamise ka olulise signaalfunktsiooni, näiteks peaajus signaalitraduktsiooni, sünaptilise plastilisuse ja mälu moodustamise juures. Neil on seal peale selle tugev veresooni laiendav toime, mistõttu nad paistavad olevat olulised aju verevoolu ja aju veresoonte toonuse tõstjad.^[15] Peale selle mõjutavad nad Wnt signaaliraja kaudu rakkude kasvu ja jagunemist kulleste ja sisalike kaotatud sabade regenereerumisel^[16].

Reaktiivseid hapniku ühendeid tekib nii mitokondrites (rakuhingamine) kui ka fotosünteesi valgusreaktsioonides kloroplastides. See on koht, kust biosfääri lisandub molekulaarne hapnik.