Udilova, Natalia: Vergleichende Untersuchung von Methoden zum Nachweis von Superoxidradikalen in biologischen und Modellsystemen.

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Kapitel 1. Einleitung.

Die beinahe 30 Jahre zurückliegende Erkenntnis, daß bestimmte Stoffwechselvorgänge der Aerobier mit der zwangsweisen Bildung aktivierter Sauerstoffspezies, den sogenannten Sauerstoffradikalen einhergehen, hat zu einem teilweise völlig neuen Verständnis der Pathogenese einer stetig wachsenden Zahl von Erkrankungen geführt. Die mögliche Bedeutung der endogen- oder exogen-induzierten Sauerstoffradikalbildung als Initiator oder Schrittmacher (Promotor) des Alterungsprozesses, der Arteriosklerose, der postischämischen Organschäden, des Diabetes mellitus oder verschiedener neurologischer sowie dermatologischer Erkrankungen ist weltweit Gegenstand von wissenschaftlichen Aktivitäten in allen Teilbereichen der biologischen Forschung. Das Hauptinteresse der Forscher gilt hierbei der quantitativen und qualitativen Analytik der Sauerstoffradikale in biologischen Systemen mit dem Ziel, Ursache der Bildung und Stellenwert in der Pathogenese der jeweiligen Erkrankungsform zu verstehen. Dies ist als Voraussetzung für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien erforderlich. Im Vordergrund stehen hierbei die verschiedenen natürlichen und synthetischen Antioxidantien, durch deren Anwendung sowohl Bildung als auch Folgeschäden der Sauerstoffradikale kontrolliert werden können. Da Sauerstoffradikale in wässrigem Milieu instabil sind, ist deren Nachweis in ihrer natürlichen biologischen Umgebung (in situ) äußerst schwierig und unsicher. Durch die direkte Reaktion mit biologischen Komponenten in unmittelbarer Umgebung ihrer Entstehung sinkt die Gleichgewichtskonzentration der Sauerstoffradikale häufig unter ihre Nachweisgrenze. Die phylogenetische Entwicklung der Aerobier war daher zwangsweise mit der Ausstattung von Antioxidantien verbunden, die auf Grund ihrer besonderen Lokalisation und biologischen Eigenschaften die biologische Funktionseinheit durch Eliminierung der Radikale bzw. Verhinderung der durch sie induzierbaren Schäden stabilisiert. Hieraus ergibt sich, daß das „freie Auftreten“ von Sauerstoffradikalen in einem intakten biologischen Organismus kaum meßbar ist. So schätzt man die stationäre Konzentration von Superoxidradikalen in der Zelle auf 10-11 M. Für die Analytik der pathophysiologischen Bedeutung der Sauerstoffradikale ergeben sich daher drei Konzepte:

  1. Nachweis der Verminderung des biologischen Antioxidantiengehaltes als Folge der vermehrten Sauerstoffradikalbildung
  2. Nachweis der durch Sauerstoffradikale direkt oder indirekt verursachten biologischen Schäden
  3. Untersuchung der Sauerstoffradikalbildung an in vitro Systemen

Der indirekte Nachweis der Sauerstoffradikalbildung über die Analyse der durch Radikale induzierten Schäden, einschließlich der Abnahme der Antioxidantien, ermöglicht zwar den Nachweis der Existenz des oxidativen Stress-Geschehens (Übergewicht der Sauerstoffradikalbildung über die Aktivität der Schutzmechanismen), gibt aber keine genaue Information über den Bildungsmechanismus, den Bildungsort sowie Art der Sauerstoffradikale im Organismus.

Die Untersuchung von Sauerstoffradikalen in isolierten Systemen, die als potentielle Sauerstoffaktivatoren in Frage kommen (Mitochondrien, Mikrosomen, Xanthinoxidase, Entzündungszellen), ermöglicht hingegen sowohl kausale Einblicke in die Bildung als auch in die Identität und Quantität der Radikalspezies. Dies ist für eine kausale therapeutische Intervention unabdingbar. Andererseits ist es erforderlich, quantitative Analysen einer konstanten Sauerstoffradikalbildungsquelle durchzuführen, um Radikalfängereigenschaften nativer und potentieller Antioxidantien zu untersuchen. Durch Anwesenheit der Antioxidantien in diesen in vitro Systemen wird die quantitative Ausbeute des radikalspezifischen Nachweissignals vermindert. Hierdurch lassen sich Aussagen über die Art und Effizienz der Antioxidantien machen.

Obwohl für den direkten Nachweis der Sauerstoffradikalbildung an in vitro Systemen eine Vielzahl verschiedener Methoden beschrieben ist und angewendet wird, gibt es zunehmend Widersprüche, will man Literaturdaten verschiedener Labore miteinander vergleichen . Diese mangelnde Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Methoden ist ein großes Hindernis im Erkenntnisfortschritt der Sauerstoffradikalbiochemie und -Pathologie.

Ausgehend von der Tatsache, daß der Initialschritt, der zum oxidativen Stress führt, stets die univalente Übertragung eines Elektrons auf Sauerstoff ist, konzentriert sich die vorliegende Untersuchung auf die Methoden zum Nachweis von Superoxidradikalen.

Ziel der Untersuchung war eine Bestandsaufnahme der zur Zeit verwendeten Methoden zum Nachweis der Superoxidradikale unter den physiologisch relevanten Bedingungen, sowie deren


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qualitative und quantitative Überprüfung im Vergleich und im Bezug auf die jeweiligen biologischen Untersuchungsobjekte.
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