Thiyl-Radikale

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Thiyl-Radikale sind in der organischen Chemie reaktive Intermediate aus der Gruppe der reaktiven Schwefelspezies, die sich von Thiolen (Mercaptanen) ableiten. Unter dem Einfluss von Peroxiden entstehen aus Thiolen die reaktionsfreudigen Thiyl-Radikale:[1]

Erzeugung von Thiyl-Radikalen

Thiyl-Radikale sind ausgesprochen elektrophil und reagieren besonders schnell mit elektronenreichen C=C-Doppelbindungen in Alkenen, wie z. B. Styrol oder Vinylether.

Thiyl-Radikale in Biologie

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Reaktivität der Thiyl-Radikale

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Die Bildung der Thiyl-Radikale in vivo erfolgt hauptsächlich durch das Einwirken verschiedener Radikale auf die in Proteine inkorporierte Aminosäure Cystein. Die Geschwindigkeit der Radikalbildung ist beim OH·-Radikal am höchsten (k = 6.8 x 109 M-1s-1)[2] und sinkt über das H·-Radikal (k = 6.8 x 109 M-1s-1)[2] hin bis zu Peroxyl-Radikalen R-CHOO· (k = 4.2 x 103 M-1s-1). Eines der wichtigsten Substrate der Thiyl-Radikale in biologischen Systemen sind Lipide, wobei die Thiyl-Radikale eine entscheidende Rolle bei der Lipidperoxidation spielen[3]. Dabei fungieren die Thiyl-Radikale als Kettentransferkatalysatoren, indem sie das ungepaarte Elektron auf ein neues Lipid übertragen und somit die Lipidperoxidation beschleunigen[3]. Weitere Substrate der Thiyl-Radikale sind andere Proteine (k = 1.4 x 105 M-1s-1)[4], monoungesättigte Fettsäuren (MUFAs) (k = 1.6 x 105 M-1s-1)[5] und Ubichinon (k = 2.5 x 103 M-1s-1)[6]. Interessanterweise die Zugabe von lipophilen Thiolen in Zellkultur oder Verabreichung an C. elegans beschleunigte die Lipidperoxidation bei derselben Initiationsrate, verursachte Schaden an Membranproteinen und war assoziiert mit Rückgang von mehrfachungesättigten Fettsäuren (PUFAs) und Verkürzung der Lebensdauer[7][8].

Beseitigung der Thiyl-Radikale

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Die wichtigsten phenolischen Antioxidantien, wie Ubichinon oder α-Tocopherol sind keine geeigneten Scavenger der Thiyl-Radikale[3]. Beide Substanzen sind nicht ausreichend reaktiv[6][9][10], und das α-Tocopherol ist zusätzlich nicht in ausreichender Menge vorhanden, um die Thiyl-Radikale abzufangen. Trotzdem haben beide Verbindungen eine hohe Geschwindigkeitskonstante für ihre Reaktion mit Peroxyl-Radikalen, was ihre evolutionäre Bedeutung als Scavenger unterstreicht[11][12][13]. Isoprenoide Polyene, wie z. B. Carotenoide oder Lycopin weisen bezüglich Thiyl-Radikalen sehr hohe Geschwindigkeitskonstanten (bis zu 109 M-1s-1)[14] auf. Allerdings reicht selbst unter exzessiven Supplementierung die Wirkung des Lycopins nicht aus, um der Lipidperoxidation ausreichend entgegenzuwirken[3]. Deutlich aussichtsreicher ist die Lage in wässrigen Medien: Ascorbinsäure und Glutathion weisen ebenfalls hohe Geschwindigkeitskonstanten auf (>108 M-1s-1), sind jedoch in ausreichend hohen Konzentrationen vorhanden, sodass in wässriger Umgebung Thiyl-Radikale durch die oben genannten Antioxidantien erfolgreich unschädlich gemacht werden können.

Einzelnachweise

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  1. ↑ Ivan Ernest: Bindung, Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie, Springer-Verlag, 1972, S. 315, ISBN 3-211-81060-9.
  2. ↑ a b Ivana Tartaro Bujak, Branka Mihaljević, Carla Ferreri, Chryssostomos Chatgilialoglu: The influence of antioxidants in the thiyl radical induced lipid peroxidation and geometrical isomerization in micelles of linoleic acid. In: Free Radical Research. Band 50, sup1, 1. November 2016, ISSN 1071-5762, S. S18–S23, doi:10.1080/10715762.2016.1231401 (tandfonline.com [abgerufen am 29. Juli 2024]).
  3. ↑ a b c d Bernd Moosmann, Parvana Hajieva: Probing the Role of Cysteine Thiyl Radicals in Biology: Eminently Dangerous, Difficult to Scavenge. In: Antioxidants. Band 11, Nr. 5, Mai 2022, S. 885, doi:10.3390/antiox11050885.
  4. ↑ Thomas Nauser, Jill Pelling, Christian Schöneich: Thiyl Radical Reaction with Amino Acid Side Chains: Rate Constants for Hydrogen Transfer and Relevance for Posttranslational Protein Modification. In: Chemical Research in Toxicology. Band 17, Nr. 10, 1. Oktober 2004, S. 1323–1328, doi:10.1021/tx049856y.
  5. ↑ Chryssostomos Chatgilialoglu, Carla Ferreri: Trans Lipids: The Free Radical Path. In: Accounts of Chemical Research. Band 38, Nr. 6, 1. Juni 2005, S. 441–448, doi:10.1021/ar0400847.
  6. ↑ a b T. G. Denisova, E. T. Denisov: Reactivity of natural phenols in radical reactions. In: Kinetics and Catalysis. Band 50, Nr. 3, 1. Mai 2009, S. 335–343, doi:10.1134/S002315840903001X.
  7. ↑ Victoria Heymans, Sascha Kunath, Parvana Hajieva, Bernd Moosmann: Cell Culture Characterization of Prooxidative Chain-Transfer Agents as Novel Cytostatic Drugs. In: Molecules. Band 26, Nr. 21, Januar 2021, S. 6743, doi:10.3390/molecules26216743.
  8. ↑ Sascha Kunath, Mario Schindeldecker, Antonio De Giacomo, Theresa Meyer, Selina Sohre, Parvana Hajieva, Clemens von Schacky, Joachim Urban, Bernd Moosmann: Prooxidative chain transfer activity by thiol groups in biological systems. In: Redox Biology. Band 36, September 2020, S. 101628, doi:10.1016/j.redox.2020.101628.
  9. ↑ Chryssostomos Chatgilialoglu, Laura Zambonin, Alessio Altieri, Carla Ferreri, Quinto G Mulazzani, Laura Landi: Geometrical isomerism of monounsaturated fatty acids: thiyl radical catalysis and influence of antioxidant vitamins. In: Free Radical Biology and Medicine. Band 33, Nr. 12, Dezember 2002, S. 1681–1692, doi:10.1016/s0891-5849(02)01143-7.
  10. ↑ Ivana Tartaro Bujak, Branka Mihaljević, Carla Ferreri, Chryssostomos Chatgilialoglu: The influence of antioxidants in the thiyl radical induced lipid peroxidation and geometrical isomerization in micelles of linoleic acid. In: Free Radical Research. Band 50, sup1, 1. November 2016, S. S18–S23, doi:10.1080/10715762.2016.1231401.
  11. ↑ Maret G. Traber, Jeffrey Atkinson: Vitamin E, antioxidant and nothing more. In: Free Radical Biology and Medicine. Band 43, Nr. 1, Juli 2007, S. 4–15, doi:10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.024.
  12. ↑ Matthias Granold, Parvana Hajieva, Monica Ioana Toşa, Florin-Dan Irimie, Bernd Moosmann: Modern diversification of the amino acid repertoire driven by oxygen. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 115, Nr. 1, 2. Januar 2018, S. 41–46, doi:10.1073/pnas.1717100115.
  13. ↑ Maike J. Ohlow, Matthias Granold, Mathias Schreckenberger, Bernd Moosmann: Is the chromanol head group of vitamin E nature's final truth on chain‐breaking antioxidants? In: FEBS Letters. Band 586, Nr. 6, 23. März 2012, S. 711–716, doi:10.1016/j.febslet.2012.01.022.
  14. ↑ Alan Mortensen, Leif H. Skibsted, Julia Sampson, Catherine Rice-Evans, Steven A. Everett: Comparative mechanisms and rates of free radical scavenging by carotenoid antioxidants. In: FEBS Letters. Band 418, Nr. 1-2, 24. November 1997, S. 91–97, doi:10.1016/S0014-5793(97)01355-0.
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