Freie Radikale & Oxidativer Stress
Medizin & Gehirn

"Freie Radikale" - Erklärung

In der Chemie werden freie Radikale definiert als Atome, Moleküle oder Ionen, die ungepaarte Valenzelektronen oder eine offene Elektronenhülle besitzen, und daher eine oder mehrere nicht abgesättigte Bindungen aufweisen.
Mit wenigen Ausnahmen, sind sie daher chemisch hoch reaktiv gegenüber anderen Substanzen, oder sogar sich selbst gegenüber - die Reaktionen sind zumeist irreversibel. Die meisten freien Radikale sind nur in sehr geringer Konzentration, im inerten Medium (z.B. Edelgas) oder im Vakuum relativ stabil.
Radikale werden mit einem hochgestelltem 'Punkt' dargestellt, der das freie Elektron symbolisiert. Enthält ein Radikal mehrere ungepaarte Elektronen, spricht man von Diradikal (auch Biradikal), oder Triradikal.

Fast alle biologisch oder medizinisch relevanten freien Radikale sind Sauerstoff, Stickstoff oder Fettsäure (Lipide) Derivate.

Wirkung von Freien Radikalen

Zu den freien Radikalen im eigentlichem Sinne zählen zum Beispiel Superoxid, Stickstoffmonoxid und das Hydroxylradikal. Im weiteren Sinne werden auf Grund ihrer oxidativen Eigenschaften auch Peroxynitrit und Wasserstoffperoxid dazu gezählt.

 

Hier ist eine Übersicht der bekannten freien Radikale:Übersicht der häufigsten Freien Radikale

Pathogenese

Freie Radikale entfalten ihre destruktive Wirkung in den Zellen des Körpers vor allem durch Modifikation von Proteinen, Hemmung der Atmungskette in den Mitochondrien, Schädigung der DNA und Oxidation von Fettsäuren. Sie werden bei vielen Erkrankungen als ein entscheidender Faktor in der Ereigniskaskade, die letztlich zum Zelltod führt, angesehen. Dazu zählen so ganz unterschiedliche Krankheiten wie Krebs, Alzheimer, Hautalterung, Arteriosklerose, Parkinson und noch etlichen andere. Doch selbst wenn es bei diesen Krankheiten eine Überproduktion reaktiver Stickstoffspezies und / oder reaktiver Sauerstoffspezies gibt, ist die Frage, ob dies ursächlich oder ein Nebenprodukt ist, noch ungeklärt.

Das war die Schlechte Nachricht. Die Gute: die Bildung von reaktiven Sauerstoffverbindungen ist zunächst einmal "normal".
Unsere Zellen brauchen Sauerstoff zum "atmen". Dabei wird in der Atmungskette der Mitochondrien Wasser aus einem Atom Sauerstoff und einem Molekül Wasserstoff gebildet und es entsteht ATP als Energieträger. Die Zellen "hantieren" also mit atomaren Sauerstoff - ein nicht ganz ungefährliches Unterfangen, aber sie sind für eventuelle Kollateralschäden bestens ausgestattet.
Sowohl intrazelluläre Antioxidantien, insbesondere Glutathion als auch spezielle Enzyme, die freie Radikale "fangen", dienen dazu, die Konzentration niedrig zu halten. Glutathion (GSH) ist Tripeptid, das aus den drei Aminosäuren Glutaminsäure, Cystein und Glycin besteht und in einer Konzentration von etwa 5mM vorkommt. Es wirkt als potentes Antioxidans, um Schäden an wichtigen zellulären Komponenten zu verhindern. Und die Zellen können es recyceln. Bei den Enzymen, sind es die Superoxid-Dismutase und die Katalase, die Superoxid bzw. Wasserstoffperoxid abbauen können.

Es ist fragwürdig, ob eine gesunde Ernährung oder Nahrungsergänzung (wie z.B. durch Vitamin C) den Körper bei der Neutralisierung von Freien Radikalen unterstützen können.

Signaltransduktion

Freie Radikale fungieren auch in Signaltransduktion innerhalb von oder zwischen mehreren Zellen. Menschliche Zellen variieren in ihrem Durchmesser von etwa 7-30 Mikrometer. Wie genau freie Radikale Strecken im Bereich von mehreren Zelldurchmessern diffundieren können, ohne zwischendurch mit einem anderen Molekül zu reagieren, ist noch Gegenstand der Forschung.

Ursprung des Begriffs "Freie Radikale"

Das Wort Radikal leitet sich aus dem Lateinischen von "radix" = Wurzel ab.

Der Begriff "Wurzel" wurde schon lange in der Sprachwissenschaft verwendet. In den meisten semitischen Sprachen gibt es einen Wortstamm, eine Folge von wenigen Konsonanten, der Wurzel genannt wird. Auf diese abstrakten "Wurzeln" wurde dann bei der Bildung der tatsächlichen Worte zurückgegriffen.

Als um 1900 die Chemie sich zu einer Wissenschaft entwickelte, wurde der Begriff Radikal analog verwendet. Der damaligen Theorie nach versuchte man die Struktur von organischen Verbindungen als ableitbar bzw. zusammengesetzt aus Radikalen zu verstehen.
Als dann die kurze Zeit später die "echten" freien Radikale entdeckt wurden, brauchte man einen weiteren Begriff zur Abgrenzung — "freie Radikale". Heute hat die Chemie den Begriff Radikal in seinem ursprünglichen Sinne durch "Funktionelle Gruppe" ersetzt.

Anmerkung: Wo wir gerade bei der historischen Entwicklung sind: Vor langer Zeit, in einem Land, weit, weit entfernt ...- dort gab es auch sogenannte freie Radikale mit einer gewissen politischen Gesinnung. Wenn man im Internet nach Informationen zu diesen offenbar fast ausgestorbenen Exemplaren sucht, findet man mit der Google-Suche ab Seite 300 der Ergebnisse einige versprengte Treffer - Eine neue Hoffnung?