Freie Radikale in der physiologischen Kontrolle der Zellfunktion

In hohen Konzentrationen sind freie Radikale und radikal-abgeleitete, nicht-radikale reaktive Spezies gefährlich für lebende Organismen und schädigen alle wichtigen Zellbestandteile. In moderaten Konzentrationen spielen jedoch Stickstoffmonoxid (NO), Superoxidanion und verwandte reaktive Sauerstoffspezies (ROS) eine wichtige Rolle als regulatorische Mediatoren in Signalprozessen. Viele der ROS-vermittelten Reaktionen schützen tatsächlich die Zellen vor oxidativem Stress und stellen die "Redox-Homöostase" wieder her. Höhere Organismen haben jedoch die Verwendung von NO und ROS auch als Signalmoleküle für andere physiologische Funktionen entwickelt. Dazu gehören die Regulierung des Gefäßtonus, die Überwachung des Sauerstoffgehalts zur Kontrolle der Ventilation und der Erythropoietinproduktion sowie die Signaltransduktion von Rezeptoren in verschiedenen physiologischen Prozessen. NO und ROS werden in diesen Fällen typischerweise durch streng regulierte Enzyme wie NO-Synthase (NOS) und NAD(P)H-Oxidase-Isoformen erzeugt. In einem bestimmten Signalmolekül führt der oxidative Angriff entweder zu einem Funktionsverlust, einem Funktionsgewinn oder einem Wechsel zu einer anderen Funktion. Übermäßige Mengen an ROS können entweder aus übermäßiger Stimulation von NAD(P)H-Oxidasen oder aus weniger regulierten Quellen wie der mitochondrialen Elektronentransportkette entstehen. In den Mitochondrien werden ROS als unerwünschte Nebenprodukte des oxidativen Energiestoffwechsels erzeugt. Ein übermäßiger und/oder anhaltender Anstieg der ROS-Produktion wird mit der Pathogenese von Krebs, Diabetes mellitus, Arteriosklerose, neurodegenerativen Erkrankungen, rheumatoider Arthritis, Ischämie/Reperfusionsschäden, obstruktiver Schlafapnoe und anderen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Darüber hinaus wurden freie Radikale im Mechanismus der Seneszenz behandelt. Dass der Alterungsprozess zumindest teilweise aus radikal-vermitteltem oxidativem Schaden resultieren kann, wurde vor mehr als 40 Jahren von Harman vorgeschlagen (J Gerontol 11: 298-300, 1956). Es gibt zunehmende Beweise dafür, dass das Altern zusätzlich progressive Veränderungen in den freiradikal-vermittelten Regulationsprozessen umfasst, die zu einer veränderten Genexpression führen.