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Freien Radikale, Antioxidantien, zerstören ein Enzym in der Zellmembran (Zellwand) in der Gefäßinnenwand der Arterien. Alle Körperzellen benötigen Sauerstoff. Freie Radikale entstehen bei jedem Verbrennungsprozess in den Mitochondrien, den körpereigenen Kraftwerken in den Zellen. Den hochreaktiven Molekülen fehlen ein oder mehrere Elektronen, die sie von anderen chemischen Verbindungen aus der DNA oder den Zellwänden rauben. Freie Radikale, an denen sich ein unpaares Elektron befindet, ist dieses Elektron bestrebt, einen Partner zu finden. Das löst eine Kettenreaktion aus. Verschiedene Stoffe gelten als Radikalenfänger, so das Hormon Melatonin oder verschiedene Vitamine. (Grafiken © Frank Geisler)

Physiologie Zellen
Freie Radikale, Antioxidantien

Freie Radikale sind Teile von Molekülen, an deren Bruchstelle sich ein Atom mit einem ungepaarten Elektron befindet. Durch freie, also ungebundene Radikale, werden biologisches Gewebe in oxidativen Stress versetzt und können es – indem sie als Initiator eine Kettenreaktion auslösen – zerstören. Darin kann sich ein freies Radikal mit dem Teil eines bestehenden Moleküls zu einem neuen Molekül verbinden. Wird der neue Reaktionspartner ebenfalls als freies Radikal freigesetzt, so kann er eine analoge Reaktion verursachen. In solch einer Kettenreaktion verschwinden vom Körper gewünschte Moleküle und es entstehen unerwünschte oder gefährliche Moleküle.
Bedingt durch ihre hohe Reaktivität existieren Radikale meistens nur sehr kurze Zeit (< 1 Sekunde). Ausnahmen sind stabilisierte Radikale, z.B.Triphenylmethylradikale (Gomberg-Radikal). Diese stehen in Lösung mit ihren Dimeren im Gleichgewicht. Auch in der Natur kommen stabile Radikale vor. So beinhaltet zum Beispiel das Enzym Ribonukleotidreduktase ein Tyrosylradikal, welches eine Halbwertszeit von 4 Tagen aufweist.

Bild links: Freie Radikale zerstörten ein Enzym in der Gefäßinnenwand, es entsteht eine Verengung der Blutgefäße und zusätzliche Fettablagerung, die Hauptursache für Infarkte; Bild rechts: mit Hilfe eines Kofaktors kann das Enzym wieder aktiviert werden, so dass es seiner Schutzfunktion erneut nachkommen kann und so die freien Radikale die Zellmembran nicht mehr durchdringen können

Freie Radikale, etwa reaktive Sauerstoffspezies, spielen bei einer Vielzahl biologischer Prozesse eine wichtige Rolle, können aber auch Zellschäden hervorrufen, die u.a. zur Entstehung von Krebserkrankungen beitragen können. Auch für die Entstehung der Arteriosklerose, der Alzheimerschen Krankheit, der durch Alkohol hervorgerufenen Leberschädigung wird der durch freie Radikale vermittelten Oxidation verschiedener Stoffe eine bedeutsame Rolle zugeschrieben. Da der Schutz vor der Wirkung freier Radikale lebensnotwendig ist, besitzt der Körper wirksame Abwehr- und Reparaturmechanismen in Form von Enzymen, Hormonen oder anderen Substanzklassen, die den Schaden minimieren. An diesen Abwehrmechanismen sind Antioxidantien wie Epigallocatechingallat, Superoxiddismutase, Glutathionperoxidase, Vitamin A, Vitamin C, Vitamin E, Coenzym Q10 und Anthocyane beteiligt. Auch Bilirubin, Harnsäure sollen bestimmte freie Radikale neutralisieren können. Das Hormon Melatonin gilt ebenfalls als Radikalenfänger gegen den oxidativen Stress.

Moleküle bestehen aus Atomen, die durch Paare von Elektronen miteinander verbunden sind. Wenn ein gebundenes Atom einem Atom mit einem ungepaarten Elektron begegnet, mit dem es stärker binden kann als mit einem seiner jetzigen „Partner“, dann wechselt es zum Atom mit dem ungepaarten Elektron über. Es nimmt dabei eines der Elektronen aus seiner früheren Bindung mit und dieses paart sich mit dem ungepaarten Elektron. Der frühere „Partner“ bleibt jetzt mit einem ungepaarten Elektron zurück. Das übergewechselte Atom ist noch mit anderen „Partner“ verbunden. Das Atom, das anfangs ein ungepaartes Elektron besaß, ist auch noch mit anderen Atomen verbunden. Das Ganze ist jetzt ein neues Molekül. Der frühere „Partner“ ist weiterhin mit anderen Atomen verbunden – diese Atomgruppe ist ein neues freies Radikal.

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Medical Art Frank Geisler