Biological role of reactive oxygen species in mitochondria

Abstract

Abstract. This article focuses on the sources of free radicals in the mitochondria and the specificity of mitochondrial antioxidant enzymes. In recent years, оxidative stress is associated with many human diseases, including: cardiovascular, neurodegenerative, and kidney and liver disorders, a wide range of inflammatory-related diseases, cancer, diabetes mellitus. Mitochondria, as the major ATP producer and the major reactive oxygen species (ROS) and antioxidant producer exert a crucial role within the cell metabolism. And mitochondria represent an important target for oxidative damage, which can lead to the death of mitochondria and cell, because damaged mitochondria produce increasingly more (ROS). Produced ROS often activate local pools of redox-sensitive enzymes of protective signaling pathways and may directly influence cell viability. However, there are also enzymatic and non-enzymatic components of the antioxidant mitochondrial system that help in controlling the oxidant-antioxidant system. Moreover, mitochondrial damage and increased level of free radicals might provide one of the important biomarkers for monitoring different disease progression.

Резюме. Стаття присвячена джерелам утворення вільних радикалів у мітохондріях та специфіці мітохондріальних антиоксидантних ензимів. Останні наукові дослідження підтверджують, що окислювальний стрес є причиною багатьох захворювань, зокрема, серцево-судинних, нейродегенеративних, захворювань нирок та печінки, запальних процесів, ракових новоутворень, розвитку цукрового діабету. Мітохондрії, як основні виробники АТФ, і водночас – генератори активних форм кисню (АФК), відіграють вирішальну роль у клітинному метаболізмі. Вони є важливою мішенню окисного пошкодження, яке може призвести до загибелі і мітохондрій, і клітини, оскільки пошкоджені мітохондрії продукуватимуть все більше АФК. Утворені вільні радикали можуть активовувати окислювально-відновні ензими, які беруть участь у захисних сигнальних шляхах, та безпосередньо впливати на життєздатність клітин. Проте мітохондріальна система містить антиоксидантні ензими і неферментативні компоненти з антиоксидантними властивостями, які допомагають контролювати баланс у оксиданта нтиоксидантній системі організму. Окрім того, пошкодження мітохондрій і підвищений рівень вільних радикалів може бути одним із важливих біомаркерів для моніторингу прогресування різних захворювань.