Visok nivo ugljen-dioksida (CO₂) u atmosferi može da promeni ne samo klimu naše planete već i funkcionisanje naših ćelija. Gas stupa u interakciju sa vodonik-peroksidom (H₂O₂), koji obavlja različite funkcije u ljudskom telu, stvarajući snažan oksidant koji se zove peroksimonokarbonat.
„Sve više i više dokaza se pojavljuje da je peroksimonokarbonat važan u adaptivnim odgovorima obe ćelije putem redoks signalizacije i u ćelijskoj disfunkciji. Takođe postoje epidemiološki dokazi da su nivoi CO₂ u našim gradovima blizu dostizanja izazivaju brojne fiziološke probleme. I mehanizmi koji leže u osnovi toksičnosti CO₂ su slabo shvaćeni“, rekao je Ohara Augusto, redovni profesor na Institutu za hemiju Univerziteta Sao Paulo (IK-USP) u Brazilu.
Studija, koju je vodio Augusto i objavljena u časopisu Hemijska istraživanja u toksikologiji, opisuje novi metod detekcije peroksimonokarbonata u ćelijama na osnovu upotrebe fluorescentnih molekularnih sondi. Ovo je prvi put da je supstanca otkrivena u ćelijama. Studija je sprovedena pod pokroviteljstvom Centra za istraživanje redoks procesa u biomedicini (Redokome).
„Ovo istraživanje je važno i zato što je proizvelo metod koji pokazuje da se peroksimonokarbonat proizvodi pod određenim uslovima, uključujući ćelijske uslove, i zato što je pokrenulo ovo kao temu za diskusiju, što je blagodat s obzirom na oskudnu pažnju koja se posvećuje CO₂ u redoks polje“, rekao je Augusto.
Da bi otkrili peroksimonokarbonat, istraživači su merili fluorescenciju iz boronatnih sondi. Oni su prvo konstruisali enzimsku reakciju koja je proizvela stabilne fiziološke koncentracije vodonik peroksida i izmerila fluorescenciju boronatne sonde u prisustvu i odsustvu CO₂.
Boronati se koriste za detekciju vodonik peroksida, peroksinitrita, hipohlorne kiseline i peroksimonokarbonata, između ostalih supstanci, koje reaguju sa njima različitim brzinama i intenzitetom, omogućavajući identifikaciju ovih oksidanata.
U studiji, makrofagi su aktivirani da generišu vodonik peroksid. Makrofagi su ćelije imunog sistema koje stvaraju različite oksidante, u zavisnosti od vrste aktivacije.
Istraživači su sproveli nekoliko kontrolnih eksperimenata i zaključili da ćelije nisu generisale peroksinitrit ili hipohlornu kiselinu, ali jesu stvarale peroksimonokarbonat u prisustvu CO₂.
„Ovo je relativno jednostavan metod za detekciju peroksimonokarbonata u fiziološkim koncentracijama vodonik-peroksida i CO₂. Nekada je to bilo nemoguće, ali istraživači sada mogu zaključiti da neki efekti uočeni u ćelijama, kao što je veća oksidacija određenih proteina ili ćelijski odgovori, mogu biti zbog peroksimonokarbonata, i oni će moći da testiraju ovaj nalaz“, rekao je Augusto.
Iako je peroksimonokarbonat poznat hemičarima od 1960-ih i ima tehnološku primenu kao dezinfekciono sredstvo i izbeljivač, na primer, njegovo prisustvo u ćelijama se smatralo nemogućim zbog niskih koncentracija njegovih prekursora i sporog stepena formiranja. Prema Augustu, istraživanje peroksimonokarbonata u biološkim sistemima počelo je u prvoj deceniji milenijuma, u početku sa fokusom na oksidativno oštećenje.
Redok signalizacija je adaptivni odgovor. „Kada se stres blago poveća, ćelija se prilagođava. Formiranje oksidanata, na primer, može dovesti do ekspresije gena za antioksidativne enzime, reagujući na oksidativni stres u ovom slučaju. Štaviše, mnogi putevi koji dovode do ćelijskih odgovora uključuju proteine tiola, koji peroksimonokarbonat oksidira brže od vodonik-peroksida“, rekao je Augusto, dodajući da se nepovratno oštećenje ćelija dešava samo kada je formiranje oksidansa veoma značajno.
Ugljen-dioksid je prekursor peroksimonokarbonata, kao i vodonik-peroksid. CO₂ je prirodno prisutan u atmosferi i ljudskom telu. Ljudi u proseku izdišu oko 1,0 kg CO₂ dnevno kao proizvod svog metabolizma.
Sa redoks tačke gledišta, CO₂ modulira reaktivnost vodonik peroksida i peroksinitrita, dva važna metabolita molekularnog kiseonika. Takođe menja ekspresiju gena, uključujući ekspresiju gena uključenih u upalu. Takođe je uključen u nitraciju proteina preko peroksinitrita i u karbamilaciju proteina, još jednu post-translacionu modifikaciju koja može da promeni biološku funkciju proteina.
Iako je potrebno više dokaza o njegovoj ulozi biološkog oksidansa, čini se da je peroksimonokarbonat jedan od mogućih posrednika štetnih efekata povećanog nivoa CO₂ u našim telima. Štaviše, CO₂ takođe deluje kroz ne-redoks mehanizme, primetio je Augusto.
