Reaktive Sauerstoffspezies

Reaktive Sauerstoffspezies (englisch reactive oxygen species, ROS) – auch oft ungenau als „Sauerstoffradikale“ bezeichnet – sind im biologischen Kontext für den Organismus möglicherweise schädliche Formen des Sauerstoffs, die bei oxidativem Stress und damit bei verschiedensten Erkrankungen sowie beim Altern eine pathophysiologische Rolle spielen. Reaktive Sauerstoffspezies bewirken bei Proteinen Proteinoxidation und bei Lipiden Lipidperoxidation.

Zu den ROS gehören zum einen Radikale wie das Hyperoxid-Anion (alte Bezeichnung: Superoxid-Anion) O₂·⁻, das hochreaktive Hydroxyl-Radikal OH·, das Peroxylradikal ROO· und das Alkoxylradikal RO· von Lipiden, zum anderen stabile molekulare Oxidantien wie Wasserstoffperoxid H₂O₂, Hydroperoxid ROOH, Ozon O₃ und das Hypochlorit-Anion OCl⁻ sowie angeregte Sauerstoffmoleküle (Singulett-Sauerstoff ¹O₂).

Die ROS in einer Übersicht:

Formelzeichen	Bezeichnung	Anmerkung
O2·−	Hyperoxid-Anion	freies Radikal, sekundärer Botenstoff, alte Bezeichnung: Superoxid-Anion
HO·	Hydroxyl-Radikal	freies Radikal, hochreaktiv
HOO·	Hydroperoxyl-Radikal	freies Radikal
ROO·	Peroxylradikal	freies Radikal
RO·	Alkoxylradikal	freies Radikal, bei Lipiden
H2O2	Wasserstoffperoxid	Edukt zur Bildung anderer ROS, sekundärer Botenstoff
ROOH	Hydroperoxid
O3	Ozon
OCl−	Hypochlorit-Anion
1O2	Singulett-Sauerstoff	angeregtes Sauerstoffmolekül

Im Organismus entstehen reaktive Sauerstoffspezies in den Mitochondrien als Nebenprodukt der Zellatmung (durch Monoaminooxidasen und im Rahmen der Atmungskette an Komplex I und an Komplex III), aber auch durch Entzündungszellen, um so Viren und Bakterien zu schädigen. ROS (vor allem Wasserstoffperoxid und Stickstoffmonoxid) kommen auch bei der pflanzlichen Abwehr von Pathogenen zum Einsatz.

Umweltgifte und Zigarettenrauch sind weitere bedeutende Quellen für reaktive Sauerstoffspezies.

Durch die Reaktion des Hyperoxid-Anions O₂·⁻ mit Stickstoffmonoxid NO· entsteht zudem Peroxynitrit ONOO⁻, das mit Stickstoffmonoxid zusammen als Reaktive Stickstoffspezies (RNS) bezeichnet wird und eine ebenfalls hochreaktive Verbindung darstellt (allerdings kein freies Radikal ist). ROS und RNS sind somit wichtige Oxidantien, denen im Körper die Antioxidantien entgegenwirken.

Neuere Studien schreiben ROS wie dem Hyperoxid und dem Wasserstoffperoxid neben der Generierung oxidativen Stresses eine wichtige Signalfunktion z. B. im Gehirn bei der Signalübertragung, der synaptischen Plastizität und der Gedächtnisbildung zu. Sie wirken dort zudem stark vasodilatierend (gefäßerweiternd) und scheinen daher wichtig für die Steigerung des zerebralen Blutflusses und des zerebrovaskulären Tonus zu sein. Des Weiteren beeinflussen sie über den Wnt-Signalweg Wachstum und Teilung von Zellen bei der Regeneration abgetrennter Schwänze von Kaulquappen und Echsen.

Die Bildung von reaktiven Sauerstoffmetaboliten durch die Monoaminooxidasen (MAO) können durch MAO-Hemmer wie die Antiparkinsonmedikamente Selegilin oder Rasagilin unterbunden werden. Diese Medikamente wirken somit neuroprotektiv.