۲-۲ مبانی نظری
در این فصل پژوهشگر ابتدا به بررسی و مطالعه مفهوم اساسی که در حوزه پژوهش دارای اهمیت است یعنی اثر یک جلسه تمرین بیهوازی بر اکسیداسیون پروتئین و تشکیل پروتئین کربونیل در زنان فعال پرداخته و سپس پژوهش‌های انجام شده در این مورد را بررسی می‌کند. از آنجایی که اطلاعات در این زمینه اندک است لذا ابتدا در مورد ساختار آن و سپس در مورد سازوکارهای ارائه شده پیشنهادی می‌پردازیم.
۲-۱- ۱ گروه کربونیل
در شیمی آلی گروه کربونیل یک گروه عملکردی متشکل از اتم کربن است که با یک پیوند دوگانه به اتم اکسیژن متصل می‌شود. این گروه کربونیل می‌تواند از انواع: آلدوئید، کتون، اسید کربوکسیلیک، استر و آمید تشکیل شده باشد (۶۸).
۲-۱-۲ ساختار گروه کربونیل
به لحاظ ساختاری گروه‌های کربونیل از اتم کربن، اتم اکسیژن، بنیان R و اتم هیدروژن تشکیل شده‌اند. چگونگی قرار گیری این اتم‌ها در کنار یکدیگر می‌تواند گروه‌های مختلف کتون، اسید، استر و آمید را در بدن در شرائط مختلف بوجود آورد. در واقع گروههایکربونیل روی زنجیره پروتئینهایی تولید میشوند که اکسیده شده‌اند و غالباً به عنوان مارکرهای سیستماتیک فشار اکسایشی موررد استفاده قرار می‌گیرند (۳۴).

جدول۲-١: ساختار گروه کربونیل
۲-۱-۳ واکنش‌پذیری گروه کربونیل
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Carbonylgruppe.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Carbonylgruppe.svgدر گروه کربونیل اتم اکسیژن بسیار بیشتر از اتم کربن به الکترون منفی تمایل دارد بنابراین به صورت یک الکترون‌ربا عمل می‌کند و چگالی الکترونی اتم کربن را به سوی خود می‌کشد، از طرفی اتم کربن الکترون دوست می‌شود و در این حالت بیشتر به مولکول‌های الکترون دوست واکنش نشان می‌دهد (۶۲).

شکل ۲-۱: واکنش‌پذیری گروه کربونیل
۲-۱-۴ پروتئین کربونیل
پروتئین کربونیل توسط انواع مختلفی از مکانیسم‌های اکسیداتیو تشکیل می‌شود و می‌تواند به عنوان شاخصی از آسیب‌های اکسیداتیو مورد استفاده قرار بگیرد. اکسیداسیون پروتئین‌ها سبب پدید آمدن پروتئین کربونیل در مایعات بیولوژیکی از قبیل پلاسما، سرم، مایع مغزی نخاعی، مایع سلولی و دیگر قسمت‌‌هایی که پروتئین قابل حل باشد، می‌شود. تجزیه اکسیداسیونی اسیدهای چرب اشباع نشده نیز میتواند زنجیرهای از واکنشها را آغاز کند که نهایتاً منجر به شکل‌گیری طیفی از گونه‌های کربونیل (سه تا نه کربن در یک رشته) و واکنش‌ پذیرترین نوع آنها یعنی آلدئیدها، آلدئیدهای آلفا و بتای اشباع نشده، دیآلدئیدها و کتوآلدئیدها شود (۸۴). با وجود استفاده گسترده از پروتئینهای کربونیل به عنوان شاخصی از تغییرات اکسیداسیونی پروتئینها، اطلاعات کمی تاکنون درباره مشخصات دقیق این پروتئینها دردسترساست، اما محققان با تکنیکهای جدیدی که اخیرا مورد استفاده قرار داده اند، کربونیله شدن چند پروتئین را توصیف کردهاند (۱۶). به عنوان مثال در رابطه با تمرینات دینامیک، محققان افزایشی را در بیومارکرهای استرس اکسایشی گزارشکردند (۲۵، ۶۱)، اما در رابطه با تمرینات اکسنتریک، عدم تغییر نیز در بیومارکرهای استرس اکسایشی گزارش شده است (۳۱،۴۶،۷۹،۵۴). در مطالعاتی که در رابطه با تمرینات دوی سرعت صورت گرفته است افزایش در پراکسیداسیون چربی (۲۵)، اکسیداسیون پروتئین (۲۵) و آسیب به DNA(25) و همچنین عدم تغییر در اکسایش چربی(۲۳،۲۵)، پروتئین(۲۳) و آسیب به DNA(25) گزارش شده است.
۲-۱-۵ کربونیله شدن پروتئین
کربونیله شدن پروتئین نوعی از اکسیداسیون پروتئین است که می‌تواند به انواع اکسیژن‌های فعال مبدل شود. این مساله غالباً به فرآیندی باز میگردد که در آن انواع کتونها یا آلدئیدهایی که میتوانند با ۲ و ۴ دی نیتروفنیل هیدرازین واکنش نشان دهند، تبدیل به هیدروژنها میشوند. اکسیداسیون زنجیره مولکولهای لیزین، آرژینین، پرولین و بقایای ترئونین، در بین سایر اسیدهایآمینه و هنگام واکنشهای اولیه کربونیزه شدن پروتئین، فرآوردههای پروتئینی مشخصی را تحت عنوان۲ و ۴ دی نیتروفنیل هیدرازین تولید می‌کنند(۲۹، ۵۵). فرآوردههای مشتق شده از۲ و ۴ دی نیتروفنیل هیدرازین علاوه بر این، میتوانند در واکنشهای ثانویه کربونیله شدن پروتئین نیز شکل بگیرند و این از طریق ترکیب آلدئیدها اتفاق میافتد(۴۲،۸۰). تجزیه اکسیداسیونی اسیدهای چرب اشباع نشده میتواند زنجیرهای از واکنشها را آغاز کند که نهایتاً منجر به شکل‌گیری طیفی از گونه‌های کربونیل (سه تا نه کربن در یک رشته) و واکنش‌پذیرترین نوع این آلدئیدها، آلدئیدهای آلفا و بتای اشباع نشده، دیآلدئیدها و کتوآلدئیدها شود (۸۴).
اگرچه بیولوژی تغییرات اکسیداسیون پروتئین پیچیده است و به صورت کامل قابل تعریف نیست و ابهاماتی را در این زمینه باقی میگذارد، اما کربونیله شده پروتئین و واکنشهای شیمیایی که گروه های کربونیل را تولید میکنند، به خوبی مشخص شده است(۸۴).
رشد پادتنهاییکه در مقابل پروتئینهای مشتق شده از۲ و ۴ دی نیتروفنیل هیدرازین فعالیت میکنند، سبب شده است که در مطالعات مربوط به کربونیزه شدن پروتئین، تحولات عمیقی صورت گیرد، تحولاتی که به واسطه استفاده از تکنیکهای ایمنی شناسی صورت گرفته است (۵۷،۵۸). اخیراً شیوه های جدید، باعث پیشرفت‌های سریعی در تجزیه و تحلیل پروتئین‌های کربونیل شده است و این با بهره گرفتن از الکتروفورز دو بعدی ژلاتین انجام میگیرد. چنین دیدگاه دقیقی درباره مطالعه پروتئین‌ها سبب میشود تا پروتئینهای کربونیله شده طیف وسیعی از بیماریها در انسانها، مدلهای حیوانی و حتی مدلهای سلولی شناسایی کند و اطلاعات مهمی را برای زیست شناسان فراهم کند، تا اثر تغییراتی را که توسط پروتئینکربونیل ایجاد می‌شود (به عنوان علت)، به اندازه پیامد (به عنوان معلول) این تغییرات در سطوح سلولی توصیف کنند (۸۴).
باترفیلد^[۶] و همکاران (۲۰۰۶) چنین دیدگاهی را گسترش دادند تا با بهره گرفتن از کشف پروتئینهای کربونیل در بیماریآلزایمر، پروتئینهایی را که به صورت ویژهای اکسیده شده‌اند را شناساییکنند (۲۸،۳۰). حسین، باریو^[۷]و همکاران )۲۰۰۵) از پژوهشهایی پشتیبانی کردند که در آنها پروتئینهای کربونیله شده در بدکارکردی ماهیچههای اسکلتی نقشداشتهاست، مثل مسمومیتها و بیماریهای انسدادی ریه و….. (۱۶). در رابطه با این مساله باریو و حسین (۲۰۱۰) مطالعاتشان را بر پروتئین‌های کربونیله شده در بدکارکردی ماهیچه‌های اسکلتی مورد بازبینی قرار دادند. علاوه بر این باریو و همکاران دادههایشان را بر پروتئینهای کربونیله شده ماهیچههای قلبی و اسکلتیِ موشهای صحرایی ضعیف نیز گزارشکردند (۱۶).
بنابراین کربونیله شدن پروتئین یک نشانه خوب برای فشارهای اکسایشی است. پیشرفتهای اخیر در طیف نمای توده بدنی، پروتئینهایکربونیله شده را در طی مراحل مختلف بیماری نشان می‌دهد. کربونیله شدن پروتئین همچنین ممکن است فرآیندهای سیگنال‌دهیِ ردوکس را میانجیگری کند به گونهای که سبب بیماریزایی شود. بنابراین موسسات و نهادهایی که می‌توانند حالتهای کربونیله شدن پروتئین سلولی را کنترلکنند، باید توسعه یابند تا در جهت رشد راهبردهای درمانی در مقابل بیماریهای مختلف به کارگرفته شوند (۱۳).
۲-۱-۶ مکانسیم تشکیل کربونیل
علاوه بر بیماری‌هایی که سبب تشکیل کربونیل می‌شوند، عوامل فیزیکی دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند بر تولید و تشکیل پروتئین کربونیل اثرگذار باشند. از جمله آنها تمرینات ورزشی است، هنگام فعالیت بدنی شدید، مصرف اکسیژن می‌تواند به بیش از ٢٠ برابر زمان استراحت افزایش یابد. در این زمان مصرف اکسیژن در تارهای عضلانی فعال ممکن است به ٢٠٠ برابر زمان استراحت برسد. تخمین زده شده که از کل جریان الکترون‌ها در طی متابولیسم طبیعی حدود دو تا پنج درصد در تشکیل رادیکال‌های آزاد نقش دارند. بنابراین فعالیت بدنی رادیکال‌های آزاد را افزایش می‌دهد، از طرفی تمریناتی که سبب افزایش نیاز به مصرف ATP می‌شوند، می‌توانند متابولیسم هوازی یا بی‌هوازی را افزایش دهند و منجربه افزایش تشکیل گونه‌های فعال اکسیژن و نیتروژن شوند(۷۴). از طرف دیگر مشخص شده است که تمرینات بی‌هوازی شدید منجر به افزایش تغیرات اکسیداتیو در پروتئین‌ها و چربی‌ها می‌شود(۲۵،۲۶). بنابراین هنگام فعالیت بدنی شدید (چه هوازی، چه بی‌هوازی)، بدن به دلیل افزایش تولید رادیکالهای آزاد، در معرض فشاراکسایشی قرار می‌گیرد که از جمله شاخصهای آن پراکسیداسیون لیپید و اکسیداسیون پروتئین می‌باشد. اکسیداسیون مولکولهای پروتئین می‌تواند منجر به فقدان کارکرد ساختاری و کاتالیتیک در پروتئینهایی شود که تحت تاثیر این فرایند قرار گرفتهاند، بنابراین تشکیل پروتئین کربونیله شده را افزایش می‌دهند (۵۱).
۲-۱-۷ رادیکال‌های آزاد
مهم‌ترین ویژگی ساختاری یک اتم که رفتار شیمیایی آن را تعیین میکند، تعداد الکترون موجود در لایه آخر آن می باشد. اتمهائیکه در لایه بیرونی الکترونهای جفت شده داشته باشند، درحالت پایدار هستند و تمایلی به شرکت در واکنش‌های شیمیایی برای رسیدن به تعادل ندارند. در غیر این صورت اتم به دلیل وجود الکترونهای جفت نشده، ناپایدار بوده و تمایل زیادی به واکنش دارد. رادیکال آزاد اتم یا مولکولی است که در خارجیترین لایه الکترونی خود، یک یا چند الکترون جفت نشده (منفرد) دارد و برای مدت کوتاهی به صورت مستقل عمل می‌کند (موجودیت مستقل) (۳).
با توجه به این پیشزمینه، بهطورخلاصه میتوان گفت رادیکالهای آزاد اتم یا گروهی از اتمها هستند که در خارجیترین لایۀ خود دارای الکترون غیرجفت^[۸] (منفرد) باشند. الکترون منفرد بدین معناست که درآخرین لایۀ اتم تک الکترونی وجود دارد که از ترک یکی از الکترونهای یک جفت الکترون به وجود آمده است. وضعیت غیرجفت الکترون در رادیکال آزاد باعث میشود که آنها وضعیت ناپایداری داشته باشند و بنابراین سعی می‌کنند که با دیگر اتمها و ملکولهای پایدار نزدیک واکنش نشان داده و به پایداری برسند. در این باره اصطلاحاً گفته میشود که رادیکالهای آزاد سعی دارند با حمله به ملکولهای اطراف خود، از آنها الکترون بدزدند (۶).

شکل ۲-۲: رادیکال‌های آزاد
رادیکال آزاد بسیار فعال و واکنش‌پذیر است و انرژی بسیار زیادی برای واکنش با مولکول‌های دیگر و رسیدن به تعادل دارد. رادیکال آزاد در واکنش با مولکولهای دیگر الکترون دریافت میکند و به حالت پایداری می‌رسد ولی در عوض آن مولکول تبدیل به رادیکال می‌شود (۳).
شکل ۲-۳: چگونگی تشکیل رادیکال‌های آزاد
با شکل‌گیری رادیکالهای آزاد و حملۀ آنها به ملکولهای پایدار اطراف خود، زنجیره‌ای از واکنشهای آبشار^[۹] مانند آغاز میشود، زیرا ملکولهایی که مورد حملۀ رادیکالهای آزاد قرار می‌گیرند، خود به یک رادیکال آزاد ثانویه تبدیل میشوند که باید وضعیت ناپایدار خود را جبران کنند.
گاهی اوقات این فرایند بطور کامل ادامۀ مسیر می‌دهد. مقدار تخریبی که این فرایند در بدن ایجاد میکند فشار اکسایشی گفته میشود تنها عاملی که ممکن است موجب توقف این روند شود، سیستم ضداکسایشی^[۱۰] بدن شامل مکانیسمهای آنزیمی و ویتامینی است که با انجام واکنش با این رادیکالها خود به رادیکالهای آزاد ضعیفی تبدیل میشوند که دیگر خاصیت اکسایشی ندارند و بدین ترتیب جلوی ادامۀ واکنشهای زنجیرهای رادیکالهای آزاد را خواهندگرفت (۶). بیشترین اثر تخریبی رادیکالهای آزاد متوجه غشاء سلولی و غشاء ارگانلهای داخل سلولی نظیر غشاء میتوکندری‌هاست غشاءهای بیولوژیکی از محتوای فسفولیپید به همراه نسبت بالایی از اسیدهای چرب غیر اشباع برخوردارند و از اینرو به فشاراکسایشی (اثر تخریبی رادیکال‌های آزاد) بسیار حساسند و بهشدت به واکنشهای زنجیرهای کمک میکنند و نیز می‌توان به تخریب DNA وRNA سلول(به ویژه DNA موجود در میتوکندری)، آنزیمهای پروتئینی فعال و غیر فعال در سلول، پروتئینهای ساختاری و لیزوزومها اشاره کرد (۶).
۲-۱-۸ عواملی که موجب افزایش شکل‌گیری رادیکالهای آزاد میشوند کدامند؟
بسیاری از عوامل محیطی بهعنوان دلایل افزایش شکل‌گیری رادیکالهای آزاد شناخته شدند. از آن جمله میتوان به عوامل حساسیتزایی چون کشیدن سیگار، آلودگی هوا، استرس و فشارهای روانی، حشره کشها، اشعه ماورا بنفش و دیگر تشعشعات یونی، الکل و بسیاری از داروها اشاره کرد. همچنین برخی از فلزات سنگین سمی نظیر سرب و کادمیوم نیز واکنشهای زنجیرهای رادیکالهای آزاد را حتی تا چندین هزار برابر افزایش میدهند، بنابراین یکی از دلایل سمی بودن اینگونه فلزات، رادیکالهای آزاد هستند (۶).
یکی دیگر از مهمترین عواملیکه موجب افزایش شکل‌گیری رادیکالهای آزاد می‌شود، “فعالیتهای بدنی و ورزش” است.
۲-۱-۹ ورزش و رادیکالهای آزاد