Typické modifikace proteinů a postranních řetězců zprostředkované ROS/RNS. Tento obrázek znázorňuje některé hlavní reverzibilní a ireverzibilní modifikace proteinů způsobené ROS/RNS. Horní část ukazuje různé modifikace, kterým mohou některé proteiny podléhat v buňkách vystavených oxidačnímu stresu. Některé z nich jsou reverzibilní oxidační modifikace (zelený rámeček), které mohou být zvráceny buněčným enzymatickým mechanismem (viz text níže); další reverzibilní cestou jsou modifikace buněčnými enzymy, k nimž dochází v reakci na oxidační stres (žlutý rámeček). Tyto modifikace mohou být indukovány přímo ROS/RNS nebo enzymatickými reakcemi v reakci na ROS/RNS nebo posunutý redoxní stav buňky, častým příkladem je tzv. S-glutationylace, vyvolaná především oxidací cysteinových zbytků a zvrácená enzymatickou cestou . Další kategorií je vznik ireverzibilních oxidačních modifikací působením ROS/RNS, které nelze zvrátit buněčnými enzymy (oranžová barva). Takové proteiny jsou obvykle rozpoznány a degradovány specializovanými buněčnými enzymatickými systémy . V dolní části obrázku jsou uvedeny oxidační modifikace proteinů klasifikované podle obecných principů nebo specifických reakcí postranních řetězců aminokyselin. Reverzibilní modifikace se vyskytují hlavně u zbytků cysteinu a methioninu, což jsou jediné dvě aminokyseliny, které mohou být redukovány/opraveny buněčným antioxidačním enzymatickým mechanismem. Methioninsulfoxid (MetSO) může být redukován methioninsulfoxidreduktázami Msr-A (specifickou pro S-stereoizomer) a Msr-B (specifickou pro R-stereoizomer MetSO); obě (Msr-A/B) využívají jako redukční prvky thioredoxin (Th-(SH)2); poté je Th-(S-S) opět redukován na Thr-(SH)2 enzymem thioredoxinreduktázou náročnou na NADPH. Dalším aminokyselinovým zbytkem velmi citlivým na ROS/RNS je cystein. Jeho oxidace způsobuje v bílkovinách vnitro- nebo mezimolekulární příčné vazby (disulfidy). Podobně jako MetSO může být cystein redukován thioltransferázami, které využívají buď glutathion (GSH), nebo redukovaný thioredoxin (Th-(SH)2) k redukci disulfidu (-S-S-) na dvě samostatné skupiny -SH (sulfhydryly). Z různých fází oxidace cysteinu je reverzibilní pouze tvorba cysteinového radikálu (protein-Cys-S-) a oxidace na kyselinu sulfinovou (protein-Cys-SOH), zatímco oxidace na kyselinu sulfinovou a sulfonovou je ireverzibilní, a to i přes jedinou známou a vysoce specializovanou výjimku: sulfiredoxin je skutečně schopen redukovat kyselinu sulfinovou (protein-Cys-SO2H) v peroxiredoxinech v reakci náročné na ATP . Ztráta SH-skupin může mít za následek nesprávné skládání/rozkládání proteinů, inaktivaci (katalytického centra), snížení antioxidační kapacity a také ztrátu specifických funkcí. Varianty ireverzibilních modifikací proteinů vysoce převyšují ty reverzibilní a mají společné to, že je nelze opravit/redukovat antioxidačním mechanismem buňky. Tyto obecné modifikace (levé pole popisu ve spodní části tohoto obrázku) mohou být vyvolány útoky vysoce reaktivních radikálů, jako je hydroxyl, které jsou schopny vyvolat fragmentaci proteinu, přičemž se zdá, že hlavní roli hraje útok na glycin, stejně jako na prolin, histidin a lysin ; histidin je navíc důležitý při tvorbě kovalentních příčných vazeb. Dalšími ději jsou de- a transaminace (zbytků glutaminu a asparaginu), které dokonce mohou probíhat spontánně a nemusí být zprostředkovány/vyvolány ROS/RNS . Dále byla prokázána tvorba tzv. pokročilých koncových produktů glykace (AGE): Nε-karboxymethyllysinu (CML) a Nε-karboxyethyllysinu (CEL), jakož i různých dimerů glyoxal-lysinu (GOLD) a dimerů methylglyoxal-lysinu (MOLD) nebo pentosidinu . Tyto AGE jsou produkty cukrů a bílkovin a vytvářejí glykované bílkoviny, které mohou vznikat také z methylglyoxalu, silného glykačního činidla odvozeného od trióz. Velmi náchylné k oxidačním modifikacím jsou také lipidy v buňce. Po poškození zprostředkovaném ROS/RNS vznikají mimo jiné vysoce reaktivní aldehydy, které jsou schopny reagovat s proteiny. Hlavními reaktivními aldehydy jsou 4-hydroxy-2,3-nonenal (HNE, jeden z nejhojnějších produktů peroxidace lipidů, bifunkční aldehyd, který je schopen kovalentně zesíťovat proteiny reakcí s cysteinem, lysinem nebo histidinem, následovanou reakcí s lysinovým zbytkem jiného proteinu) , 4-hydroxyhexenal (HHE), malondialdehyd (MDA, tvoří Nε-malondialdehydelysin se zbytky lysinu nebo fluorescenční adukt 1,4-dihydropyridin-3,5-dikarbaldehyd) . Aldehydy glyoxal a akrolein reagují především s lysinem, argininem a histidinem. Konečné produkty uvedených reakcí se v literatuře označují jako „konečné produkty pokročilé peroxidace lipidů“ (ALE). Typickým krokem při fragmentaci páteře bílkovin je vznik alkoxylového radikálu uvnitř bílkoviny, který se může rozpadat buď tzv. diamidovou, nebo α-aminizační cestou . Ireverzibilní oxidační modifikace konkrétních zbytků vykazují velkou rozmanitost, ale v biologických systémech lze nalézt několik převládajících modifikací, z nichž některé jsou uvedeny v pravém popisném poli spodní části tohoto obrázku. V buňkách je tvorba 3-nitrotyrosinu především náznakem přítomnosti peroxynitritu (ONOO-), a proto se imunochemická detekce 3-nitrotyrosinu stala kvantitativním a kvalitativním markerem oxidace proteinů zprostředkované ONOO- . Dityrosiny vznikají převážně reakcí dvou tyrosylových radikálů . Ty mohou vznikat reakcí postranních řetězců tyrosinu s hydroxylovými radikály, chlornanem nebo peroxynitritem . Dále hraje významnou roli hydroxylace fenylalaninu, tyrosinu a tryptofanu zprostředkovaná hydroxylovými radikály a srovnatelné reakce histidinu za vzniku 2-oxohistidinu . Karbonyly bílkovin jsou nejrozšířenější oxidační modifikací bílkovin – rychlost jejich tvorby je přibližně 10krát vyšší než u jakékoli jiné oxidační modifikace bílkovin. Karbonyly bílkovin vznikají především oxidací postranních řetězců valinu, leucinu, isoleucinu, lysinu, glutaminu, argininu a prolinu. Vzhledem k jejich vysokému výskytu a zavedení snadno ovladatelných metod jsou proteinové karbonyly nejčastěji používaným kvantitativním markerem oxidativní modifikace proteinů. (Pro interpretaci odkazů na barvu v legendě tohoto obrázku je čtenář odkázán na webovou verzi tohoto článku)

.