Typiske ROS/RNS-medierede protein- og sidekædemodifikationer. Denne figur skildrer nogle af de vigtigste reversible og irreversible proteinmodifikationer forårsaget af ROS/RNS. Den øverste del viser forskellige modifikationer, som nogle proteiner kan undergå i celler, der udsættes for oxidativ stress. Nogle af dem er reversible oxidative modifikationer (grøn boks), som kan vendes af det cellulære enzymatiske maskineri (se teksten nedenfor); en anden reversibel vej er modifikation ved cellulære enzymer, som sker som reaktion på oxidativ stress (gul boks). Disse modifikationer kan induceres direkte af ROS/RNS eller af enzymatiske reaktioner som reaktion på ROS/RNS eller en ændret redoxtilstand i cellen; et almindeligt eksempel herpå er den såkaldte S-glutathionylering, der hovedsagelig induceres af oxidation af cysteinrester og omvendes på enzymatisk vis . En anden kategori er dannelsen af irreversible oxidative modifikationer ved ROS/RNS, som ikke kan reverseres af cellulære enzymer (orange). Sådanne proteiner genkendes og nedbrydes normalt af specialiserede cellulære enzymatiske systemer . Den nederste del af figuren indeholder en liste over oxidativ proteinmodifikation, klassificeret efter generelle principper eller specifikke aminosyresidekædereaktioner. Reversible modifikationer findes hovedsagelig i cystein- og methioninrester, som er de eneste to aminosyrer, der kan reduceres/repareres af det cellulære antioxidative enzymatiske maskineri. Methioninsulfoxid (MetSO) kan reduceres af methioninsulfoxidreduktaserne Msr-A (specifik for S-stereoisomeren) og Msr-B (specifik for R-stereoisomeren af MetSO); begge (Msr-A/B) bruger thioredoxin (Th-(SH)2) som reducerende elementer; herefter reduceres Th-(S-S) til Thr-(SH)2 igen af enzymet thioredoxinreduktase på en NADPH-forbrugende måde. Den anden aminosyrerest, der er meget modtagelig for ROS/RNS, er cystein. Oxidation heraf forårsager intra- eller intermolekylære krydsforbindelser (disulfider) i proteiner. I lighed med MetSO kan cystein reduceres af thioltransferaser, der bruger enten glutathion (GSH) eller reduceret thioredoxin (Th-(SH)2) til at reducere et disulfid (-S-S-) til to separate -SH-grupper (sulfhydrider). Af de forskellige stadier af cysteinoxidationen er kun dannelsen af cysteinylradikalet (protein-Cys-S-) og oxidationen til sulfensyre (protein-Cys-SOH) reversibel, mens oxidationen til sulfin- og sulfonsyre er irreversibel, på trods af en enkelt kendt og højt specialiseret undtagelse: sulfiredoxin er faktisk i stand til at reducere sulfinsyre (protein-Cys-SO2H) i peroxiredoxiner i en ATP-forbrugende reaktion . Et tab af SH-grupper kan resultere i proteinfejl-/udfoldning, inaktivering (katalytisk center), nedsat antioxidativ kapacitet samt tab af specifikke funktioner. Variationen af irreversible proteinmodifikationer er langt større end de reversible og har det til fælles, at de ikke kan repareres/reduceres af cellens antioxidative maskineri. Sådanne generelle modifikationer (venstre beskrivelsesfelt i den nederste del af figuren) kan fremkaldes af angreb fra stærkt reaktive radikaler som f.eks. hydroxyl, der kan fremkalde fragmentering af proteinet, mens angreb på glycin synes at spille en vigtig rolle, ligesom angreb på prolin, histidin og lysin; desuden er histidin vigtigt for dannelsen af kovalente tværbindinger . Andre begivenheder er de- og transaminering (af glutamin- og asparaginrester), som endda kan ske spontant og ikke behøver at være medieret/induceret af ROS/RNS . Endvidere er det påvist, at der dannes såkaldte avancerede glycation end products (AGE’er): Nε-carboxymethyllysin (CML) og Nε-carboxyethyllysin (CEL) samt forskellige glyoxal-lysin-dimere (GOLD) og methylglyoxal-lysin-dimere (MOLD) eller pentosidin . Disse AGE’er er produkter af sukkerstoffer og proteiner, der danner glykerede proteiner, som også kan forekomme fra methylglyoxal, et kraftigt glykerende middel, der er afledt af trioser. Lipiderne i en celle er også meget udsatte for oxidative modifikationer. Efter ROS/RNS-medierede skader dannes der bl.a. meget reaktive aldehyder, som kan reagere med proteiner. De vigtigste reaktive aldehyder er 4-hydroxy-2,3-nonenal (HNE), et af de hyppigst forekommende produkter af lipidperoxidation, en bifunktionel aldehyd, der er i stand til kovalent at krydsbinde proteiner via reaktion med enten cystein, lysin eller histidin, efterfulgt af en reaktion med en lysinrest i et andet protein) , 4-hydroxyhexenal (HHE), malondialdehyd (MDA, danner Nε-malondialdehyddelysin med lysinrester eller det fluorescerende addukt 1,4-dihydropyridin-3,5-dicarbaldehyd) . Aldehyderne glyoxal og acrolein reagerer hovedsagelig med lysin, arginin og histidin. De pågældende slutprodukter af de nævnte reaktioner betegnes i litteraturen som “avancerede lipidperoxidations slutprodukter” (ALE’er). Et typisk trin i fragmenteringen af proteinets rygsøjle er dannelsen af et alkoxylradikal i proteinet, som kan henfalde enten via den såkaldte diamid- eller α-amineringsvej . De irreversible oxidative modifikationer af specifikke rester viser en stor variation, men i biologiske systemer findes der flere fremherskende modifikationer, hvoraf nogle er anført i det højre beskrivelsesfelt i den nederste del af denne figur. I celler er dannelsen af 3-nitrotyrosin hovedsagelig et tegn på tilstedeværelsen af peroxynitrit (ONOO-), og således er den immunokemiske påvisning af 3-nitrotyrosin blevet en kvantitativ og kvalitativ markør for ONOO-medieret proteinoxidation . Dityrosiner dannes hovedsagelig via reaktionen mellem to tyrosylradikaler . De kan dannes ved reaktion af tyrosinsidekæder med hydroxylradikaler, hypoklorit eller peroxynitrit . Desuden spiller hydroxylradikalformet hydroxylering af phenylalanin, tyrosin og tryptofan en vigtig rolle, ligesom tilsvarende reaktioner af histidin, hvor der dannes 2-oxohistidin . Proteinkarbonyler er den hyppigste oxidative proteinmodifikation – deres dannelseshastighed er ca. 10 gange højere end for enhver anden oxidativ proteinmodifikation. Proteinkarbonyler dannes hovedsagelig ved oxidation af valin-, leucin-, isoleucin-, lysin-, glutamin-, arginin- og prolin-sidekæderne. På grund af deres store hyppighed og de let håndterbare metoder er proteinkarbonyler den hyppigst anvendte kvantitative markør for oxidativ proteinmodificering. (For fortolkning af henvisningerne til farver i denne figurlegende henvises læseren til web-versionen af denne artikel.)