biotechnologia


 
 

Antyoksydanty

Reaktywne formy tlenu i stres oksydacyjny
Wolne rodniki tlenowe to atomy lub cząsteczki posiadające na orbitalu walencyjnym niesparowany elektron. Pojęcie reaktywne formy tlenu (RFT lub ROS – reactive oxygen species) ma szersze znaczenie, obejmuje bowiem tlen singletowy i nadtlenek wodoru. Do najczęściej spotykanych RFT należą wolne rodniki, tj. anionorodnik ponadtlenkowy (O2), rodnik wodoronadtlenkowy (H O2), rodnik hydroksylowy (OH) oraz związki nie będące wolnymi rodnikami w sensie chemicznym, ale wykazujące znaczną aktywność lub też łatwo ulegające przekształceniom w wolne rodniki. Są to: tlen singletowy (O2), ozon (O3) czy nadtlenek wodoru (H2 O2). Aktywne formy tlenu powstają podczas procesów oksydoredukcji (oddychanie, fotosynteza) w normalnie funkcjonujących komórkach bądź też pod wpływem działania czynników bio- lub abiotycznych. Czynnikami zewnętrznymi mogą być: promieniowanie jonizujące, UV, ultradźwięki czy stresy środowiskowe u roślin powodujące tzw. „falę tlenową” (z ang. oxygen burst). Reaktywne formy tlenu poprzez reakcje z różnymi strukturami komórkowymi (białka, błony czy kwasy nukleinowe) wywołują niepożądane, a nawet groźne skutki. Zmiany w białkach, głównie enzymatycznych (modyfikacja aminokwasów, utlenianie grup SH) mogą prowadzić do zaburzeń metabolicznych. Peroksydacja lipidów budujących błony prowadzi do zmian ich przepuszczalności, niestabilności czy zaburzeń w funkcji i transporcie przezbłonowym. Kwasy nukleinowe mogą być atakowane jedynie przez rodnik hydroksylowy, zniszczeniu mogą ulec zasady azotowe a rozerwaniu wiązania fosfodiestrowe.
Stres oksydacyjny to stan braku równowagi pomiędzy wytwarzaniem a neutralizacją RFT, co prowadzi do ich nadmiernej aktywności. Ważnym elementem w walce z nim są antyoksydanty.

Antyoksydanty to związki chemiczne, które już w niewielkich stężeniach bronią przed procesem utleniania bądź opóźniają utlenianie substratów. Termin przeciwutleniacze obejmuje też niektóre półsyntetyczne analogi substancji roślinnych, naturalne ekstrakty roślinne, syntetyczne dodatki do żywności oraz leki.
Ochronę antyoksydacyjną dzielimy na trzy grupy:
1. mechanizmy prewencyjne, czyli pierwsza linia obrony, która zapobiega inicjacji łańcucha wytwarzania wolnych rodników. Należą tu: dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza i peroksydaza glutationowa
2. mechanizmy naprawcze, czyli układ przerywający łańcuch reakcji na poziomie propagacji, zaliczamy do nich: witaminę A, C i E, bilirubinę, glutation, kwas moczowy, karnitynę i flawonoidy
3. mechanizmy usuwające produkty reakcji wolnych rodników poprzez naprawę lub eliminowanie uszkodzonych cząstek. Tak działa np. polimeraza DNA

Związki o charakterze antyoksydacyjnym dzielimy na:
• enzymy: dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza i peroksydaza glutationowa
• substancje nieenzymatyczne: witaminy A, C, E, karotenoidy, polifenole, glutation

Enzymy antyoksydacyjne
Dysmutaza ponadtlenkowa (SOD) ( E.C.1.15.1.1.) katalizuje reakcję dysmutacji anionorodnika ponadtlenkowego:
O2- + O2- + 2H+ → H2O2 + O2

Występują trzy rodzaje dysmutaz: cytoplazmatyczna dysmutaza miedziowo-cynkowa, manganowa dysmutaza obecna w macierzy mitochondrialnej oraz zewnątrzkomórkowa dysmutaza zawierająca również miedź i cynk, ale o innej budowie, niż enzym cytoplazmatyczny.

Katalaza (CAT) (E.C.1.11.1.6.) obecna jest głównie w peroksysomach, mitochondriach, retikulum endoplazmatycznym i cytozolu takich komórek, jak: wątroba, nerki czy szpik. Spotykamy dwa rodzaje katalazy: typowa, cytoplazmatyczna – T oraz atypowa, peroksysomalna – A. Katalizuje reakcje dysproporcjonowania nadtlenku wodoru. W ciągu sekundy może rozłożyć nawet 200 tysięcy cząsteczek tego związku.
2H2O2 → 2H2O + O2

Peroksydaza glutationowa (POX) (E.C.1.11.1.9.) – zawiera selen w swoim centrum aktywnym. Usuwa uszkodzenia DNA wywoływane przez RFT oraz redukuje peroksydację lipidów błon komórkowych. Katalizuje reakcję pomiędzy glutationem a nadtlenkiem wodoru. Wychwytuje nadtlenki organiczne będące produktem peroksydacji lipidów, białek i DNA oraz redukuje je do odpowiednich form alkoholowych.
H2O2 + AH2 → 2H2O + A
Powyższe enzymy stanowią główny układ zabezpieczający komórkę przez aktywnymi formami tlenu i nazywane są „enzymatyczną triadą”.

Nieenzymatyczny układ antyoksydacyjny
Formy drobnocząsteczkowe chronią przed powstawaniem RFT poprzez bezpośrednią reakcję z nimi bądź też z pośrednimi metabolitami reakcji oksydoredukcji. Antyoksydanty są aktywne w fazie hydrofilowej (kwas askorbinowy), jak również hydrofobowej (tokoferole, karotenoidy). Związki fenolowe mogą działać w obu fazach, zależnie od budowy.

Kwas askorbinowy (wit. C) wykazuje wysokie właściwości redukujące w reakcji z anionorodnikiem ponadtlenkowym, nadtlenkiem wodoru, tlenem singletowym, rodnikiem hydroksylowym czy innymi rodnikami nadtlenkowymi. Występuje w owocach i warzywach, tj. czarna porzeczka, kiwi, truskawki czy cytryny.


Rys.1. Wzór strukturalny kwasu askorbinowego

Witamina E stanowi mieszaninę czterech tokoferoli i czterech tokotrienoli, których łańcuch boczny ma trzy wiązania C=C. Pełną aktywność witamina E wykazuje α-tokoferol. Jest wytwarzana tylko w roślinach, zwierzęta i ludzie jej nie syntetyzują. Najbardziej wartościowym naturalnym źródłem tej witaminy jest olej z kiełków pszenicy, zawierają ją też pełne ziarna zbóż (pszenica, kukurydza), orzechy oraz zielone warzywa liściaste: sałata, szpinak i kapusta. Aktywność antyoksydacyjną witaminie E nadaje grupa fenolowa –OH związana z układem pierścieniowym. Boczny łańcuch umożliwia jej „zakotwiczenie” w lipidach. Ze względu na swoje silne właściwości antyoksydacyjne stanowi jeden z głównych związków chroniących nasz organizm przed stresem oksydacyjnym. Uczestniczy w pierwszej linii obrony przed RFT efektywnie wygaszając tlen singletowy. Tym samym nie dochodzi do jego reakcji z resztami wielonienasyconych kwasów tłuszczowych zawartych w fosfolipidach błon komórkowych oraz hamowana jest reakcja peroksydacji lipidów i generowania ich rodników. W drugiej linii obrony witamina E szybko reaguje z wolnymi rodnikami nadtlenkowymi lipidów i unieczynnia je, przerywa jednocześnie ich wytwarzanie i hamuje ciąg wolnorodnikowych reakcji łańcuchowych uszkadzających komórki.


Rys. 2. Wzór strukturalny α-tokoferolu

Karotenoidy maja zdolność wiązania wolnych rodników tlenowych dzięki posiadaniu sprzężonego układu wiązań C=C w łańcuchu bocznym. Aktywnie wygaszają one tlen singletowy i neutralizują wolne rodniki powstające w wyniku peroksydacji lipidów. Najczęściej spotykane karotenoidy to β-karoten w marchwi czy liściach pietruszki oraz likopen obecny w owocach pomidorów. Z jednej cząsteczki β-karotenu powstają dwie cząsteczki retinolu. Ten stanowi najpopularniejszą postać witaminy A. Spotykana jest ona jedynie w produktach pochodzenia zwierzęcego. Najbogatszym jej źródłem jest tran, masło, mleko i pełnotłuste produkty mleczne.


Rys. 3. Wzór strukturalny retinolu

Polifenole są podstawowymi przeciwutleniaczami obecnymi w żywności. Ich działanie polega na wymiataniu wolnych rodników, wiązaniu jonów (metali przejściowych Fe2+ i Cu2+) i zapobieganiu peroksydacji lipidowej. Najistotniejszą grupę stanowią flawonoidy. Do niedawna uważano, że jedynie polifenole rozpuszczalne w wodzie mają właściwości antyoksydacyjne. Wykazano jednak, że nierozpuszczalne polifenole są 15-30 razy bardziej aktywne w zmiataniu wolnych rodników. Istotne znaczenie mają także przeciwutleniacze lipofilne. Wykazują one działanie ochronne w stosunku do lipidów oraz zapobiegają autooksydacji cholesterolu. Utleniony cholesterol jest obecny w produktach żywnościowych pochodzenia zwierzęcego i wykazuje działanie mutagenne, kancerogenne i cytotoksyczne Flawonoidy spotykane są szczególnie w: owocach cytrusowych, winogronach, produktach sojowych i czerwonym winie.

Zaburzenia homeostazy metabolicznej związanej z nadmiernym wytwarzaniem RFT mogą sprzyjać powstawaniu schorzeń degeneracyjnych. Organizm człowieka zdolny jest do syntetyzowania antyoksydantów endogennych, które chronią przed działaniem tych czynników. Również żywność pochodzenia roślinnego stanowi dla człowieka bogate źródło związków o właściwościach przeciwutleniających. Zaliczamy tu przede wszystkim: świeże warzywa i owoce, soki owocowe, czerwone wino czy zieloną herbatę. Przeciwutleniacze stosowane są także jako dodatki do środków spożywczych. Przedłużają ich trwałość poprzez zabezpieczenie przed rozkładem (jełczenie i zmiana barwy spowodowana utlenianiem), wpływają na podniesienie cech sensorycznych czy wartości odżywczych. Wolne rodniki też biorą udział w procesach starzenia się skóry, dlatego powierzchniowe stosowanie antyoksydantów może neutralizować skutki działania tych rodników. Obecnie wiele antyoksydantów ma zastosowanie jako składniki preparatów przeciwzmarszczkowych.


Autor: Karolina Podsiadły


Literatura:
1. Birkner E., Zalejska-Fiolka J., Antoszewski Z.: Aktywność enzymów antyoksydacyjnych i rola witamin o charakterze antyoksydacyjnym w chorobie Alzheimera. Postepy Hig. Med. Dosw (online) 2004, 58: 264-269
2. Gałecka E., Jacewicz R., Mrowiska M., Florkowski A., Gałecki P.: Enzymy antyoksydacyjne – budowa, właściwości i funkcje. Pol. Merk. Lek., 2008, XXV, 147: 266-268
3. Klimczak A., Kubiak K., Malinowska K., Dziki Ł.: Badanie aktywności wybranych enzymów antyoksydacyjnych u chorych na raka jelita grubego. Pol. Merk. Lek., 2009, XXVII, 162: 470-473
4. Leja M., Mareczek A.: Wybrane związki zawarte w roślinach mające wpływ na ich wartość biologiczną. Antyoksydacyjne właściwości roślin. http://fundacja.ogr.ar.krakow.pl/
5. Rutkowski M., Matuszewski T., Kędziora J., Paradowski M., Kłos K., Zakrzewski A.: Witaminy E, A i C jako antyoksydanty. Pol. Merk. Lek., 2010, XXIX, 174: 377-381
6. Wolski T., Kalisz O., Gerkowicz M., Morawski M.: Rola i znaczenie antyoksydantów w medycynie ze szczególnym uwzględnieniem chorób oczu. Postępy Fitoterapii. 2007, 2: 82-90


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

134 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u