Post on 05-Nov-2021
Reaktywne formy tlenu
Zakład Chemii Medycznej
Pomorski Uniwersytet Medyczny
Tlen – pierwiastek chorób i śmierci Negatywne działanie tlenu na organizm ludzki:
zwłóknienie pozasoczewkowe prowadzące do ślepoty u niemowląt: zwężenie naczyń krwionośnych oka obumarcie naczyń doprowadzających krew do siatkówki wykształcenie się nowych naczyń krwionośnych wrastanie w ciało szkliste oka odrywanie się siatkówki
uszkodzenie płuc prowadzące do ich zwłóknienia: uszkodzenie pęcherzyków płuc i ich obrzęk obumieranie nabłonka wyściełającego pęcherzyki płucne wzmożenie wytwarzania kolagenu zwłóknienie płuc
głuchota w następstwie krwotoków do ucha wewnętrznego
uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego
2
Tlen – pierwiastek chorób i śmierci
Negatywne działanie na rośliny: hamuje rozwój chloroplastów,
zmniejsza żywotność nasion
zmniejsza rozwój korzeni
stymuluje opadanie liści
zwiększa częstość wystąpienia anomalii wzrostu
3
Tlen –zastosowanie w lecznictwie
w zatruciu tlenkiem węgla
w niedotlenieniu tkanek
leczenie zgorzeli gazowej (zakażenie wywołane
w większości przez bakterię Clostridium perfringens)
w terapii nowotworów
stwardnienia rozsianym
w niektórych chorobach płuc
4
Terapia tlenem hiperbarycznym
zwiększa dopływ tlenu do uszkodzonego obszaru,
poprawia ukrwienie w obszarze uszkodzonym poprzez zwężenie naczyń centralnych, a zwiększenie przepływu przez tkanki uszkodzone
zmniejsza obrzęk uszkodzonych tkanek,
hamuje namnażanie się bakterii i zwiększa skuteczność antybiotykoterapii,
aktywuje neoangiogenezę,
powoduje proliferację fibroblastów i zwiększenie produkcji kolagenu,
powoduje wzrost zależnej od granulocytów obojętnochłonnych aktywności przeciwbakteryjnej,
zwiększa aktywność osteoblastów i osteoklastów,
zmniejsza okres półtrwania karboksyhemoglobiny,
powoduje zmniejszenie objętości pęcherzyków gazu we krwi
5
tlen trypletowy – możliwe są trzy orientacje względem zewnętrznego pola magnetycznego tym ustawieniom odpowiadają trzy różne poziomy
energetyczne cząsteczki względnie stabilny chemicznie
tlen singletowy – wszystkie elektrony cząsteczki mają
sparowane spiny wypadkowy spin jest równy zero bardziej reaktywny
Wzbudzenie trypletowej cząsteczki tlenu do stanu
singletowego: pochłonięcie kwantu promieniowania nadfioletowego
(i promieniowania o mniejszej długości fali – większej energii)
niektóre reakcje chemiczne
FORMY WYSTĘPOWANIA TLENU:
rozkład elektronów na orbitalach
tlen trypletowy 3 O 2 p *2p
tlen singletowy 1 O
2 p *2p
Wolne rodniki tlenowe
Wolne rodniki:
na ogół są bardzo reaktywne dążą do sparowania elektronów
poprzez pozbycie się nadmiarowego elektronu przyłączenie elektronu od innej cząsteczki
zazwyczaj szybko wchodzą w reakcje z wieloma
różnymi cząsteczkami
7
WOLNY RODNIK - jest to atom (lub cząsteczka) zdolny
do samodzielnego istnienia, mający jeden lub więcej
niesparowanych elektronów (na orbicie walencyjnej).
Tlen może ulegać pełnej, czteroelektronowej redukcji:
8
O2 + 4e- + 4 H+ 2 H2O
O2 + e- O2-. anionorodnik ponadtlenkowy
O2 + 2e- +H+ H2O2 nadtlenek wodoru
O2-. + e- + H+
O2 + 3e- +H+ .OH rodnik hydroksylowy
Reakcje wolnorodnikowe
Inicjacja zachodzi w wyniku: radiolizy - rozpad cząsteczek wody i substancji w niej
rozpuszczonych pod wpływem promieniowania jonizującego
fotolizy - działanie promieniowania świetlnego prowadzące do wzbudzenia, jonizacji lub rozpadu cząsteczek
sonolizy związków organicznych – działanie ultradźwiękami na roztwory wodne, prowadzące do powstawania w nich reaktywnych form tlenu
jednoelektronowych reakcji redoks homolizy – rozpad cząstek inicjatorów
9
Reakcje wolnorodnikowe
Propagacja polega na zmianie nosicieli niesparowanych
elektronów, przy nie ulegającej zmianie całkowitej liczbie
wolnych rodników.
Q* + RH → QH + R*
H2*C-CH2OH
H3C-CH2OH + *OH → H3C-*CHOH + H2O
H3C-CH2O*
10
przeniesienie atomów lub grupy atomów
Reakcje wolnorodnikowe
Propagacja
11
addycja – przyłączenie się wolnego rodnika do cząsteczki
Q
I
Q* + R – C = C – R1 R – C* – C – R1 I I I I
H H H H
b- eliminacja - rozerwanie wiązania w położeniu b względem niesparowanego elektronu w stabilnej cząsteczce przekształconej w wolny rodnik
R – C – C* R* + C = C
Reakcje wolnorodnikowe
Propagacja
12
jednoelektronowe reakcje redoks
R* + Q R + Q*
przegrupowania wewnątrzcząsteczkowe
(Ar)3C – *CH2 (Ar)2C* – CH2 – Ar
Reakcje wolnorodnikowe
Terminacja – reakcja między dwoma wolnymi rodnikami, kończąca proces prolongacji
13
R1* + R2
* R1 – R2
Naturalne (komórkowe) źródła wolnych rodników
lizosom mieloperoksydaza
mitochondria
system transportu elektronów
cytoplazma oksydaza ksantynowa, ryboflawina, aminy katecholowe,
hemoglobina
retikulum endoplazmatyczne oksydaza transportująca elektrony cytochrom P-450
błona komórkowa
lipoksydazy, syntaza prostaglandynowa, oksydaza błonowa NADPH
14
Pozakomórkowe źródła wolnych rodników
Promieniowanie: ultrafioletowe, jonizujące
Warunki związane ze zmienną ilością tlenu atmosferycznego: komory hiperbaryczne stany zubożenia tlenowego
Zanieczyszczenia powietrza np.:
ozon, dwutlenek siarki, tlenki azotu, dym tytoniowy
Środki spożywcze skażone np. pestycydami, insektycydami, konserwantami
Niektóre leki i chemikalia tworzące rodniki w przemianach enzymatycznych np.:
paracetamol, cytostatyki z grupy antracyklin: adriamycyna, daunorubina
Czynniki wywołujące stres fizyczny i psychiczny
Ksenobiotyki środowiska domowego – kosmetyki, barwniki tekstylne, materiały
izolacyjne i uszczelniające, rozpuszczalniki, środki ochrony drewna
15
16
Anionorodnik ponadtlenkowy
O2-. anionorodnik ponadtlenkowy
HO2
. rodnik wodoronadtlenkowy (postać uprotonowana) Reakcja dysproporcjonowania O2
-* + O2-*
HO2
*+ HO2* H2O2 + O2
HO2
* + O2-*
W roztworach wodnych znajduje się w równowadze ze swą uprotonowaną formą, rodnikiem wodoronadtlenkowym. W pH=7,4 ok. 0,2% anionorodników ponadtlenkowych jest w formie uprotonowanej, łatwiej przenikającej przez błony niż obdarzony ładunkiem anionorodnik ponadtlenkowy.
17
Anionorodnik ponadtlenkowy podobieństwa i różnice
O2-* HO2
*
reaktywność dość duża stabilny reaktywność z anionami trudna łatwa przechodzenie przez błony trudno łatwo inicjacja peroksydacji lipidów nie zachodzi łatwo
anionorodnik rodnik ponadtlenkowy wodoronadtlenkowy
Nadtlenek wodoru – nie jest wolnym rodnikiem!
ulega reakcji dysproporcjonowania:
H2O2 + H2O2 2 H2O + O2
utlenia grupy tiolowe, indolowe, fenolowe i tioestrowe
łatwo przenika przez błony komórkowe
utlenia jony metali przejściowych Fe+2 + H2O2 OH* + OH- + Fe+3 Cu+1 + H2O2 OH* + OH- + Cu+2
Rodnik hydroksylowy
19
jeden z najsilniejszych utleniaczy niska bariera energetyczna mała specyficzność reakcji główne reakcje:
oderwanie atomu wodoru od alkanów H2C
* – CH2OH H3C – CH2OH + *OH H3C – *CHOH + H2O H3C – CH2O
* addycja do podwójnego wiązania (np. kwasu oleinowego) H3C – (CH2)7 – HC = CH – (CH2)7COOH + *OH
H3C – (CH2)7 – HC* – CH – (CH2)7COOH
OH
Inne aktywne formy tlenu
alotropowa odmiana tlenu – ozon O3 – występuje w atmosferze,
pochłania promieniowanie ultrafioletowe, jest silną trucizną
tlenek azotu NO powstaje w komórkach, w reakcjach z udziałem
syntazy tlenku azotu (NOS), w dymie tytoniowym utlenia się do *NO2 ,
uczestniczy w powstawaniu rodników węglowych i ROO*
1O2 - tlen w stanie wzbudzenia, powstaje z rozpadu nadtlenków, pod
wpływem światła, utlenia cholesterol, uszkadza aminokwasy: histydynę,
metioninę, tyrozynę, cysteinę, ulega reakcji addycji do alkenów i
wielonienasyconych kwasów tłuszczowych tworząc nadtlenki
kwas nadtlenoazotawy HONO2 - w reakcjach katalizowanych przez
jony metali reaguje z grupami –SH białek, jest dawca grupy -NO2 w
reakcji nitrowania nienasyconych kwasów tłuszczowych
kwas podchlorawy HOCl – wytwarzany głównie przez granulocyty
obojętnochłonne w reakcji katalizowanej przez MPO, utlenia grupy tiolowe
(–SH) białek i GSH (zredukowany glutation)
20
Tlenek azotu NO*
połączenie: atomu tlenu z ośmioma elektronami atomu azotu z siedmioma elektronami
reaguje z białkami:
zawierającymi centra żelazowo-siarkowe, jony metali przejściowych grupy hemowe
nietrwały w obecności tlenu 2NO* + O2 2NO2
*
w organizmie powstaje przy udziale enzymów - syntaz NO
21
Ditlenek azotu NO2*
2NO* + O2 2NO2*
reaguje ze związkami nienasyconymi (np. lipidami) tworząc wolne rodniki, z elektronem na atomie węgla
H H H H
NO2* + R – C = C – R1 R – C – C* –R1
NO2
rodniki organiczne powstające w reakcjach z tlenem:
rodniki nadtlenkowe ROO*
rodniki alkoksylowe RO* (+ NO2)
w wodzie dysproporcjonowanie:
2NO2* + H2O NO2
- + NO3- + 2H+
22
Nadtlenoazotyn – nie jest wolnym rodnikiem!!!
Tlenek azotu reaguje z anionorodnikiem ponadtlenkowym:
NO* + O2-* ONOO-
krótki czas półtrwania – 1s
silne właściwości utleniające
reaguje z grupami tiolowymi białek
reaguje z wielonienasyconymi kwasami tłuszczowymi
nitruje reszty tyrozylowe białek (katalizatory reakcji - jony metali przejściowych)
hamuje działanie oksydazy cytochromowej i innych elementów łańcucha oddechowego
reaguje z anionem HCO3- tworząc rodnik wodorowęglanowy HCO3
-*
23
Efekt działania reaktywnych form tlenu na komórki
24
utlenianie związków niskocząsteczkowych degradacja kolagenu utlenianie hemoglobiny inaktywacja enzymów i białek transportowych pęknięcia nici DNA, uszkodzenia zasad DNA, degradacja rybozy
G.Bartosz, „Druga twarz tlenu” uszkodzenia chromosomów peroksydacja lipidów błon modyfikacja właściwości antygenowych komórki zaburzenia struktury cytoszkieletu transformacja nowotworowa komórek powstawanie mutacji liza erytrocytów
G.B
art
osz:”
Dru
ga tw
arz
tle
nu”
Efekt działania reaktywnych form tlenu na organizm
choroba niedokrwienna serca, zawał mięśnia sercowego
miażdżyca,
choroby z autoagresji:
reumatoidalne zapalenie stawów
toczeń rumieniowaty
cukrzyca
dystrofia mięśniowa
następstwa grypy
choroby oczu – zaćma, retinopatie, jaskra
choroby neurologiczne - choroba Alzheimera, Parkinsona, zespół Downa, stwardnienie rozsiane
choroba wrzodowa żołądka i dwunastnicy
choroby nowotworowe
25
Wzmożone wytwarzanie wolnych rodników Stres oksydacyjny
stan organizmu związany z wytworzeniem wolnych rodników i reaktywnych form tlenu RFT
zaburzenie równowagi pro- i antyoksydacyjnej na korzyść stanu prooksydacyjnego
wzmożenie procesów prooksydacyjnych i zmiany degradacyjnych w komórkach
aktywacja białek stresu oksydacyjnego i niebiałkowych antyoksydantów
Komórki odpornościowe (makrofagi, fagocyty i neutrofile wytwarzają wolne rodniki w celu niszczenia czynników chorobotwórczych – wirusów, bakterii, grzybów
Wolne rodniki uczestniczą w: transporcie tlenu przez hemoglobinę aktywacji cytochromu P-450 syntezie prostaglandyn
26
Wybuch tlenowy reperfuzja - ischemia
Reperfuzja po niedokrwieniu (ischemii) następuje przy
niedrożności naczyń krwionośnych przy udarze, zawale
transplantacji narządów
zabiegach chirurgicznych
długim stosowaniu opaski uciskowej
niewłaściwej pozycji „drętwienie kończyn”
długotrwałym wysiłku fizycznym
27
Powstający stres oksydacyjny bardzo silnie uszkadza tkanki!!
Systemy obrony przed wolnymi rodnikami
28
I. Zapobieganie powstawaniu rodnika hydroksylowego usuwanie substratów reakcji – nadtlenku wodoru
i anionorodnika ponadtlenkowego wiązanie jonów metali przejściowych (ograniczenie
ciągu reakcji Fentona)
II. Inaktywacja wolnych rodników systemy enzymatyczne antyoksydanty niskocząsteczkowe „trzecia linia obrony” – naprawa uszkodzonego
materiału (genetycznego)
Systemy obrony przed wolnymi rodnikami
29
II. Białka chroniące przed reaktywnymi formami tlenu
1. dysmutaza ponadtlenkowa (SOD)
SOD
O2-. + O2
-. + 2H+ H2O2 + O2
2. katalaza (CAT)
CAT
2 H2O2 2 H2O + O2
Dysmutaza ponadtlenkowa SOD
SOD jest metaloproteiną składająca się z:
części białkowej (apoenzym)
katalitycznej grupy prostetycznej w formie atomu metalu pełniącej funkcję centrum aktywnego.
Reakcja przebiega dwuetapowo:
I etap - redukcja jonu metalu i uwolnienie O2
M(n+1) +-SOD + O2−* → Mn+ -SOD + O2
II etap - utlenienie jonu metalu z udziałem
O2−* i H+ i wytworzenie H2O2
Mn+ -SOD + O2−* + 2 H+ → M(n+1) +-SOD + H2O2
gdzie: M = Cu +; Mn 2+; Fe 2+; Ni 2+ 30
Katalaza CAT
enzym z grupy oksydoreduktaz katalizujący proces rozkładu H2O2 do H2O i O2
homotetramer, zbudowany z czterech identycznych podjednostek
każda z podjednostek katalazy ma układ hemowy z położonym centralnie atomem żelaza (Fe3+)
Fe3+ w miejscu aktywnym związany czteroma wiązaniami koordynacyjnymi z azotem struktury hemu, piąte wiązanie tworzy z tyrozyną w łańcuchu polipeptydowym białka katalazy
podstawowa funkcja katalazy w komórkach - udział w reakcji dysproporcjonowania nadtlenku wodoru:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
31
Systemy obrony przed wolnymi rodnikami
32
II. Białka chroniące przed reaktywnymi formami tlenu
3. peroksydaza glutationowa (GSH-Px)
GSH-Px
2 GSH + H2O2 GSSG + 2 H2O
białko – SH + GSSG białko – S – SG + GSH
białko + GSSG białko + 2 GSH
SH SH S – S
HSe-CH2-CH-COO-
+NH3
selenocys-
steina
Peroksydaza glutationowa GPx (GSH-PX)
rodzina enzymów katalizujących reakcję redukcji H2O2 do wody z jednoczesnym przejściem zredukowanego glutationu GSH w utleniony disulfid glutationu (GSSG):
2GSH + H2O2 → GSSG + 2H2O
redukują nadtlenki organiczne (np. nadtlenki lipidów) do alkoholi:
GSH + ROOH → ROH + GSSG + H2O
zawierają selen pod postacią selenocysteiny w centrum aktywnym - selenoperoksydazy
33
GPx
GPx
HSe-CH2-CH-COO-
+NH3
Selenocysteina (Sec): aminokwas obecny w licznych białkach enzymatycznych budowa podobna do cysteiny, ale w miejscu atomu siarki cysteiny obecny jest atom selenu.
Systemy obrony przed wolnymi rodnikami
II. Białka chroniące przed reaktywnymi formami tlenu 4. reduktaza glutationowa (GR) reduktaza glutationowa GSSG + NADPH + H+ 2 GSH + NADP+ wykorzystuje NADPH jako czynnik redukujący (źródło
elektronów) występuje w cytozolu i mitochondriach główna funkcja - utrzymywanie prawidłowego stężenia GSH
w komórkach poprzez przekształcenie GSSG w GSH udział w mechanizmach antyoksydacyjnych
potwierdzony zwiększeniem mRNA dla GR równocześnie z nasileniem ekspozycji na czynniki prowadzące do stresu oksydacyjnego
Systemy obrony przed wolnymi rodnikami
35
III. Antyoksydanty niskocząsteczkowe
1. antyoksydanty hydrofilowe
glutation - g - glutamylocysteinyloglicyna
kwas askorbinowy – witamina C
kwas moczowy
2. antyoksydanty hydrofobowe
tokoferole – witamina E
karotenoidy
ksantofile
likopen
Glutation g-glutamylocysteinyloglicyna (g-glu-cys-gly)
najbardziej rozpowszechniony niskocząsteczkowy związek tiolowy w przyrodzie;
występuje we wszystkich komórkach prokariotycznych i eukariotycznych
grupa tiolowa (–SH) zredukowanego GSH może szybko ulec utlenieniu; powstaje forma utleniona - disulfid glutationu GSSG
2 GSH + H2O2 → GSSG +2H2O
36
Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
Glutation g-glutamylocysteinyloglicyna (g-glu-cys-gly)
Detiolacja (deglutationylacja) - przywracanie grup tiolowych białek do postaci zredukowanej
37
Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
Neutralizacja wolnych rodników i RFT grupa tiolowa może reagować z O2
*-, *OH, H2O2 RSH + O2
*- + H+ → RS* + H2O2
2 RSH + H2O2 → 2 RS* + 2H2O RSH + *OH → RS* + H2O 2 RS* → RSSR
organizm odtwarza GSH za pomocą reduktazy glutationowej
Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
38
kwas askorbinowy – witamina C
w płynach ustrojowych jest prawie całkowicie zdysocjowany (99%) i występuje w postaci anionu askorbinianowego (AH–)
askorbinian (AH–) ma właściwości redukujące: z czynnikami utleniającymi w wyniku redukcji
jednoelektronowej może tworzyć wolny rodnik askorbylowy (A*-) o małej reaktywności chemicznej
w redukcji dwuelektronowej powstaje kwas dehydroaskorbinowy (DHA), nietrwały i może się rozpadać do kwasu 2,3-diokso-L-gulonowego, który jest podatny na dalsze utlenianie, prowadzące do powstania kwasu szczawiowego i L-treonowego
Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
39
kwas askorbinowy – witamina C
Ma bardzo silne właściwości redukujące w stosunku do:
anionorodnika ponadtlenkowego, rodnika hydroksylowego,
nadtlenku wodoru,
rodników nadtlenkowych
w wysokich stężeniach zmiata wolne rodniki regulując potencjał oksydacyjno-redukcyjny
może wykazywać właściwości prooksydacyjne
Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
Witamina C - działanie prooksydacyjne !
w niskich stężeniach askorbinian może wykazywać działanie prooksydacyjne
aktywność prooksydacyjna jest związana ze zdolnością do interakcji z jonami metali przejściowych, głównie Fe3+ i Cu2+ :
Fe3+ + AH– → Fe2+ + A*- + H+
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + *OH + OH– reakcja Fentona
powstające RFT w pewnych warunkach mogą niszczyć komórki zwierzęce, w tym komórki nowotworowe
mieszanina askorbinianu z jonami metali przejściowych, w badaniach in vitro ma zdolność inaktywacji wielu białek, niszczenia tłuszczów i DNA
w warunkach laboratoryjnych mieszanina jonów żelazowych i askorbinianu jest używana w celu indukowania powstawania rodnika *OH 40
Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
41
kwas moczowy
wiąże jony żelaza
reaguje z oksydantami
anionorodnik moczanowy jest stabilny
kwas moczowy
alantoina
Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe. Kwas moczowy
w fizjologicznym zakresie pH występuje w formie zdysocjowanej jako anion moczanowy, który jest bardziej stabilny i nie reaguje z O2
anionorodnik moczanowy jest stabilny
reaguje z oksydantami: 1O2, *OH, H2O2, LOOH, HOCl, ONOO-
nie reaguje z O2*-
wiąże jony żelaza
w obecności ONOO- kwas moczowy jest bardzo szybko degradowany, a produkty jego rozkładu mogą być cytotoksyczne.
w wysokich stężeniach lub w obecności jonów Cu+/Cu2+ kwas moczowy (lub jego pochodne) może nasilać peroksydację lipidów – działanie prooksydacyjne
42
Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
43
Bilirubina
u ssaków bilirubina powstaje wskutek degradacji części porfirynowej hemu, po uprzednim wyłączeniu i zmagazynowaniu jonu żelaza
degradacja hemu prowadzi do powstania zielonkawej biliwerdyny, która następnie ulega redukcji do bilirubiny przy udziale enzymu – reduktazy biliwerdynowej – i NADPH (dawcy protonu)
Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
44
Bilirubina jako antyoksydant
jest jednym z głównych antyoksydantów obecnym w osoczu krwi i w błonach komórkowych
chroni przed peroksydacją kwas linolenowy (jedna cząsteczka bilirubiny chroni co najmniej 100 cząsteczek kwasu)
dezaktywuje tlen singletowy
sprzężona z glukoronianem reaguje z kwasem HClO
reaguje z rodnikami nadtlenkowymi
ROO* + Brb ROOH + Brb*
Brb* + ROO* Brb-OOR
Brb* + O2 Brb-OO*
Witamina E - tokoferole główny antyoksydant rozpuszczalny w lipidach
obejmuje 8 różnych postaci - każda zbudowana jest z układu pierścieniowego 6-chromanolu i szesnasto węglowego– fitylowego łańcucha bocznego
łańcuch boczny jest nasycony – tokoferole (różnią się liczbą i położeniem grup -CH3)
łańcuch boczny zawiera trzy wiązania podwójne - tokotrienole
45
Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
jeden z głównych związków chroniących nasz organizm przed stresem oksydacyjnym
uczestniczy w pierwszej linii obrony przed RFT efektywnie wygaszając 1O2
nie dochodzi do jego reakcji z resztami wielonienasyconych kwasów tłuszczowych fosfolipidów błon komórkowych oraz
hamowana jest reakcja peroksydacji i generowania ich rodników
w drugiej linii obrony szybko reaguje z wolnymi rodnikami nadtlenkowymi lipidów:
unieczynnia je
przerywa ich wytwarzanie oraz
hamuje ciąg wolnorodnikowych reakcji łańcuchowych uszkadzających komórki
46
Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Antyoksydacyjne działanie a-tokoferolu
Tokoferole mogą działać prooksydacyjnie !
podczas redukcji Fe3+ do Fe2+ i Cu2+ do Cu+ tokoferole stymulują powstawanie rodników *OH
rodnik a-T* poprzez stosunkowo wolną reakcję jest zdolny oderwać wodór z cząsteczki wielonienasyconego kwasu tłuszczowego - działa jako słaby promotor utleniania tłuszczów bogatych w nienasycone kwasy tłuszczowe:
a-T* + RH → R* + a-TH
47
Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Prooksydacyjne działanie a-tokoferolu
Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
Witamina A – retinol jako antyoksydant
48
działa zarówno w I jak i II linii obrony przed RFT (podobnie jak witamina E)
w procesach prewencyjnych efektywnie wygasza tlen singletowy
w reakcjach wolnorodnikowych na etapie terminacji neutralizuje wolne rodniki powstające podczas peroksydacji lipidów
właściwości antyoksydacyjne witaminy A wynikają z obecności w cząsteczce sprzężonych układów wiązań C=C w łańcuchu bocznym
retinol ma większą zdolność usuwania rodnika peroksylowego w porównaniu z witaminą E
48
Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
Karotenoidy należą do izoprenoidów;
obejmują kilkaset związków, z których około 50 występuje w żywności
różnią się położeniem wiązań podwójnych oraz brakiem lub obecnością pierścienia alicyklicznego (β-jononu) w cząsteczce
a, b i g -karoten wykazują aktywność prowitaminy A, zaliczane są do odżywczych składników żywności, likopen jest naturalną substancją nieodżywczą
50
Ksantofile (oksykarotenoidy)
pochodne tlenowe karotenów (hydroksylowe, ketonowe, aldehydowe, karboksylowe)
powstają podczas utleniania karotenów przy pomocy enzymów
występują, obok karotenoidów, w tkankach roślinnych (stanowią 60-70%
związków karotenoidowych) i zwierzęcych:
luteina - 3,3’-dihydroksy pochodna α-karotenu - występuje praktycznie w
tkankach wszystkich roślin zielonych
zeaksantyna - izomer luteiny - wyizolowana z nasion kukurydzy
astaksantyna – barwnik pancerzy skorupiaków, jeżowców, piór i nóg ptasich
kryptoksantyna - pomarańczowy barwnik owoców papryki i pomarańczy
fukoksantynę – barwnik brunatnic uczestniczący w fotosyntezie
kapsorubina i kapsantyna - główne barwniki papryki
51
Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe
Antyoksydacyjne funkcje karotenoidów i ksantofili
dzięki obecności skoniugowanej struktury podwójnych wiązań, mogących delokalizować niesparowany elektron usuwają wolne rodniki (*OH, O2
-*, RO*)
są silnymi wygaszaczami tlenu singletowego (I linia obrony)
zabezpieczają przed powstawaniem nadmiernej ilości reaktywnych form tlenu podczas fotosyntezy (szczególnie tlenu singletowego)
w badaniach in vitro wykazano, że b-karoten hamuje peroksydację lipidów przy małym stężeniu tlenu, lecz nie hamuje tego procesu gdy stężenie tlenu jest duże
badania wykazały, że b-karoten nie zabezpiecza dostatecznie frakcji lipidowych krwi (LDL) przed peroksydacją 52
„Kolorowe” antyoksydanty
POMIDOR – karotenoidy, głównie likopen, wit.C
SZPINAK, KAPUSTA WŁOSKA, BOTWINA – wit. B, kwas foliowy (obniża poziom homocysteiny), fitozwiązki – luteina, zeaksantyna
BROKUŁY– fitozwiązki ( indol-3-karbinol ), b - karoten, wit.C, błonnik. Rośliny krzyżowe zmniejszą zapadalność na raka piersi, żołądka, okrężnicy
MALINY – antocyjany, polifenole, wit. C, B, PP, mikroelementy – żelazo, magnez, kwas ellagowy – właściwości antywirusowe i antybakteryjne
ORZECHY – wit. E, kwasy mono- i wielonienasycone poprawiają poziom „dobrego” cholesterolu, orzechy włoskie mają kwas ellagowy inicjuje on proces apoptozy komórek nowotworowych
ZIELONA HERBATA – polifenole tzw. katechiny (moc antyoksydacyjna 100 razy większa niż wit. C), powstrzymują dopływ składników pokarmowych do guzów we wczesnym stadium rozwoju
CZERWONE WINO – polifenole m.in. resveratrol podnoszą poziom HDL
RYBY – łosoś, makrela, tran
55