Jakość i bezpieczeństwo

żywności (3) 2013/2014

[e-mail]

1

Rakotwórcze i mutagenne składniki

żywności

Żywność stanowi niezbędny element w życiu człowieka. Zawarte w niej
substancje odżywcze potrzebne są do prawidłowego rozwoju i
funkcjonowania organizmu.
Wśród składników żywności występują również związki niepożądane,
mające właściwości rakotwórcze i mutagenne. Substancje te są
niebezpieczne dla naszego zdrowia, a nawet życia.

• Mutageny

powodują zmiany w zapisie genetycznym, prowadzą

do jego uszkodzenia i pojawienia się groźnych mutacji.

• Kancerogeny

(substancje rakotwórcze) przyczyniają się z kolei

do powstawania nowotworów bez ingerencji w kod genetyczny.

2

Czynniki odpowiedzialne za inicjowanie

zmian w zdrowej komórce

• epigenetyczne

– dotyczą nowotworów powstających wskutek

zakłócenia gospodarki hormonalnej, działania immunosupresyjnego,
działania drażniących substancji stałych (np. azbestu) oraz w
wyniku uszkodzenia tkanki, np. przez często powtarzające się stany
zapalne.

• genotoksyczne

– to przede wszystkim substancje o działaniu

mutagennym; mające zdolność do uszkadzania materiału
genetycznego poprzez wiązanie się z cząsteczką DNA, w efekcie
następuje błędne kodowanie w czasie replikacji DNA. Uszkodzone
w ten sposób DNA może być z kolei przyczyną powstania różnego
rodzaju mutacji genowych, chromosomalnych, co w dalszej
kolejności prowadzi do rozwoju komórek nowotworowych.

3

Etapy działania genotoksyn

• Większość znanych mutagennych i rakotwórczych składników

żywności należy do genotoksyn. Ich rolę w kancerogenezie opisuje
tzw teoria mutacji somatycznych.

• Uszkodzenie genotoksyczne – kowalencyjne związanie mutagenu z

z DNA, prowadzi do modyfikacji zasady azotowej (guanina).

• Zmodyfikowana zasada tzw. addukt zakłóca prawidłowe parowanie

się zasad – nieprawidłowa replikacja.

•

Utrwalenie mutacji - inicjacja transformacji nowotworowej.

4

Czynniki promocyjne

• Kancerogen może zainicjować proces transformacji nowotworowej

komórki, jednak wzrost nowotworowy następuje po zadziałaniu
czynników zwanych promotorami.

• Promotory to czynniki epigenetyczne

, czyli nie wprowadzają

bezpośrednio zmian do materiału genetycznego organizmu.

• Działanie promotora ujawnia się po upływie dłuższego czasu

ekspozycji.

5

Promotory

nie wykazują bezpośrednio właściwości rakotwórczych, ale zwiększają
częstotliwość pojawienia się nowotworów lub skracają czas potrzebny
do ich rozwijania się.

Czynniki promotorowe obecne w żywności to np: nienasycone kwasy
tłuszczowe, bromian (V) potasu, polichlorowane bifenyle, czy też duża
zawartość tłuszczu i białka.

Szczególnie niebezpieczne są częściowo zredukowane cząsteczki
tlenu (rodniki tlenowe) powstające jako produkt uboczny normalnego
metabolizmu substancji odżywczych.

6

Genotoksyczne i epigenetyczne efekty

działania kancerogenów

7

Mutageny i kancerogeny w żywności

podział

• związki występujące naturalnie – toksyny

roślinne,

• związki tworzące się podczas przechowywania i

przetwórstwa żywności,

• związki pochodzące z pestycydów, środków

przeciwgrzybicznych i dodatków do żywności.

8

Aktywacja metaboliczna kancerogenu

W aktywacji metabolicznej

kancerogenów ( przekształcenie

promutagenu/prokancerogenu) uczestniczy wiele

enzymów (enzymy

fazy I).

Najistotniejsze

z nich wchodzą w skład kompleksu enzymatycznego

cytochromu P450, złożonego z kilkudziesięciu izoenzymów.

W

komórce znajdują się również enzymy, od których zależy

detoksykacja kancerogenów (enzymy fazy II) np. transferazy
glutationowe, transaminazy, hydrolazy.

Często te dwa procesy, tj. aktywacja i detoksykacja związków
rakotwórczych, przebiegają równolegle i są katalizowane przez ten sam
kompleks enzymatyczny.

9

Mutageny naturalne

Naturalnie występujące prekursory mutagenów zostały wyizolowane
już w latach 80 XX wieku z ziaren kawy i kapusty chińskiej.

W

1994 roku Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC)

odnotowała obecność kancerogennych akryloamidów w ziemniakach.

W czerwonym mięsie, warzywach i produktach mlecznych stwierdzono
z kolei występowanie kwasu α-linolenowego, mogącego powodować
wzrost ryzyka występowania raka prostaty.

Wykryto obecność azotowych prekursorów mutagenów między innymi
w nasionach fasoli Vicia fava

a także w sosie sojowym i grzybach.

10

Działanie akryloamidu

Akryloamid początkowo znany tylko jako związek syntetyczny
(uzyskiwanie polimerów) powstaje także w żywności na skutek obróbki
termicznej produktów o wysokiej zawartości skrobi.

Produkt reakcji Maillarda pomiędzy asparaginą a cukrami prostymi
(glukoza, fruktoza).

Działanie rakotwórcze wynika ze zdolności do kowalencyjnej
modyfikacji materiału genetycznego , poprzez tworzenie glicydamidu.

Glicydamid ma zdolność tworzenia adduktów z DNA ( badania in vivo i
in vitro).

11

Aktywacja metaboliczna akryloamidu

12

Poziom akryloamidu w produktach

spożywczych

13

Mutageny pochodzenia naturalnego cd

Grupa

związków reprezentowanych przez:

-

pochodne hydrazyny,

-

alkenylobenzeny,

-

alkaloidy pyrolizydynowe.

Dzienne

spożycie tych substancji przez człowieka może sięgać nawet

rzędu kilku gramów.

14

Pochodne hydrazyny

Hydrazyna i jej pochodne ( kw. argantynowy

– pieczarki) to silne

reduktory. W badaniach na zwierzętach hydrazyna wykazuje
właściwości rakotwórcze (wchłania się również przez skórę).

1,2-Dimetylohydrazyna (SDMH, ang. symmetrical dimethylhydrazine)

–

organiczny związek chemiczny, pochodna hydrazyny, jeden z dwóch
izomerów dimetylohydrazyny jest silnym kancerogenem alkilującym
DNA, używany w badaniach naukowych do indukowania nowotworów
okrężnicy u zwierząt laboratoryjnyc

15

Alkenylobenzeny

• Wykryto, że alkenylobenzeny przyczyniają się do wyższej

zapadalności zwierząt na raka wątroby.

• Suplementy diety, a w szczególności preparaty wytworzone na bazie

takich roślin jak bazylia, koper włoski, gałka muszkatułowa oraz

cynamon i tatarak, mogą zawierać duże ilości alkenylobenzenów.

• Stężenie tych związków w wielu preparatach jest bardzo podobne

do tego, które przyczyniało się do powstawania nowotworów u

zwierząt. Konieczny nadzór nad suplementami diety zawierającymi

alkenylobenzeny.

16

Alkaloidy pyrolizydynowe

Alkaloidy pochodne pirolizydyny to grupa związków chemicznych o silnej
aktywności biologicznej; niektóre z nich posiadają właściwości kancerogenne
i/lub hepatotoksyczne.

Alkaloidy pirolizydynowe występują w licznych roślinach, różnych obszarów
geograficznych, głównie z rodzin: Astrowate, Bobowate bądź Ogórecznikowate.
Związki te występują w roślinach naszych łąk: chwastach, takich jak Starzec
(Senecio sp

.), są to senecionina i senecyfina. Odnotowano je np. w heliotropie,

krotalarii,

lepiężniku, podbiale, żywokoście.

Substancje te mogą migrować do miodów za pośrednictwem pyłku
kwiatowego przenoszonego przez pszczoły oraz do mleka zwierząt
otrzymujących skażoną paszę.

17

Alkaloid pyrolizydynowy - senecjonina

Znanym przedstawicielem tej grupy alkaloidów jest senecjonina
występująca w roślinach z rodzaju: starzec (Senecio). Działa
toksycznie na wątrobę i rakotwórczo.

18

Radionuklidy

Zagrożeniem dla zdrowia ludzi jest żywność skażona radioaktywnymi
izotopami. Substancje te są łatwo przyswajalne i mają zdolność odkładania się
w organizmie i długi okres połowicznego rozkładu.

Naturalne izotopy promieniotwórcze obecne w środowisku nie stanowią
zagrożenia dla człowieka. Zagrożeniem są skażenia promieniotwórcze (próby
nuklearne, awarie reaktorów atomowych oraz niezabezpieczone odpady
radioaktywne.

Spośród radionuklidów najczęściej przenikają do żywności i stanowią
największe zagrożenie dla zdrowia człowieka: 90Sr (okres półtrwania 28 lat),
89Sr (okres półtrwania 51 dni), 137Cs (okres półtrwania 30 lat), 131I (okres
półtrwania 8 dni) i 140Ba (okres półtrwania 1 dzień).

Radionuklidy te mają zdolność do bioakumulacji w łańcuchach troficznych,
(konsument ostatniego rzędu - człowiek). Owoce czarnej porzeczki i podgrzybki
brunatne ze względu na dużą zdolność bioakumulacji radionuklidów mogą być
wskaźnikami skażenia środowiska.

19

Działanie radionuklidów

Radionuklidy wykazują wiele różnorakich efektów toksycznych:

•

226Ra wywołuje zmiany nowotworowe kości,

•

90Sr powoduje białaczkę szpikową,

•

137Cs jest przyczyną zaniku szpiku,

•

144Cer prowadzi do promiennego zapalenia płuc, martwicy wątroby, zaniku szpiku,
białaczki szpikowej oraz zmian nowotworowych wątroby i kości,

•

238U wykazuje działanie nefrotoksyczne oraz powoduje zmiany włókniste płuc,
przerost

komórek nabłonka płuc i nowotwory płuc,

•

239Pu powoduje zmiany włókniste płuc i zmiany nowotworowe oskrzeli.

20

Dioksyny

Dioksyny (PCDD) to substancje należące do związków silnie
toksycznych, sztucznie wytworzonych przez człowieka.

Powstają jako produkty uboczne podczas procesów spalania odpadów
zawierających chlor, a także w procesie wytwarzania papieru metodą
Krafta. Największe stężenie dioksyn obserwuje się w mleku,
przetworach mlecznych oraz w rybach.

Związki te mogą przenikać do żywności z produktów papierniczych
takich jak: filtry do kawy, serwetki, talerze papierowe.

Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem zakwalifikowała dioksyny
jako kancerogen grupy A.

21

Dioksyny

Toksyczność tych związków zależy od liczby atomów chloru i miejsca
ich rozmieszczenia w cząsteczce. Najbardziej toksyczne są związki,
które posiadają przynajmniej 3 atomy chloru w pozycjach 2, 3, 7 lub 8.

Zatrucia

dioksynami mogą prowadzić do trądzikowych zmian skóry,

porfirii (tzn. wydalanie z moczem dużych ilości porfiryn), uszkodzeń
wątroby i polineuropatii (zwyrodnienia nerwów).
Toksyczność dioksyn została wyznaczona w stosunku do 2,3,7,8-
tetrachlorodibenzo-p-

dioksyny. Współczynniki toksyczności TFE

(toxicity equivalent factor

) umożliwiają oszacowanie całkowitej

toksyczności wszystkich izomerów w danych produktach
żywnościowych.

22

Mutageny pochodzące z pestycydów

DDT

DDD

DDE

Związki używane są do zwalczania chorób roślin, regulacji

ich wzrostu a

także do usuwania chwastów klasyfikuje się

jako

możliwe substancje rakotwórcze. Za pośrednictwem

żywności kumulują się w organizmie człowieka. W tej klasie
czynników

rakotwórczych

najbardziej

groźny

jest

dichlorodifenylotrichloroetan (DDT).

W badaniach prowadzonych na

zwierzętach odnotowano

niekorzystny

wpływ DDT między innymi na: układ nerwowy,

wątrobę, nerki i układ odpornościowy.

23

Ze względu na zagrożenie jakie stanowią środki ochrony roślin
określono m. in. najwyższe dopuszczalne poziomy pozostałości
chemicznych środków ochrony roślin:
• w środkach spożywczych przeznaczonych dla niemowląt i małych

dzieci,

• które mogą znajdować się w środkach spożywczych

pochodzenia roślinnego lub na ich powierzchni,

• które mogą być stosowane w uprawach surowców przeznaczonych

do wyrobu przetworzonych produktów zbożowych i żywności dla
niemowląt i małych dzieci.

24

W Polsce używanie DDT jest zabronione od 1976 roku, ale w
środowisku obecne są jego niebezpieczne metabolity DDE oraz DDD.

W pełni udokumentowano związek pomiędzy DDT i jego pochodnymi a
występowaniem u kobiet raka piersi.

Niemniej Agencja Ochrony Środowiska (EPA) klasyfikuje DDT, DDE i
DDD w klasie B2-

czyli prawdopodobnych czynników rakotwórczych, a

Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem klasyfikuje je jako
możliwe substancje rakotwórcze.

25

Polichlorowane bifenyle (PCB)

Polichlorowane bifenyle

zaliczane są przez Międzynarodową Agencję

Badań nad Rakiem do grupy 2A – związków o prawdopodobnym
działaniu rakotwórczym dla człowieka.
Należą do tzw. ksenoestrogenów, czyli substancji mających zdolność
do naśladowania estrogenów przy jednoczesnym zmniejszaniu
aktywności tych hormonów.
Związki te tworzą się w trakcie chlorowania wody pitnej i bardzo dobrze
rozpuszczają się w tłuszczach. Podobnie jak pestycydy
wykazują zdolność do bioakumulacji, przez co w miarę wydłużania się
łańcucha troficznego, ich zawartość rośnie w organizmach na
wyższych poziomach troficznych.
Szczególnie dużo PCB odkłada się w organizmach żyjących w wodzie,
głównie w wątrobie i tkance tłuszczowej ryb.

26

Ksenoestrogeny

Substancje wnikające z zewnątrz, które w organizmie ludzkim wykazują
aktywność podobną do niektórych żeńskich hormonów. Ich aktywność
wywoływać może szereg hormonalnych zaburzeń i stanowić przyczynę
wielu chorób.

Ksenoestrogny są niejednorodną grupą związków - zarówno pod
względem budowy, jak i właściwości chemicznych. Łączącą je cechą
jest aktywność hormonalna.

27

Polichlorowane organiczne zanieczyszczenia

powszechnie występujące w żywności

Do ksenoestrogenów mogących przyczyniać się do rozwoju nowotworów
estrogenozależnych i mogących przedostawać się do żywności należą:
polichlorowane bifenyle (PCB) tworzące się w czasie chlorowania wody pitnej,
Wielochloropochodne dioksyny, dibenzofuran, pozostałości pestycydów (DDT)
oraz niektóre składniki wyrobów plastikowych jak bisfenol A.

28

Mechanizm działania ksenoestrogenów

•

mimikra hormonalna

– ligand łączy się z receptorem estrogenowym (agonista),

aktywuje receptor w sposób podobny do estradiolu. Dotyczy to głównie ligandów o
podobnej do estradiolu budowie chemicznej, które mogą wiązać się do receptora
estrogenowego. Przykładem takiego ligandu jest dietylstilbestrol (DES);

•

blokowanie receptora estrogenowego lub działanie antagonistyczne, hamujące
oddziaływanie naturalnych estrogenów za pośrednictwem receptora

•

wpływ na syntezę, rozpad lub eliminację z ustroju hormonów;

•

wpływ na biodostępność hormonów np. przez ograniczanie stężenia białka
wiążącego hormony płciowe;

•

wpływ na ilość receptorów dla różnych hormonów;

•

zaburzenia gospodarki hormonalnej przez oddziaływanie na poziomie aktywności
podwzgórza lub przysadki mózgowej – głównych punktach kontrolnych systemu
hormonalnego;

•

bezpośredni wpływ na ekspresję genów w DNA (imprinting genomowy) opisany np.
dla DDT i jego metabolitów.

29

Przeciwrakotwórcze składniki żywności

Podstawową funkcją żywności jest dostarczenie człowiekowi
energii i niezbędnych składników do jego prawidłowego rozwoju i
funkcjonowania.

W żywności upatruje się także funkcji prozdrowotnej, gdyż oprócz
substancji odżywczych składnikami żywności są również tzw.
substancje nieodżywcze, które to mogą działać profilaktycznie oraz
wspomagać leczenie różnych chorób, w tym nowotworów.

Z

wiązki przeciwrakotwórcze to związki mające zdolność zapobiegania

powstawania lub rozrostowi nowotworów; mogą być zarówno
pochodzenia naturalnego jak i syntetyczne.

30

Przykłady czynników przeciwrakotwórczych

31

Czynniki blokujące

to

substancje, które chronią komórkę przed czynnikami

rakotwórczymi. Mogą działać na trzy rożne sposoby:
• uniemożliwiają aktywację związków rakotwórczych lub

promotorowych

, działanie takie wykazuje m.in. witamina C, która

hamuje tworzenie się rakotwórczych nitrozoamin z amin i azotanów
(III),

• obniżają aktywację enzymów odpowiedzialnych za wzbudzanie

kancerogenów (enzymy fazy I)

• indukcję enzymów zaangażowanych w detoksykację (enzymy fazy

II); zdolności tego typu wykazują: ditiolotiony oraz izotiocyjaniany
bardzo powszechnie występujące w warzywach z rodziny
krzyżowych – kapuście, oraz katechiny będące składnikami herbaty,

32

Czynniki blokujące cd

wiążące rakotwórcze metabolity

–

właściwości takie wykazują w
szczególności związki zawierające
siarkę np. glutation, obecne przede
wszystkim w czosnku i cebuli;
bakterie mlekowe licznie występujące
w jogurtach i innych przetworach
mlecznych;

przeciwutleniacze

– stanowiące dużą

grupę czynników blokujących,
wykazują zdolność neutralizacji
rodników tlenowych, a zalicza się
do nich: witaminy A, C, E, karoten,
polifenole, flawonoidy, terpenoidy
obecne m.in. w zielonej herbacie,
szpinaku, burakach, kapuście, ziołach
i w wielu innych warzywach i
owocach.

33

Czynniki supresorowe

i

ngerują w procesy przemiany komórki przedrakowej w komórkę

w pełni rakową poprzez :

• stymulację różnicowania komórek – np. retinol czyli inaczej witamina

A w czystej postaci, występuje m.in. w tranie z wątroby dorsza i
innych ryb.

• hamowanie aktywacji onkogenów – np. izotiocyjaniany obecne w

kapuście.

• selektywną inhibicję proliferacji komórek nowotworowych oraz

hamowanie procesu tworzenia naczyń krwionośnych guza
niezbędnych do jego wzrostu np. genistein obecny w nasionach soi.

34

Czynniki uodparniające

Mechanizmy

prowadzące do uodpornienia się komórki na

transformację nowotworową są najmniej poznane ze wszystkich.

Uważa się, że następuje tu hamowanie podziałów komórkowych, do
których zdolne są np. wapń, fosfor, witamina D a także niektóre
składniki czosnku.

W

tej grupie czynników wymienia się również izoflawony, które

ograniczają wzrost raka piersi. Substancje te są naturalnymi
fitoestrogenami

roślinnymi występującymi w dużych ilościach w

nasionach soi.

35

Profilaktyka nowotworowa

Obecnie prowadzi się szereg
badań nad wieloma związkami,
które to mogłyby być
wykorzystane w
chemioprofilaktyce nowotworowej.
Przykłady takich związków:

• Sulforafan
• Galusan epigalokatechiny
• Resweratrol
• Likopen
• Kurkumina
• Rutyna

36

Sulforafan

izocyjanian produkowany przez

warzywa z rodziny krzyżowych np.

brokuły, kapusta, brukselka; wykazuje

zdolność do pobudzania enzymów

wątrobowych powodujących

detoksykację szkodliwych związków

rakotwórczych. Hamuje wzrost

Helicobacter Pylori

– bakterii

odpowiedzialnych między innymi za

chorobę wrzodową żołądka.

37

Galusan epigalokatechiny (EGCG)

Substancja izolowana z zielonej
czarnej herbaty. Jest silnym
przeciwutleniaczem EGCG, jak
wiele innych flawonoidów/polifenoli,
jest silnym inhibitorem
topoizomeraz, podobnie działają
niektóre leki chemioterapeutyczne
np. etopozyd i doksorubicyna. Ta
właściwość może być
odpowiedzialna za efekt
przeciwnowotworowy, lecz także za
szkodliwy, onkogenny w okresie
życia płodowego.

38

Resweratrol

Najwięcej resweratrolu zawierają
winogrona, głównie skórka (wina
czerwone˃białe), morwa i czarna
porzeczka oraz orzeszki ziemne.
Resweratrol jest skutecznym
przeciwutleniaczem,
odpowiedzialny za tzw. francuski
paradoks oraz nietoksycznym
fungicydem i jako taki jest szeroko
stosowany jako dodatek do
żywności. W skali przemysłowej
otrzymuje się go z wysuszonych
skórek czerwonych winogron.

39

Likopen

przedstawiciel

karotenoidów o

bardzo silnych właściwościach
przeciwutleniających; występuje
głównie w pomidorach; zmniejsza
ryzyko występowania nowotworu
prostaty u mężczyzn oraz
nowotworu szyjki macicy u
kobiet. Związek ten znacznie
lepiej przyswajany jest z
przetworów pomidorowych np.
ketchupu niż ze świeżych
pomidorów

40

Kurkumina (E100)

główny składnik kurkumy, tradycyjnej
indyjskiej

przyprawy, stosowany także

jako żółto-pomarańczowy barwnik
spożywczy; składnik m.in. przyprawy
curry.

Związek ten jest przeciwutleniaczem
polifenolowym i chroni organizm
przed procesem peroksydacji

lipidów

S

powalnia rozwój nowotworów.

Kurkumina badana jest także jako
potencjalny środek zapobiegający
demencji i chorobie Alzheimera.

41

Rutyna

Rutyna

– związek z grupy

flawonoidów, pochodzenia roślinnego,
pozyskiwany z kwiatów perełkowca
japońskiego i z ziela gryki. Występuje
także w bzie czarnym, dziurawcu
zwyczajnym oraz w szczawiu;
Związek wykazuje właściwości
przeciwutleniające, zapobiega
powstawaniu wolnych rodników.
Spowalnia utlenianie witaminy C .
Zmniejsza cytotoksyczność
utlenionego cholesterolu. Wykazuje
też działanie przeciwzapalne. Ma
właściwości uszczelniające naczynia i
przeciwwysiękowe

.

42

Pro i kontra

43