Antyutleniacz
e
Witaminy
Inhibitory lipooksygenazy
Estry kwasu galusowego
tert-Butylofenole
Związki kompleksujące
Odporność składników lipidowych
Tłuszcze roślinne i zwierzęce (triglicerydy) są
powszechnie stosowane w kosmetyce
W postaci czystej triglicerydy są bezbarwne i
bezwonne, lecz wykazują
małą odporność na wpływ
czynników biologicznych (mikroorganizmów,
enzymów) i fizykochemicznych
Czynniki te mogą być bowiem przyczyną zmiany
barwy, konsystencji a także zapachu preparatów
zawierających fazę olejową w formie triglicerydów
Odporność składników
lipidowych
Podatność tłuszczów na wpływ mikroorganizmów prowadzi
do uwalniania się kwasów tłuszczowych, aldehydów czy
też ketonów, które są przyczyną nieprzyjemnego zapachu
• specyficzną woń zjełczałego tłuszczu
głównie dają
metyloketony
, powstające w procesie rozkładu
Tym niekorzystnym przemianom tłuszczów zapobiegamy
stosując odpowiednie środki konserwujące
Lipolizę tłuszczów, czyli enzymatyczne rozszczepienie
wiązań estrowych w triglicerydach pod wpływem
lipaz,
można natomiast ograniczyć, inaktywując te enzymy
termicznie przez ogrzewanie tłuszczów do temperatury
70°C
Autooksydacja
Degradacji tłuszczów wywołanej czynnikami
fizykochemicznymi (światło, powietrze, podwyższona
temperatura) zapobiegamy z kolei stosując
antyutleniacze, czyli inhibitory procesu autooksydacji
• Autooksydacja jest samorzutną, rodnikową, powolną
reakcją niektórych substancji, w tym również tłuszczów, z
tlenem, która przebiega często już w temperaturze
pokojowej
• Reakcję tę zapoczątkowuje światło, a cały proces
przyspieszają śladowe ilości metali ciężkich, zdolnych do
przemian oksydacyjno-redukcyjnych, przebiegających z
przeniesieniem jednego elektronu
Autooksydacja
• Zapoczątkowanie procesu autooksydacji polega na
wytworzeniu z cząsteczki związku obojętnego
odpowiedniego rodnika
• Wolnym rodnikiem określa się atom lub cząsteczkę
zawierającą niesparowany elektron na zewnętrznej
orbicie
• przykładowo, w przypadku związków RH, w wyniku
homolitycznego rozerwania wiązania R-H, może dojść
do wytworzenia rodnika organicznego R' oraz atomu
wodoru
Autooksydacja
• Niesparowany elektron na zewnętrznej orbicie
rodników jest odpowiedzialny za ich niezwykle
wysoką reaktywność chemiczną
• dlatego rodniki mogą być inicjatorami reakcji z
tlenem, prowadzących do powstania
alkilowodoronadtlenków ROOH
Autooksydacja
• Utworzone alkilowodoronadtlenki ROOH są nietrwałe
i rozpadają się
• zapoczątkowuje to łańcuchową reakcję z ponownym
udziałem substratu (RH) i tlenu
• Reakcje łańcuchowe biegną aż do wyczerpania się
utlenianego substratu (RH) lub tlenu
Autooksydacja
Łańcuch przemian autooksydacyjnych jest
katalizowany przez kationy metali ciężkich, zdolnych
do przemian oksydacyjno-redukcyjnych,
przebiegających z udziałem jednego elektronu
Przykładem takiego metalu jest żelazo, którego
kationy Fe
+++
i Fe++ stosunkowo łatwo zarówno
oddają, jak i przyjmują jeden elektron i mogą
podtrzymywać proces autooksydacji przez
reagowanie z alkilowodoronadtlenkiem.
Autooksydacja
• Podobnie kationy żelaza są w stanie katalizować rozkład
nadtlenku wodoru (H
2
O
2
), tworzącego się również w
procesie autooksydacji, dając bardzo reaktywne rodniki
hydroksylowe
• Uwolnione rodniki RO', ROO' czy też HO' zostają
następnie włączone w łańcuch reakcji
autooksydacyjnych, zainicjowanych wcześniej przez hv,
RH i O
2
Autooksydacja
Autooksydacja jest zjawiskiem wyjątkowo
niekorzystnym w odniesieniu do leków, środków
spożywczych i preparatów kosmetycznych
Szczególnym obiektem ataku rodników są zawarte w
tych artykułach związki tłuszczowe, mające reszty
nienasyconych kwasów tłuszczowych
obecne w organizmie lipidy, białka i kwasy
nukleinowe, są również szczególnym obiektem ataku
endogennych rodników
Zjawisku temu przypisuje się ważną rolę w procesie
starzenia się organizmu
Reaktywne formy tlenu (RFT)
Tworzenie się rodników w ustroju jest konsekwencją
oddychania tlenowego
• pełnaredukcja cząsteczki tlenu na wodę wymaga
dostarczenia czterech elektronów
• w przypadku niektórych schorzeń, ale także i w
organizmie zdrowym, reakcje redukcji tlenu nie
zawsze przebiegają do końca i mogą powstawać
produkty pośrednie - anionorodnik ponadtlenkowy,
rodnik hydroksylowy (HO'), czy też nadtlenek wodoru
Reaktywne formy tlenu (RFT)
• Anionorodnik ponadtlenkowy tworzy się w wyniku
redukcji tlenu cząsteczkowego przez jeden elektron
• produktem redukcji anionorodnika ponadtlenkowego
przez kolejny elektron jest nadtlenek wodoru
• przyjęcie trzeciego elektronu prowadzi do rodnika
hydroksylowego
Reaktywne formy tlenu (RFT)
Endogenne rodniki są inaktywowane przez
odpowiednie układy enzymatyczne
• Pierwszą zaporą dla produktów niepełnej redukcji
cząsteczki tlenu są dysmutazy nadtlenkowe,
przekształcające anionorodniki ponadtlenkowe w
nadtlenek wodoru i tlen cząsteczkowy
• Utworzony nadtlenek wodoru jest rozkładany
następnie przez katalazy i peroksydazy na wodę i
tlen
Reaktywne formy tlenu (RFT)
W pewnych stanach patogennych (urazy, choroby
nowotworowe) pojemność enzymatycznych
systemów inaktywujących endogenne rodniki może
jednak okazać się niewystarczająca
• prowadzi to do rozległych zniszczeń tkanki
• Na atak wolnych rodników szczególnie podatne są
fosfolipidy
• powstają odpowiednie wodoronadtlenki
fosfolipidowe, będące z kolei źródłem rodników
alkoksylowych lub hydroksylowych
Obrona antyoksydacyjna
Do związków endogennych, oprócz wspomnianych enzymów,
spełniają również funkcję ustrojowych antyutleniaczy zalicza
się:
• rozpuszczalny w tłuszczach tokoferol, czyli witaminę E
• oraz witaminę C
• Funkcję antyutleniacza w organizmie przypisuje się również
• β-karotenowi (prowitamina A)
• glutationowi
• cysteinie
• koenzymowi Q (budowa zbliżona do witaminy E)
• W praktyce już niewielka koncentracja antyoksydantu
(0,001-0,01%) w preparacie hamuje łańcuchową reakcję
„nadtlenowania" węglowodorowych łańcuchów tłuszczowych
Obrona antyoksydacyjna
Antyoksydanty stosowane w kosmetyce dzieli się na:
• antyoksydanty podstawowe oraz
• związki współdziałające z nimi synergistycznie
Do pierwszej grupy należą substancje działające
przez bezpośrednią dezaktywację rodników:
• niektóre witaminy (E, C)
• Karoteny
• kwas nordihydrogwajaretowy (NDGA)
• syntetyczne związki fenolu (pochodne kwasu
galusowego oraz tert-butylofenolu)
Obrona antyoksydacyjna
Do drugiej grupy są zaliczane:
• połączenia o charakterze hydroksykwasów
• kwasów poliaminooctowych
• pochodne kwasu fosfonowego
- związki te wykazują zdolność wiązania w nie
jonizujące kompleksy kationów metali ciężkich
katalizujących proces autooksydacji
Witaminy
Aktywność biologiczna tokoferolu związana jest m.in. z
właściwością łatwego reagowania tej witaminy z endogennymi
rodnikami
• chroni to biomolekuły przed niszczącym je atakiem rodników
rodników liponadtlenkowych, a zwłaszcza niezwykle reaktywnych
rodników hydroksylowych
Witaminy
Powstająca forma rodnikowa witaminy E jest
regenerowana do postaci wyjściowej przez witaminę
C (kwas askorbowy), lub ulega utlenieniu do związku
nie będącego rodnikien, który jest wydalanym z
ustroju metabolitem
• Dwa mole rodnika witaminy E reagują z jedną
cząsteczką kwasu askorbowego (ryć. 116), który
poprzez rodnik semihydroaskorbowy jest utleniany
do kwasu dehydroaskorbowego z jednoczesną
regeneracją witaminy E
Witaminy
W kosmetyce tokoferole są stosowane przede
wszystkim do stabilizacji preparatów zawierających
witaminę A oraz tłuszcze bogate w reszty alkilowe
nienasyconych kwasów tłuszczowych
• przykładem antyoksydantu z tokoferolem jest
Redoxogran, wytwarzany na bazie wyciągu z kiełków
pszenicy
Witaminy
Kwas askorbowy (witamina C) jest również często
stosowanym stabilizatorem preparatów kosmetycznych
• witamina C jest bardzo podatna na wpływ czynników
utleniających, sama jednocześnie przekształca się w
kwas dehydroaskorbowy
• Reakcja utleniania witaminy C do kwasu
dehydroaskorbowego jest reakcją odwracalną, jeżeli nie
towarzyszy jej otwarcie pierścienia laktonowego związku
• Witamina C występuje pod wieloma nazwami handlowymi (m.in.
Ascorin, Cata-vin C, Cebion, Redoxon, Yitacin), a jako antyoksydant jest
stosowana w stężeniu 0,05%
• Do stabilizacji fazy olejowej wyrobów kosmetycznych
może być wykorzystany produkt estryfikacji witaminy C
kwasem palmitynowym, ponieważ jest rozpuszczalny się
w tłuszczach
Witaminy
• Atyoksydantami są także produkty chemicznej modyfikacji
cząsteczki witaminy C
• substancje takie praktycznie są pozbawione aktywności
witaminowej
Kwas izoaskorbowy
Kwas reduktowy (R=H)
Inhibitory lipooksygenazy
Spowalniają lub blokują katalityczne przekształcenie
nienasyconych łańcuchów alkilowych w alkilonadtlenki.
• substancje antyutleniające, które
nie są zmiataczami
wolnych rodników
Kwas nordihydrogwajaretynowy (NDGA)
inhibitor lipooksygenazy
stosowany jako
przeciwutleniacz w kosmetykach i produktach spożywczych
•
pozyskiwany z ekstraktu rośliny Larrea divaricata, rosnącej
na pustynnych obszarach USA i Meksyku
Lipooksygenaza
Lipooksygenazy
– enzymy katalizujące przyłączenie tlenu
w pozycjach 5, 12 i 15 kwasu arachidonowego powodując
powstawanie hydroperoksydów
5-lipooksygenaza wytwarza leukotrieny
Leukotrieny – autokrynne lub parakrynne eikozanoidy
Lipoksygenaza działa pośrednio poprzez leukotrieny i
lipoksyny, wywołując pośrednio takie procesy jak:
• skurcz oskrzeli
• wzrost przepuszczalności naczyń krwionośnych
• chemotaksja i aktywacja leukocytów
• regulacja procesów immunologicznych mających udział w
reakcjach nadwrażliwości bezpośredniej (alergie)
Fosfolipidy błonowe
fosfolipaza A
2
kwas arachidonowy
izoprostany
HPETE
lipoksygenazy
syntazy PGH
(cyklooksygenazy)
epoksygenazy/P450
hepoksyliny
(trioksyliny)
HETE
lipoksyny
Leukotrieny (LT)
PGG
2
PGH
2
Prostanoidy:
prostaglandyny (PG)
prostacykliny (PGI)
tromboksany (TX)
EET
Śródłańcuchowe
HETE
-końcowe HETE
fosfolipaza A
2
kwas arachidonowy
HPETE
l
ipoksygenazy
hepoksyliny
(trioksyliny)
HETE
lipoksyny
Leukotrieny (LT)
lipoksygenazy
–
niehemowe dioksygenazy
wielonienasyconych kwasów tłuszczowych
stwierdzono istnienie ok. 40 lipoksygenaz roślin
i ssaków.
substratem dla lipoksygenaz jest kwas
arachidonowy
wbudowują atomu tlenu do łańcucha kwasu
tłuszczowego
Leukotrieny
działają chemotaktycznie- najsilniej na
neutrofile,
stymulują uwalnianie enzymów lizosomalnych
przez neutrofile
kurczą centralne i obwodowe drogi oddechowe
zwiększają nadreaktywność oskrzeli
stymulują wydzielanie śluzu przez komórki
kubkowe oskrzeli
zwiększają przepuszczalność naczyń
Fosfolipidy błonowe
Inhibitory
lipooksygenazy
Kwas ursolowy (UA)
– jest inhibitorem podstawowych enzymów
odpowiedzialnych za powstawanie reakcji zapalnych:
elastazy leukocytarnej, 5-lipoksygenazy i
cyklooksygenazy.
– hamuje wydzielanie histaminy (neuroprzekaźnika
zwiększającego przepuszczalność naczyń krwionośnych).
Kwas ursolowy jest składnikiem preparatów kosmetycznych
łagodzących podrażnienia skóry głowy, wzmacniającym
włosy i pobudzającym podziały ich komórek macierzystych.
Inhibitory
lipooksygenazy
pochodne
UA
hamują rozwój bakterii
Staphylococcus oraz grzybów Microsporium
lenosum i Candidia albicans (drożdżaka białego)
tworzą na powierzchni skóry tłuszczooporną
warstwę, podobnie jak to czynią woski owocowe.
powinien być używany w kosmetykach
pielęgnujących skórę przedwcześnie się
starzejącą (
ulegającą fotostarzeniu
)
Inhibitory
lipooksygenazy
Kwasy bosweliowe
•
ich działanie przeciwzapalne jest porównywalne do
działania niesterydowych leków przeciwzapalnych
•
nie powodują jednak podrażnień ani owrzodzenia
żołądka
•
nie hamują przemian kwasu arachidonowego do
prostaglandyn i tromboksanów (tzn. nie działają na
15-lipoksygenazę i cykoloksygenazę), tak jak
konwencjonalne niesterydowe leki przeciwzapalne
Inhibitory
lipooksygenazy
Kwasy bosweliowe (Boswellic acids)
Kadzidłowiec (Boswellia)
– krzew lub niskie drzewo,
występujące jako 10 gatunków na terenie Afryki Wschodniej i na
Półwyspie Arabskim.
Po nacięciu kory pustynnych krzewów kadzidłowca (Boswellia
errata i B. sacra) wypływa z niej płynna żywica, która po
zastygnięciu nazywana jest
kadzidłem
• W składzie kadzidła wyróżniają się gumy, żywice, olejki
eteryczne oraz
kwasy bosweliowe
.
• z uwagi na zawartość tej grupy substancji czynnych, oczyszczony
ekstrakt tej wydzieliny jest używany w wielu preparatach
ziołowych- (farmaceutykach i kosmetykach)
Estry kwasu galusowego
Jako antyutleniacze fazy olejowej preparatów
kosmetycznych wykorzystuje się estry kwasu
galusowego, zarówno z alkoholami
niskocząsteczkowymi (C1 do C
3
), jak i tłuszczowymi
• stabilizują one tłuszcze, oleje, emulsje (są spotykane
m.in. pod nazwami handlowymi Progalline,
Nipagalline)
• występują w dopuszczalnym stężeniu 0,005-0,01%
• Wykazują synergizm działania ze związkami
chelatującymi kationy metali ciężkich
Estry kwasu galusowego
R=łańcuch alkilowy (C1-3,C8, 9 12 ,14,
18)
tert-Butylofenole
Z połączeń takich w artykułach kosmetycznych jest
stosowany butylohy-droksytoluen (2,6-di-tof-butylo-
4-metylofenol, BHT, Butylated Hydroxytoluene,
Impruvol, Tenox BHT)
• BHT należy do antyutleniaczy rozpuszczalnych w
olejach i tłuszczach, ale nie mieszających się z wodą i
gliceryną
• może być również składnikiem antyoksydantów
złożonych, zawierajacych związki kompleksujące
kationy metali ciężkich (Oxynex 2004)
BHT
BHA
tert-Butylohydrochinon
Związki kompleksujące
•
Antyoksydacyjne właściwości pochodnych kwasu
galusowego i tert-butyiofenoli wspomaga obecność w
preparacie:
• soli niektórych hydroksykwasów (kwasu cytrynowego,
winowego, askorbowego,kwasy etylenodiaminopolioctowe
pochodnych kwasu fosfonowego)
• Połączenia takie wiążą kationy metali ciężkich w
niedysocjujące kompleksy, co hamuje proces autooksydacji
•
EDTA
Kwas hydroksyetylo-
etylenodiaminotriocto
wy
Związki kompleksujące
• Szczególnie wartościowymi związkami chelatującymi
kationy metali są połączenia wywodzące się z
kwasów etylenodiaminopolioctowych,
• np. kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA, kwas
wersenowy, Havidote), kwas
hydroksyetyloetylenodiaminotrioctowy oraz kwas
dietylenotriaminopentaoctowy (DTPA, kwas
pentatowy). Kwasy etylenoaminopolioctowe są
stosowane w postaci soli sodowych
EDTA
Kwas hydroksyetylo-
etylenodiaminotrioctowy
DTPA
Związki kompleksujące
• Zdolność kompleksowania kationów metali ciężkich
w rozpuszczalne w wodzie kompleksy wykazują także
niektóre pochodne kwasu fosfonowego [HPO(OH)
2
• W kosmetyce wykorzystuje się
tris(fosfonometylo)aminę oraz kwas 1-
hydroksyetano-1,1-difosfonowy (EHDP, kwas
etidronowy)
• Sole obu kwasów są stosowane także jako regulatory
twardości wapniowej wody, m.in. w mydłach
Tris(fosfonometylo)amin
a
EHDP