----- Biuletyn Medycyny Alternatywnej -----
----------------------------------------------------------------------
Jak smakują elektrony?
Czyli co należy wiedzieć o antyoksydantach?
Część 1:
W najbliższych 4 numerach chciałbym poruszyć temat bardzo
niedocenianego, jeśli chodzi o znaczenie problemu, jaką jest równowaga
oksydoreduksyjna zwana w skrócie równowagą redoks. Chciałbym
przybliżyć przede wszystkim kwestie związane z rolą tzw.
antyoksydantów w naszej diecie.
Przypomnijmy krótko, jaka jest istota równowagi redoks?
Różne substancje mogą być w różnym stopniu wysycone elektronami,
bądź też mieć różny ich deficyt. Elektrony mają ładunek ujemny, jeśli
więc związek chemiczny jest wysycony ponad miarę, mówimy, że ma ujemny
potencjał redoks, jeśli ma ich niedobór - dodatni potencjał redoks.
Potencjał ten mierzymy formalnie w woltach, choć poszczególne
potencjały mierzymy w sposób względny porównując z potencjałem zerowym
przyjętym w sposób umowny.
Jeśli jakaś substancja ma dodatni potencjał, czyli ma deficyt
aktywnych elektronów, mówimy, że jest utleniona. Jeśli natomiast ma
ujemny potencjał, mówimy, że jest mocno wysycona elektronami, czyli
jest zredukowana.
Substancje, które są mocno pozbawione elektronów (utlenione), mogą
przyjmować je od innych cząsteczek. Same ulegają one wtedy redukcji.
Owe inne cząsteczki ulegają natomiast utlenieniu. I odwrotnie.
Substancje, które są wysycone elektronami (zredukowane) mogą je
oddawać, czyli ulegać utlenieniu. Cząsteczka, która te elektrony
przyjmuje ulega natomiast redukcji.
Widzimy więc, że reakcje tego typu są zawsze sprzężone, jak coś
się utlenia, to coś innego się redukuje. Utleniacz - utlenia inną
substancję samemu się redukując, reduktor - redukuje inną substancję
samemu się utleniając.
Metale
Przyjrzyjmy się najprostszym substancjom, jakimi są metale. Jak
wiemy niektóre z nich mogą występować na różnych stopniach utlenienia,
np. żelazo może występować na stopniu utlenienia Fe2+ i Fe3+, miedź
może występować jako Cu1+ i Cu2+, mangan jako Mn2+, Mn4+, Mn6+ i Mn7+,
chrom jako Cr3+ i Cr6+. Liczba przy znaku plus oznacza tu
wartościowość, czyli wielkość deficytu elektronów w sztukach przy
każdym atomie. Im wyższa wartość, tym bardziej utleniony jest dany
atom. Metale na różnych stopniach utlenienia mają zupełnie różne
właściwości biologiczne. Przykładowo żelazo przyswajalne jest jedynie
jako Fe2+. Jednak spontanicznie ulega ono utlenieniu do Fe3+. Stąd
duża rola witaminy C jako antyutleniacza. Potrafi ona zredukować
żelazo Fe3+ z powrotem do Fe2+ (samemu się oczywiście utleniając) i
poprawić jego przyswajalność.
W przypadku chromu - właściwa postać przyswajalna i odżywcza to
postać Cr3+. Postać Cr6+ jest natomiast również przyswajalna, jednak
jest wysoce toksyczna. Występują również formy chromu Cr2+ i Cr4+,
jednak są one bardzo nietrwałe, w zależności od towarzystwa szybko
przechodzą one do +3 lub +6.
Jeśli chodzi o mangan - formą używaną przez organizm jest Mn2+.
Przykładem formy Mn7+ jest nadmanganian potasu używany powszechnie w
bardzo małych rozcieńczeniach do dezynfekcji. Wynika to z tego, że
łatwo ulega on redukcji, do form niższych, czyli łatwo utlenia inne
substancje, np. bakterie, czy grzyby. Również miedź występuje w
organizmie głównie jako forma Cu1+ a nie Cu2+. Widzimy więc, że
wykluwa się tu pewna reguła:
*** Metale występują w organizmie przede wszystkim w mniej trwałej
formie zredukowanej ***
Myślę, że nie jest to przypadkowe. Wynika to z faktu, że będąc w
centrum aktywnym enzymu w stanie wyższego wysycenia elektronami
łatwiej katalizują one różnorodne reakcje chemiczne, a w szczególności
reakcje redoks.
W drugiej kolejności przyjrzyjmy się tlenowi, gdyż wokół niego
kręci się większość reakcji redoks. Tlen występuje w przyrodzie na
dwóch stopniach utlenienia: jako gaz na stopniu utlenienia zero O2(0)
oraz jako woda na stopniu utlenienia '-2': O(2-). Postać gazowa jest
postacią o bardzo silnych właściwościach utleniających. Czyli bardzo
łatwo odbiera on elektrony innym substancjom (samemu się przy tym
redukując). Szczególnie łatwo utlenia postać tlenu singletowego O,
czyli nie połączonego w cząsteczkę O2. Głównym sposobem pozyskiwania
energii w organizmie człowieka jest proces spalania substancji
paliwowych (cukru, tłuszczu). W dużym skrócie można wyróżnić w nim
dwie fazy: 1) ekstrahowanie wodoru H z paliwa oraz 2) spalanie wodoru
z tlenem (utlenianie H(0) -> H(1+) sprzężone z magazynowaniem znacznej
części energii tego procesu w cząsteczkach wysokoenergetycznych ATP.
cdn...
część 2:
Wolne rodniki
Aby przejść do dalszych rozważań na temat równowagi redoks w
naszym organizmie niezbędne jest wyjaśnienie pojęcia często używanego
w różnorakiej literaturze, jakim jest WOLNY RODNIK.
Generalnie jest to cząsteczka, która ma na zewnętrznej powłoce
elektronowej jeden bardzo aktywny chemicznie elektron. Taka cząsteczka
zachowuje się w organizmie jak słoń w składzie porcelany - gdzie się
nie ruszy czyni szkody. Wolny rodnik z łatwością utlenia białka, kwasy
nukleinowe i lipidy błon komórkowych. Unieczynnienie wolnego rodnika
jest więc priorytetowym zadaniem komórki i może zajść na dwa sposoby.
Elektron wolnego rodnika chce mieć parę, więc trzeba mu albo dodać
brakujący elektron (zredukować go) albo zabrać nadaktywny elektron
gdzie indziej, czyli go utlenić.
Wolne rodniki powstają w organizmie w wielu naturalnych reakcjach
chemicznych. Można powiedzieć więc, że są integralną częścią Życia.
Jednym z miejsc, gdzie one powstają celowo w organizmie jest ognisko
zapalne, w którym są wytwarzane w dużych ilościach przez leukocyty w
celu niszczenia drobnoustrojów. Nie można więc powiedzieć, że są one
tylko i wyłącznie złe.
Najważniejszym stałym źródłem wolnych rodników w organizmie jest
spalanie wodoru z tlenem. Z każdego litra tlenu, który zużywamy do
spalania, 2% ulega niepełnemu spaleniu do wolnego rodnika tlenowego.
Jest to związane z tym, że tlen jako gaz występuje w formie
dwuatomowej O2, podczas gdy w cząsteczce wody mamy tylko jeden atom
tlenu. Spalanie wodoru w praktyce wygląda więc tak, że najpierw
powstaje woda utleniona H2O2, która następnie jest na różne sposoby
szybko rozkładana. Dziennie powstaje w ten sposób ok.PÓŁ KILOGRAMA
wody utlenionej. Niewielka część, która nie zdąży być rozłożona przez
odpowiednie enzymy przekształca się w różne inne rodniki tlenowe,
które muszą być dezaktywowane.
Drugim ważnym źródłem wolnych rodników są różne procesy
detoksykacji zachodzące głównie w wątrobie, w szczególności
rozkładanie leków i toksyn. Widzimy więc że proces tworzenia wolnych
rodników w organizmie jest stały i dość intensywny i wymaga on
ciągłego ich usuwania.
Antyoksydanty
Do ochrony przed tym strumieniem wolnych rodników organizm
wykorzystuje cały szereg mechanizmów stanowiących ochronę
antyoksydacyjną organizmu. Można w niej wyróżnić kilka elementów:
1. Enzymy antyoksydacyjne: Są to specjalne enzymy wykorzystywane do
usuwania wolnych rodników tlenowych. Najważniejsze z nich to:
dysmutaza nadtlenkowa, katalaza oraz peroksydaza glutationowa.
2. Minerały niezbędne do pracy powyższych enzymów: dysmutaza
nadtlenkowa występuje w dwóch formach. Forma cytoplazmatyczna wymaga
cynku i miedzi a forma mitochondrialna wymaga manganu, katalaza wymaga
żelaza, a peroksydaza glutationowa wymaga selenu.
3. Naturalne substancje antyoksydacyjne. Można wśród nich wyróżnić:
a) witaminy, które są niezbędne dla człowieka: A, C i E;
b) inne substancje występujące w naszym ciele i pożywieniu: np.
koenzym Q10, glutation, kwas alfa-liponowy i inne tzw. pochodne
tiolowe;
c) najróżnorodniejsze flawonoidy roślinne.
Minerały, które są wymienione w punkcie 2, mógłbym wymienić
łącznie z enzymami, gdyż są ich integralną częścią. Umieściłem je
jednak osobno, by podkreślić ich rolę w naszym organizmie.
Wyszczególniłem je osobno, ponieważ wszystkie one, oprócz miedzi, są
bardzo często niedoborowe w naszej diecie.
cdn...
część 3:
O roli cynku można by napisać cały niezależny artykuł. Jest to
najważniejszy mikroelement w naszym organizmie i dość łatwo rozwija
się jego niedobór. Dość wspomnieć, że podawanie cynku w okresie po
operacji przyspiesza gojenie się ran prawie dwukrotnie.
Selen - średnie spożycie w populacji polskiej to ok. 70% uznanego
dobowego zapotrzebowania na ten minerał. Jego główna rola w naszym
organizmie to właśnie udział w wymienionym enzymie usuwającym wolne
rodniki. Istnieją silne przesłanki wskazujące na działanie
przeciwnowotworowe i przeciwgrzybicze selenu.
Mangan - jest mocno niedocenianym minerałem. Odgrywa on bardzo
ważną rolę w mitochondriach, które produkują nam energię. Mitochondria
to takie małe mikroorganizmy z własnym DNA żyjące z nami w ścisłej
symbiozie. Ich DNA jest bardzo wrażliwe na uszkodzenie. A to właśnie w
ścianie mitochondriów powstaje większość wolnych rodników tlenowych.
Jeśli ich DNA ulegnie uszkodzeniu przez wolne rodniki nie będą one
wytwarzać energii, mogą też zacząć produkować jeszcze większe ilości
wolnych rodników tlenowych. Prowadzi to do błędnego koła prowadzącego
do w końcowym etapie do poważnego zaburzenia funkcjonowania całej
komórki.
Żelazo - wszyscy wiedzą, że niedobór żelaza powoduje
niedokrwistość. Tak. Z tym zastrzeżeniem, że niedokrwistość jest
ostatnim objawem niedoboru żelaza. Najpierw brakuje go w tkankach
m.in. na potrzeby usuwania wolnych rodników przez katalazę, która
rozkłada wodę utlenioną. Na niedobór żelaza narażone są w
szczególności kobiety obficie miesiączkujące. Ocenia się, że problem
ten dotyczy ok. 20% populacji kobiet w okresie rozrodczym.
Przejdźmy teraz do krótkiego omówienia witamin o działaniu
przeciwutleniającym. Dwie najważniejsze to witamina C i witamina E.
Człowiek jest jednym z nielicznych zwierząt w przyrodzie, który nie
potrafi wyprodukować sobie witaminy C. Istnieją różne informacje na
temat dobowego zapotrzebowania na tę witaminę. Według tabel wynosi ono
ok. 60 mg. Jednak koza produkuje przykładowo w ciągu doby nawet do 10
gramów (10000mg!). Środowiska akademickie straszą, że spożywanie
takich dużych dawek może spowodować kamicę nerkową. Jednak laureat
nagrody Nobla w 1962 r. Linus Pauling zażywał codziennie nawet do 12g
tej witaminy i dożył w dobrym zdrowiu 93 lat. Myślę, że jest to
straszenie zdecydowanie na wyrost. Wielu badaczy wskazuje, że dziennie
powinno się spożyć minimum 500-1000mg tej witaminy i osobiście
przychylam się do tej opinii. Witamina C absorbuje bezpośrednio wolne
rodniki, tak, że nie wymagają one użycia enzymów antyoksydacyjnych.
Witamina E to bardzo ważny antyoksydant dla ok. 10-15 kilogramów
lipidowych błon komórkowych obecnych w naszym organizmie. Jeden wolny
rodnik tlenowy może tutaj spowodować całą kaskadę reakcji utleniania
nienasyconych kwasów tłuszczowych. Kaskada ta postępuje tak długo, aż
kolejny powstały rodnik kwasu tłuszczowego nie spotka na swojej drodze
witaminy E, która dopiero przerywa łańcuch reakcji. Utlenione
fragmenty kwasów tłuszczowych ulegają przekształceniu m.in. do
dialdehydu malonowego, którego komórka nie potrafi usunąć ze swego
wnętrza. Powstające w dalszym etapie lipofuscyny i ceroidy kumulują
się w komórce do końca życia. Określa się je jako barwniki starości.
Ma to szczególne znaczenie w przypadku komórek nerwowych i
mięśniowych, które są nam dane raz na całe życie. Do regeneracji
witaminy E pływającej w błonach komórkowych wykorzystywana jest m.in.
witamina C.
Witamina A ma szczególne znaczenie jako ochrona antyoksydacyjna w
siatkówce oka.
Kolejny antyutleniacz to koenzym Q10 czyli ubichinon. Jest on
składnikiem tzw. łańcucha oddechowego w błonie mitochondrialnej,
procesu, który przenosi elektrony z wodoru na tlen łapiąc energię,
która się w tym procesie wydziela. Jest to związek, który pływając w
samodzielnie w cytoplazmie sam w sobie jest antyutleniaczem. Organizm
ludzki może go zsyntetyzować, jednak proces syntezy słabnie z wiekiem.
Wynika stąd wskazanie do jego uzupełniania u ludzi starszych. Niedobór
koenzymu Q10 prowadzi do osłabienia procesu produkcji energii w
mitochondrium, która jest potrzebna m.in. do regeneracji, czyli
redukcji innych utlenionych antyoksydantów.
Szczególną grupę antyoksydantów o szerokim spektrum działania,
m.in. wykorzystywanych w procesie utleniania leków i toksyn są tzw.
biotiole czyli związki posiadające grupę -SH. Najważniejsi dwaj
przedstawiciele tej dość dużej grupy to glutation i kwas
alfa-liponowy. Związki z tej grupy potrafią się wzajemnie regenerować,
czyli gdy jeden jest zużywany szybciej, jest on regenerowany kosztem
innych. Na samym końcu łańcucha regeneracji zawsze potrzebna jest
energia. Glutation jest bardzo słabo przyswajalny i jego uzupełnianie
nie specjalnie ma sens. W to miejsce można natomiast podawać kwas
alfa-liponowy, który ma zdolność regeneracji glutationu. W większych
dawkach jest on dostępny jednak jedynie na receptę. Należy zauważyć,
że glutation wykorzystany do wychwytu wolnych rodników może ulec
regeneracji, czyli po utlenieniu przez rodnik może zostać z powrotem
zredukowany do postaci aktywnej. Jeśli jednak jest użyty w procesie
utleniania toksyny bądź leku, jest on bezpowrotnie stracony dla
komórki. Komórka musi wytworzyć całą cząsteczkę glutationu od nowa.
Widać więc, że wszelkie stany związane koniecznością przerobienia
przez wątrobę większych ilości toksyn bądź leków są związane z
potencjalnym deficytem biotioli i większym zagrożeniem wolnymi
rodnikami.
cdn...
część 4:
Doszliśmy wreszcie do olbrzymiej grupy antyutleniaczy, jakimi są
różne flawonoidy roślinne. Jest to grupa bardzo liczna i
niejednorodna. Wspólną ich cechą jest zdolność do reakcji utleniania
lub redukcji w przypadku spotkania wolnego rodnika i zneutralizowanie
go. Zdolność pochłaniania wolnych rodników mierzona jest w skali ORAC
(oxygen radical absorption capacity).
Przykładowa klasyfikacja owoców wg naukowców z USDA Tufts
University przedstawiona jest poniżej:
Owoc wynik ORAC
Mangostan 17000-24000
suszone śliwki 5770
rodzynki 2830
borówki 2400
czarne jagody 2036
truskawki 1546
maliny 1220
śliwki 949
pomarańcze 750
czerwony grejpfrut 483
jabłka 218
gruszki 134
Co wynika z powyższej tabeli? Po pierwsze to, że praktycznie
wszystkie owoce, ale również wiele warzyw, są cennym źródłem
dodatkowych antyoksydantów wspierających nasze własne mechanizmy
ochronne. Po drugie, spośród dostępnych powszechnie w naszym kraju
owoców najwyższą wartość pod tym względem mają śliwki, borówki,
truskawki, maliny.
Po trzecie, powyższe wartości odnoszą się do owoców świeżych.
Trzeba jednak zadać sobie pytanie, co się dzieje w trakcie
przechowywania, przetwarzania i konserwowania tych owoców?
W tym miejscu chciałbym wreszcie przejść do dość przewrotnego
pytania postawionego w tytule tego cyklu artykułów.
*** Jak smakują elektrony? ***
Bardziej formalnie sformułowałbym je następująco: Czy nasz zmysł
smaku posiada zdolność wykrywania substancji o niskim potencjale
redoks, czyli bogatych w antyoksydanty? Odpowiadając na powyższe
pytanie chciałbym Państwu zwrócić uwagę na następujący fakt.
Podręczniki podają, że posiadamy zmysł 4 elementarnych smaków: słony,
kwaśny, gorzki i słodki. Niektórzy dodają jeszcze smak metaliczny. My
natomiast w życiu codziennym dla zobrazowania wartości odżywczej
często używamy takich słów jak "świeży, rześki, orzeźwiający, lekko
szczypiący, ostry". Ich przeciwieństwem są określenia "nieświeży,
mdły, bez smaku". Zauważmy, że wiele produktów, jeśli je przechowujemy
na otwartym powietrzu, traci swoją świeżość, przy czym nie jest to
proces gnicia czy fermentacji. Odizolowanie od powietrza, czyli tlenu
sprawia, że produkty dłużej zachowują świeżość. Kontakt z tlenem
powoduje utlenianie, przy czym najbardziej podatne na utlenianie są
substancje najbardziej zredukowane, czyli antyutleniacze zawarte w
tych produktach. Chciałbym więc postawić całkiem poważną hipotezę
naukową, która oczywiście wymaga dopiero formalnego udowodnienia:
Elektrony smakują świeżo.
cdn...