Wiadomości lekarskie, 2009,LXII,4; 248-256

AAA

Obrona organizmu przed reaktywnymi formami tlenu

Helena Puzanowska-Tarasiewicz, Ludmiła Kuźmicka*, Mirosław Tarasiewicz

Zakład Nauk Chemicznych Wyższej Szkoły Kosmetologii i Ochrony Zdrowia w Białymstoku

Ryc. 1. Wzór melatoniny

Ryc. 2. Wzór rutozydu

Ryc. 3. Wzór koenzymu Q10 (ubichinonu)

Reaktywne formy tlenu (RFT) powstają w sposób ciągły w komórce jako produkty reakcji biologicznych, w których ma miejsce transfer elektronów. Do RFT zaliczamy takie cząsteczki jak: aniorodnik ponadtlenkowy O2•, rodnik hydroksylowy •OH, rodnik wodoronadtlenkowy HO2• oraz nadtlenek wodoru H2O2 i tlen singletowy. Zachowanie homeostazy na poziomie reakcji utleniania i redukcji ma istotne znaczenie dla wielu procesów biologicznych takich jak: synteza DNA, aktywacja enzymów i transkrypcja genów, regulacja cyklu komórkowego i programowana śmierć komórki. Komórki chronią się przed stresem tlenowym za pośrednictwem enzymów antyoksydacyjnych oraz związków, np. endogennych antyoksydantów niskocząsteczkowych.

Obecność tlenu w atmosferze i organizmie człowieka jest powodem powstawania wolnych rodników i reaktywnych form tlenu [1]. Wolne rodniki to cząsteczki lub ich fragmenty z jednym lub większą ilością niesparowanych elektronów. Obecność niesparowanych elektronów powoduje, że wolne rodniki są najczęściej bardzo reaktywne. I tak rodnik mający tylko jeden elektron będzie dążyć do jego sparowania, aby utworzyć trwałe połączenie, najlepiej w reakcji z drugim rodnikiem (rekombinacja). Jednak najczęściej do takiego spotkania nie dochodzi i rodniki reagują z cząsteczką najbliższą miejsca swego powstawania, inicjując tym samym cały łańcuch reakcji, w których przekazywane są elektrony.

Reakcje rodników z DNA, białkami i lipidami, a zwłaszcza nagromadzanie się produktów uszkodzonych tychże biopolimerów, to początek procesów degeneracyjnych, które w konsekwencji mogą prowadzić do rozwoju wielu chorób oraz starzenia się organizmu [2].

REAKTYWNE FORMY TLENU

Tlen z powietrza, którym oddychamy, to cząsteczki w stanie podstawowym, tzw. tlen trypletowy, 3O2••. Mimo dwóch niesparowanych elektronów, tlen trypletowy jest mało reaktywny. Może on reagować jedynie z cząsteczkami posiadającymi dwa niesparowane elektrony o równoległych spinach, ale antyrównoległych (skierowanych przeciwnie) w stosunku do spinów dwóch niesparowanych elektronów w tlenie trypletowym. Jest to możliwe, gdy utleniana cząsteczka występuje w stanie trypletowym (o co nie jest łatwo), bądź nastąpi odwrócenie spinu jednego z elektronów takiej cząsteczki - co wymaga nakładu energii [1].

Z kolei stan podstawowy większości cząsteczek jest stanem singletowym. Dlatego tlen trypletowy, który ma trudności ze znalezieniem odpowiednich „partnerów” do reakcji dwuelektronowej, reaguje z wieloma związkami jednoelektronowo - przyjmując od nich jeden elektron i tworząc anionorodnik ponadtlenkowy O2•. Anionorodnik - cząsteczka, która jest wolnym rodnikiem z jednym niesparowanym elektronem i anionem, gdyż posiada dodatkowo elektron - występuje w roztworach wodnych razem ze swoją formą protonową: rodnikiem wodoronadtlenkowym HO2•. Przyłączenie kolejnego elektronu do anionorodnika ponadtlenkowego daje produkt nierodnikowy - nadtlenek wodoru H2O2. Jednak najbardziej reaktywny z rodników, jakie występują w układach biologicznych to rodnik hydroksylowy •OH. Reaguje on natychmiast z cząsteczkami w najbliższym sąsiedztwie. Jak wiadomo, agresywne rodniki •OH powstają wskutek reakcji Fentona lub Habera-Weissa, w których uczestniczą jony żelaza [3].

W toku prawidłowych procesów metabolicznych, poprzez kolejne dodawanie po jednym elektronie powstaje sekwencja produktów [2]:

O2 → O2• → H2O2 → •OH → H2O

Proces ten sumarycznie można zapisać jako:

O2+4 e+4 H+ → 2 H2O

Reakcja ta jest egzoenergetyczna (towarzyszy jej uwalnianie energii), a produkt reakcji - woda jest związkiem niereaktywnym wobec składników komórki. Cząsteczka tlenu nie zawsze ulega pełnej czteroelektronowej redukcji. Dlatego tlen jest znacznie mniej reaktywny niż można byłoby tego po nim oczekiwać.

W cząsteczce tlenu jednak pod wpływem dostarczonej energii (np. zaabsorbowania kwantu promieniowania nadfioletowego) może nastąpić przegrupowanie elektronów, umożliwiające sparowanie elektronów w tlenie trypletowym. Wzbudzenie trypletowej cząsteczki tlenu może prowadzić więc do stanu singletowego. Tlen singletowy, w przeciwieństwie do tlenu trypletowego, może łatwo reagować ze związkami w stanie singletowym. Dlatego tlen singletowy, podobnie jak H2O2, zaliczany jest do RFT jako cząsteczka bez charakteru rodnikowego.

Do cząsteczek nierodnikowych zaliczany jest także ozon O3 [4].

Powstaje on w warunkach dobrego nasłonecznienia i wysokiej temperatury:

O2-(hv)->O+O                O+O2 -> O3

oraz fotoutleniania:

NO2•+O2-(hv)->NO•+O3.

Reaktywne formy tlenu reagują ze składnikami organicznymi. Reakcje te mogą mieć niepożądane, a nawet groźne dla organizmów skutki [3]. Uważa się, że stres oksydacyjny odgrywa ważną rolę w patogenezie wielu chorób, takich jak: nowotwory, choroby sercowo-naczyniowe oraz schorzenia neurodegeneracyjne (np. choroba Alzheimera) [5]. Stres ten pojawia się wówczas, gdy wystąpi zaburzenie równowagi między (nadmierną) produkcją RFT a (niewystarczającą) wydolnością obrony antyoksydacyjnej organizmu. Inaczej, stres oksydacyjny w komórce to przesunięcie równowagi utleniania i redukcji w stronę utleniania. Odpowiedzią komórki jest wzmożenie aktywności enzymów chroniących przed RFT. W obronie przed RFT organizm wykorzystuje także mechanizmy nieenzymatyczne, np. przeciwutleniacze endogenne.

MECHANIZMY OBRONY PRZED RFT

Aby zrozumieć, jak organizm broni się przed RFT, należy rozważyć procesy utleniania i redukcji (w skrócie procesy redoks) w komórkach. Otóż w komórkach istnieje równowaga pomiędzy poziomem reaktywnych form tlenu a aktywnością komórkowego systemu antyoksydacyjnego. W systemie tym, zwanym też barierą antyoksydacyjną, uczestniczy wiele cząsteczek, które pełnią rolę antyoksydantów, np. glutation (tripeptyd obecny w cytoplazmie komórki, syntezowany w organizmie) oraz szereg mechanizmów enzymatycznych - dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza i peroksydaza glutationowa. Mechanizmy te kontrolują procesy utleniania i redukcji w komórkach usuwając nadmiar rodników. Przykładowo enzymy „naprawcze” DNA (nukleazy, glikozydazy, ligazy, polimerazy) nieustannie „wycinają” zmodyfikowane oksydacyjnie fragmenty i usuwają addukty DNA (wiązania krzyżowe „cross-linking” DNA-DNA i DNA-białko). Utlenione fragmenty lipidów są usuwane z błon przez fosfolipazy. Napraw utlenionych kwasów tłuszczowych dokonują transferazy i acetylotransferazy, zaś uszkodzonych białek - peptydazy, proteazy, proteinazy [1].

Jeśli do organizmu wtargną drobnoustroje chorobotwórcze - wirusy, bakterie, pasożyty, reaguje on w ten sposób, że wysyła do ich niszczenia komórki fagocytów (makrofagi, granulocyty, monocyty). Uruchomiony zostaje mechanizm obronny polegający na produkowaniu silnych oksydantów (NO•, O2•, H2O2), które eliminują drobnoustroje niszcząc ich białka i lipidy błony komórkowej. W procesach tych powstają rodniki i inne reaktywne związki wnoszące swój wkład do puli oksydacyjnych uszkodzeń macierzystych tkanek [5]. Pojawienie się bowiem cząsteczki NO• nie tylko zmienia oksydacyjny potencjał komórki, ale ma też wpływ na procesy sygnalizacyjne z udziałem enzymów [1].

W komórkach i tkankach ważna jest sygnalizacja. Do komórek docelowych docierają substancje sygnałowe krążące we krwi lub wydzielane do przestrzeni międzykomórkowej. Łączą się one z receptorami w błonie komórkowej, a dalej sygnały przenoszone są przez białka G. Cząsteczkami sygnalizacyjnymi mogą być hormony, neuroprzekaźniki (np. adrenalina) oraz niektóre rodniki, np. NO•, wpływające na aktywność kinaz MAP (kinazy białkowe aktywowane przez mitogeny). Dość dobrze poznano rolę NO• w układzie sercowo-naczyniowym oraz jako neuroprzekaźnika regulującego stężenie jonów Ca2+ i glutationu [1].

Opisane powyżej mechanizmy powodują, że organizm człowieka na ogół dobrze broni się przed stresem oksydacyjnym (nitrozacyjnym), a w komórkach panuje homeostaza, czyli równowaga procesów utleniania i redukcji. Równowagę redoks w komórkach określa jej potencjał, tj. stosunek formy zredukowanej glutationu (GSH) do utlenionej (GSSG), zawierającej mostek tiolowy -SS- oraz ilość H2O2. Tkanki zwierząt (zwłaszcza ssaków) zawierają peroksydazę glutationową, która nie jest hemoproteiną, ale zawiera selen i usuwa H2O2.

Katalizuje ona reakcję pomiędzy glutationem a nadtlenkiem wodoru, w wyniku której powstaje forma utleniona glutationu, czyli disulfid glutationu (GSSG) [1]:

2 GSH+H2O2-(peroksydaza glutationowa)->GSSG+2 H2O

Młode komórki mają dużo zredukowanego glutationu i niski poziom H2O2. Starzeniu się komórki towarzyszy utlenianie, równolegle następuje wzrost stężenia utlenionej formy glutationu i wzrost stężenia wewnątrzkomórkowego H2O2. Potencjał komórki zmienia się w fazie apoptozy i wynosi ok. -150 mV, podczas gdy w fazie rozwojowej potencjał ten waha się w granicach od -230 do -260 mV [3].

Do fizjologicznych następstw stresu oksydacyjnego, poza obniżeniem stosunku zredukowanego do utlenionego glutationu (GSH/GSSG), należy obniżenie stężenia ATP (adenozynotrifosforanu będącego głównym metabolitem energetycznym) oraz wzrost stężenia jonów wapnia w cytoplazmie. Efekty te są głównie następstwem uszkodzeń aktywnych metabolicznie białek, zawierających grupy SH, co powoduje zmiany w ich konformacji i hamowanie aktywności [1] oraz prowadzi do inaktywacji białek. Z peroksydazą glutationową współdziała jednak reduktaza glutationowa - enzym odtwarzający zredukowaną formę glutationu.

W toku ewolucji powstało szereg mechanizmów enzymatycznych, które kontrolują procesy utleniania i redukcji w komórkach, usuwając nadmiar rodników [6]. Przede wszystkim należą do nich, poza peroksydazami glutationowymi, enzymy: dysmutaza ponadtlenkowa i katalaza. W organizmach ssaków występują trzy rodzaje dysmutaz ponadtlenkowych (SOD) - w cytoplazmie występuje enzym zawierający miedź i cynk, w macierzy mitochondrialnej - dysmutaza zawierająca mangan oraz pozakomórkowa dysmutaza - zawierającą białko z miedzią, cynkiem.

Dysmutaza ponadtlenkowa jest enzymem katalizującym reakcję dysmutacji i anionorodnika ponadtlenkowego: 

O2•+O2•+2 H+→H2O2+O2

Z kolei enzym katalaza katalizuje reakcję dysproporcjonowania (dysmutacji) nadtlenku wodoru [7]:

2 H2O2 <-> O2+2 H2O

Szereg innych białek enzymatycznych także chroni przed RFT poprzez działanie prewencyjne: katalizują one reakcje nie wytwarzające RFT, konkurencyjne względem reakcji generujących anionorodnik ponadtlenkowy czy nadtlenek wodoru. Jednym z takich białek jest ceruloplazmina utleniająca jony żelaza (II) do żelaza (III).

Jest to istotne, gdyż od dawna znana jest reakcja Dentona, czyli reakcja nadtlenku wodoru z jonami żelaza (II):

Fe2++H2O2→•OH+OH-+Fe3+

W jej wyniku tworzy się bardzo reaktywny rodnik hydroksylowy •OH oraz anion hydroksylowy OH-.

W krwinkach czerwonych występuje enzym reduktaza methemoglobinowa, który redukuje methemoglobinę do hemoglobiny. W ciągu doby około 3% hemoglobiny ulega utlenieniu do methemoglobiny, przy czym powstają O2•. Inne mechanizmy obronne w organizmie ludzkim opisano w monografii Bartosza [5], natomiast znaczenie antyoksydantów w prewencji i leczeniu wybranych stanów chorobowych w pracy przeglądowej Ciołkowskiego i Budzisza [8].

WYBRANE ANTYOKSYDANTY

Antyoksydanty to substancje, które obecne w małym stężeniu - w porównaniu do stężenia związku ulegającego utlenieniu - silnie hamują jego utlenianie. Są to różne związki chemiczne o właściwościach redukujących, m.in. flawonoidy i polifenole [9, 10], karotenoidy i retinol [11], witaminy E i C [12, 13], połączenia witamin i mikroelementów [14] oraz antyoksydanty świata roślin [6]. Ważne są także inne związki, takie jak: melatonina [15], metionina [16] i inne [17].

W miarę jak starzejemy się, nasza skóra staje się cieńsza, obwisła, pomarszczona, a kolagen ulega degeneracji. Ponadto dochodzi do spadku syntezy kolagenu. Witamina A (nie tylko kwas, ale też palmitynian i octan retinylu) przeciwdziała niemal wszystkim zmianom związanym ze starzeniem się i uszkodzeniem przez promieniowanie nadfioletowe. Jeśli skóra ulega uszkodzeniu pod wpływem słońca, witamina A pomaga przywrócić jej miękkość (stara pomarszczona skóra wygładza się) [18]. Retinoidy (witamina A i jej pochodne) redukują wiele skutków posłonecznego starzenia się skóry (fotostarzenia).

Witamina A warunkuje prawidłowy rozwój i funkcjonowanie komórek skóry i błony śluzowej narządów wewnętrznych, ma korzystny wpływ na regenerację skóry oraz proces rogowacenia naskórka, podwyższa barierę ochronną skóry [19].

Do najsilniejszych przeciwutleniaczy występujących w przyrodzie należy zaliczyć b-karoten (prowitamina A), zwłaszcza w połączeniu z witaminami C i A. Obszerne omówienie działania witaminy C i E oraz flawonoidów na skórę można znaleźć w pracy przeglądowej Arcta [20].

Melatonina (ryc. 1) występująca w bakteriach, glonach i wielu roślinach [21], a u ssaków wytwarzana głównie w szyszynce, wykazuje silne właściwości antyutleniające i usuwa reaktywne formy tlenu podobnie jak witamina E oraz glutation. Reguluje także aktywność enzymów systemu antyoksydacyjnego, szczególnie peroksydazy i reduktazy glutationowej oraz katalazy [22]. Jest rozpuszczalna w roztworach wodnych oraz lipidach, może więc pełnić rolę antyutleniacza hydrofilowego i hydrofobowego [23]. Ta cecha oraz jej niewielka cząsteczka powoduje, że może łatwo przemieszczać się pomiędzy poszczególnymi kompartmentami komórki, chroniąc je przed nadmiarem reaktywnych form tlenu.

We wszystkich epokach i kręgach kulturowych człowiek wykorzystywał rośliny jako surowce lecznicze i kosmetyczne. Kosmetyki naturalne, których np. składową o największym procentowym udziale wśród składników czynnych kosmetyku są wyciągi z roślin: alkoholowe, glikolowe i olejowe oraz - ostatnio - suche ekstrakty, zawierają biologicznie aktywne związki, warunkujące określone działanie na skórę. I tak np. melatonina chroni tkanki roślinne przed stresem oksydacyjnym wywołanym czynnikami środowiskowymi, takimi jak: zmiany stężenia ozonu, wysoka i niska temperatura, UV, zanieczyszczenia [24].

Szczególną rolę w systemie obronnym przed RFT poświęca się zawartym w roślinach związkom chemicznym o aktywności przeciwutleniającej, biorącym udział w usuwaniu nadmiaru wolnych rodników, krążącym w naszym organizmie. Dezaktywacja wolnych rodników powoduje korzystne efekty zdrowotne: zwalnia procesy starzenia, w pewnym stopniu zapobiega chorobie nowotworowej skóry, wykorzystuje korzystne właściwości reperacji (zdolność do regeneracji mają tylko komórki naskórka, ze względu na obecność unipotencjalnych komórek macierzystych) tkanek uszkodzonych na skutek nadmiernego nasłonecznienia skóry [25].

Naturalnymi antyoksydantami są polifenole [26], do których zalicza się kwasy fenolowe - pochodne kwasu benzoesowego i cynamonowego oraz flawonoidy i inne (ok. 5000 związków). Dzięki swoim właściwościom polifenole mogą neutralizować wolne rodniki różnego typu, poczynając od rodników hydroksylowych i anionorodnika, a na rodnikach lipidowych kończąc [26]. Polifenole - szeroko rozpowszechniona grupa związków w różnych częściach roślin - wykazują wielostronną aktywność biologiczną, m.in. wychwytują wolne rodniki, chronią przed utlenianiem lipidów spoiwa międzykomórkowego, wywierają korzystny wpływ na syntezę kolagenu. W głębszych warstwach naskórka mogą one wpływać na aktywność enzymów, aż wreszcie najgłębiej, w skórze właściwej wpływają na stan naczyń krwionośnych i stymulują mikrokrążenie skórne [27]. Działają one przede wszystkim przeciwrodnikowo oraz są doskonałym, naturalnym filtrem promieniochronnym, zwłaszcza wobec promieni UVA uszkadzających skórę właściwą.

Związkiem flawonoidowym dominującym w roślinach nie tylko z rodzaju Forsythia, ale także w pozostałych rodzajach z rodziny Oleaceae, okazał się rutozyd (ryc. 2).

Jednym z bogatszych źródeł rutozydu są kwiaty i liście forsycji [28]. Rutozyd jest glikozydem flawonoidowym i posiada zdolność wychwytywania wolnych rodników. Spełnia także rolę ochronną dla erytrocytów przed ich oksydacyjną hemolizą i hamuje hiperproliferację komórek [29].

W systemie obronnym przed szkodliwym działaniem wolnych rodników uczestniczy metionina - aminokwas siarkowy (CH3-S-CH2-CH(NH2)-COOH) biorący udział w syntezie białek i powstawaniu S-adenozylometioniny [16]. Jej przeciwutleniające działanie przejawia się zmniejszeniem peroksydacji lipidów oraz ochroną zredukowanej formy glutationu. Stwierdzono bowiem, iż łączne podawanie metioniny i witaminy E skuteczniej chroni komórkę przed peroksydacją lipidów niż stosowanie wyłącznie witaminy E. Źródłem metioniny jako aminokwasu egzogennego jest głównie mięso wołowe, drobiowe, ryby, jajka i produkty mięsne oraz białka endogenne.

Metionina bierze udział w syntezie glutationu - podstawowego przeciwutleniacza w organizmie. Pod wpływem oksydantów metionina jest przekształcana do sulfotlenku, z którego jest ponownie odtwarzana przy udziale reduktazy sulfotlenku metioniny.

Dzięki tym procesom cyklicznym reszty metioninowe białek mogą pełnić funkcję odwracalnych „zmiataczy” reaktywnych form tlenu i azotu [16]: 

metionina+H2O2→sulfotlenek metioniny

sulfotlenek metioniny+NADPH+H+→ → metionina+NADP++H2O

gdzie: NADPH - zredukowana postać NADP (równoważnik redukcyjny), a NADP - fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego.

Fizjologicznym źródłem równoważników redukcyjnych dla reduktazy sulfotlenku metioniny jest zredukowana tioredoksyna. Utleniona tioredoksyna, powstająca w w/w reakcji, jest redukowana przez NADPH w reakcji katalizowanej przez reduktazę tioredoksyny.

Uważa się, że zmniejszona aktywność reduktazy sulfotlenku metioniny przyczynia się do rozwoju chorób związanych z wiekiem, np. choroby Parkinsona, Alzheimera oraz skrócenia długości życia [16].

Metionina wykazuje także zdolność do chelatowania metali ciężkich, np. Pb. Wykazano, że zmniejsza znacząco stężenie Pb w wątrobie, nerkach oraz we krwi. Antyoksydacyjne działanie metioniny wykazano także w czasie intoksykacji etanolem, zmniejszała ona natężenie peroksydacji lipidów i białek w nerkach, płucach, jądrach i jajnikach [16]. Antyoksydacyjne właściwości metioniny skłaniają do dalszych badań nad jej wykorzystaniem w warunkach stresu oksydacyjnego, który charakteryzują wzmożone procesy wolnorodnikowe. Jednak z powodu wysokiej toksyczności homocysteiny, tworzącej się w procesach metabolicznych metioniny w wątrobie, konieczne jest monitorowanie jej stężenia oraz ilości przyjmowanej dawki [16].

Na proces zahamowania starzenia się skóry poza witaminami A, E i C oraz wielonienasyconymi kwasami tłuszczowymi wpływa koenzym Q10 (ryc. 3).
 
W komórkach ssaków liczba jednostek izoprenowych wynosi z reguły 10, w komórkach bakterii najczęściej 6, stąd oznaczenie Q10 oznacza obecność 10 jednostek izoprenowych w cząsteczce [30]. Związek ten chroni komórkę przed toksycznymi skutkami działania wolnych rodników tlenowych powstających pod wpływem wielu czynników, np. stresu czy promieniowania UV, poprzez obniżenie stopnia peroksydacji lipoprotein o niskiej gęstości. Endogenny koenzym Q10 produkowany jest w wystarczających ilościach jedynie do 35. roku życia. Po tym czasie jego produkcja znacznie spada. Głównym miejscem magazynowania egzogennego koenzymu Q10 jest wątroba. Powstaje on w wyniku przemian tyrozyny i kwasów tłuszczowych, wchodzi w skład łańcucha oddechowego jako ruchomy przenośnik elektronów ze zredukowanych koenzymów na cytochromy. Jest rozpuszczalny w tłuszczach i występuje w mitochondriach każdej komórki żywego organizmu.

Koenzym Q10 jest obecny nie tylko w błonie mitochondriów, ale również w błonach takich elementów komórkowych jak retikulum endoplazmatyczne, lizosomy oraz peroksysomy. Poza funkcją pełnioną w łańcuchu oddechowym, koenzym Q10 w formie zredukowanej (CoQ10H2) jest jednym z głównych antyoksydantów w błonach komórkowych, nieustannie narażonych na działanie wolnych rodników. Chroni lipidy i białka błonowe przed procesami utleniania, przez co hamuje procesy starzenia się komórek [30].

Należy jeszcze wspomnieć o selenie, zwanym pierwiastkiem życia. Jego główna rola, podobnie jak witaminy E, związana jest w organizmie z kontrolą peroksydacji lipidów oraz syntezy DNA i RNA [31]. Jedną z najważniejszych funkcji selenu jest udział w detoksykacji wolnych rodników oraz nadtlenków.

W wyniku procesów starzenia się, oddziaływania czynników środowiskowych, np. promieniowania jonizującego lub różnych związków chemicznych, rośnie synteza wolnych rodników, a obniża się zdolność ich detoksykacji. Liczne bowiem procesy utleniania komórkowego przebiegają przez stadium wolnych rodników. Związki selenu inaktywują wolne rodniki. Czynią to przez oddawanie lub przyjmowanie elektronów, przez co przekształcają wolne rodniki w stabilne formy, łatwiej niż analogiczne związki siarki [32].

Brak selenu w organizmie powoduje zmniejszenie aktywności enzymu selenozależnego - peroksydazy glutationowej, obecnej w mitochondriach i cytozolu komórki. Enzym ten zbudowany jest z czterech jednakowych podjednostek. W skład każdej z nich wchodzi po jednym atomie selenu związanego z cysteiną [5]. Spadek aktywności peroksydazy glutationowej powoduje zmniejszenie ilości zredukowanych tioli, m.in. glutationu, co nasila spadek aktywności peroksydazy glutationowej oraz zwiększenie ilości wolnych rodników. Zapotrzebowanie na selen wzrasta przy niedoborze witaminy E, stresie oksydacyjnym czy biotransformacji leków [32]. Chemiczne aspekty roli selenu w mechanizmach obronnych organizmu opisano w wielu pracach [32, 33].

Poza selenem, w procesach antyoksydacyjnych uczestniczą:

• mangan - ważny pierwiastek ochraniający mitochondria przed działaniem wolnych rodników (spowalnia starzenie się mitochondriów),

• żelazo - składnik enzymu katalazy rozkładającego H2O2 w organizmie [34],

• cynk - składnik dysmutazy nadtlenkowej (Zn-SOD), usuwającej wolne rodniki z cytoplazmy komórek [35].

Rola antyoksydantów w prewencji i leczeniu różnych chorób była przedmiotem wielu badań i została opisana w jednym z artykułów przeglądowych [8].

Ostatnio Śmiechowska i wsp. [17] opisali właściwości przeciwutleniające związków pochodzących z najczęściej spożywanych owoców i jarzyn, które zawierają:

• flawonoidy - najbardziej poznanym związkiem jest kwercetyna i jej glikozydy, występująca np. w cebuli i owocach z drzew; kemferol - owoce jagodowe; katechina - zielona herbata, winogrona; rutyna - gryka, owoce cytrusowe; chryzyna, luteolina, apigenina - kapusta, kalafior;

• antocyjany - grupa barwników występująca głównie w owocach jagodowych, np. aronii (zawiera dodatkowo katechiny) [36], żurawinie, czarnych jagodach, malinach, truskawkach;

• karotenoidy - grupa rozpuszczalnych w tłuszczach (lipofilowych) pomarańczowo-czerwonych barwników, np. a-karoten, b-karoten, likopen występujące głównie w marchwi i pomidorach;

• betalainy - barwniki występujące w buraku czerwonym, np. betacyjanina, betanidyna, izoprebetanina [17].

Stwierdzono, że istnieje odwrotna zależność między ilością spożywanych warzyw i owoców a zachorowalnością na choroby (miażdżyca, cukrzyca, nowotwory, choroby ośrodkowego układu nerwowego) związane ze stresem oksydacyjnym. Sugeruje to, że częsta konsumpcja naturalnych przeciwutleniaczy obniża ryzyko występowania tych chorób.

PODSUMOWANIE

Bez tlenu nie mogłoby istnieć życie w obecnej formie. Jednak ten niezbędny dla żywych komórek pierwiastek może być źródłem reaktywnych form tlenu (RFT). Są to rodniki O2•, •OH, HO2•, RO•, ROO• oraz H2O2 i tlen singletowy. Chociaż oksydaza cytochromu C i pozostałe białka redukujące O2 są niezwykle sprawne w zatrzymaniu intermediatów [37], a rolę obronną przed uszkodzeniami oksydacyjnymi komórki powodowanymi przez RFT spełniają:

• dysmutaza ponadtlenkowa - enzym usuwający rodniki ponadtlenkowe O2•;

• katalaza - białko zawierające hem, które katalizuje rozkład H2O2 do H2O i O2;

• zredukowany glutation (GSH) - tripeptyd z wolną grupą tiolową,

to nieuniknione jest tworzenie się anionu ponadtlenkowego i nadtlenku wodoru, a z H2O2 -  rodnika hydroksylowego •OH.

Duża akumulacja RFT w organizmie w wyniku zaburzonego metabolizmu komórkowego oraz działania czynników zewnętrznych może prowadzić do naruszenia równowagi pomiędzy reakcjami wolnorodnikowymi i przeciwutleniającymi, a w dalszej kolejności do uszkodzenia struktur komórkowych. W obronie przed RFT organizm wykorzystuje antyoksydanty endogenne.

Do czynników przeciwdziałających uszkodzeniom oksydacyjnym należą witaminy E i C oraz inne antyoksydanty egzogenne. Te ostatnie związki występują w owocach i warzywach, np. flawonoidy, antocyjany, katechiny, karotenoidy, betalainy.

..............................................................................................................................................................

PIŚMIENNICTWO

1.     Grzenkowicz J., Wojtkowiak D., Podhajska A.J.: Reaktywne formy tlenu jako cząsteczki sygnałowe. Pol J Cosmetol 2002; 2: 90-106.

2.     Puzanowska-Tarasiewicz H., Starczewska B., Kuźmicka L.: Reaktywne formy tlenu. Bromat Chem Toksykol 2008; XLI: 1007-1015.

3.     Halliwell B., Gutteridge J.M.C.: Free radicals in biology and medicine. Oxford University Press Oxford New York 1999.

4.    Mudway I.S., Kelly F.J.: Ozone and the lung: a sensitive issue. Mol Aspects Med 2000; 21: 1-48.

5.     Bartosz G.: Druga twarz tlenu. Wolne rodniki w przyrodzie. Wyd Nauk PWN, Warszawa 2003.

6.     Ball S.: Antyoksydanty w medycynie i zdrowiu człowieka. Medyk, Warszawa 2001.

7.     Lippard S.J., Berg J.M.: Podstawy chemii bionieorganicznej. Wyd Nauk PWN, Warszawa 1998.

8.    Ciołkowski M., Budzisz E.: Znaczenie antyoksydantów w prewencji i leczeniu wybranych stanów chorobowych. Pol J Cosmetol 2007; 10: 31-49.

9.     Erlund I.: Review of the flavonoids quercetin, hesperetin, and narigenin. Dietary sources, bioactivities, bioavailability, and epidemiology. Nutr Res 2004; 24: 851-874.

10.     Potargowicz E., Szerszenowicz E.: Polifenole w kosmetyce. Pol J Cosmetol 2006; 9: 70-76.

11.     Fernandes D., Davies D.: Witamina A, naturalne przeciwutleniacze i chemeksfoliacja w chirurgii plastycznej, kosmetycznej i odtwórczej. Pol J
Cosmetol 2003; 1: 44-50.

12.     Jacob R.A., Sotoudeh G.: Vitamin C function and status in chronic disease. Nutr Clin Care 2002; 5: 66-74.

13.    Puzanowska-Tarasiewicz H.: Właściwości fizykochemiczne i metody oznaczania kwasu askorbinowego. Farm Pol 1983; 39: 267-275.

14.    Klein E.A.: Selenium and vitamin E cancer prevention trial. Ann NY Acad Sci 2004; 1031: 234-241.

15.     Van Tassel D.L., Roberts N., Lewy A., O'Nell S.D.: Melatonin in plant organs. J Pineal Res 2001; 31: 8-15.

16.     Błaszczyk I., Birkner E., Jamroz-Szłappa T.: Metionina - rola fizjologiczna i toksyczność. Farm Pol 2007, 63: 65-68.

17.     Śmiechowska A., Kusznierewicz B., Bartoszek A., Namieśnik J.: Badania właściwości przeciwutleniających związków pochodzących z najczęściej spożywanych owoców i warzyw. Analityka 1008; 4: 26-30.

18.     Sieradzan-Skrzetuska R.: Suplementacja wybranych składników pokarmowych a fotostarzenie się skóry. Pol J Cosmetol 2004; 1: 27-35.

19.     Molski M.: Chemia piękna. Wyd Nauk PWN, Warszawa 2009.

20.     Arct J., Pytkowska K.: Ochrona skóry przed egzogennymi czynnikami starzeniowymi. Wiadomości PTK, 2003; 6: 2-6.

21.     Hernandez-Ruiz J., Cano A., Arnao M.B.: Melatoin: a growth stimulating compound present in lupin tissue. Planta 2004; 220: 140-144.

22.     Janas K., Szafrańska K., Posmyk K.: Melatonina w roślinach. Kosmos 2005; 54: 251-258.

23.     Balzer I.R., Hardeland R.: Melatonin in algae and higher plants - possible new roles as phytohormone and antioxidant. Botanica Acta 1996; 109: 180-183.

24.     Cardinali D.P., Pevet P.: Basic aspects of melatonin action. Sleep Med Rev 1998; 2: 175-190.

25.     Wolf C., Steiner A., Honigsman H.: Do oral caretonoids protect human skin against ultraviolet. J Invest Dermatol 1988; 90: 55-57.

26.     Robak J., Gryglewski R.J.: Bioactivity of flavonoids. Pol J Pharmacol 1996; 48: 555-564.

27.     Potargowicz E., Szerszenowicz E.: The role of reactive species in ageing process. Pol J Cosmetol 2005; 2: 88-92.

28.     Tokar M., Klimek B.: Rośliny z rodzaju Forsythia jako źródła naturalnych antyoksydantów i fotoestrogenów. Bromat Chem Toksykol 2007; XL: 45-55.

29.     Boyle S.P., Dobson V.L., Duthie S.J. i wsp.: Bioavailability and efficiency of rutin as an oxidant. Eur J Clin Nutr 2000; 54: 774-782.

30.     Brzeziński K.: Koenzym Q10 w suplementach diety i kosmetykach. Rynek Chemiczny 2008; 1: 7-9.

31.     Żbikowska H.M.: Metabolizm selenu w komórce i organizmie człowieka. Postępy Biol Kom 1997; 24: 303-313.

32.     Wesołowski M., Ulewicz B.: Selen - pierwiastek śladowy niezbędny dla człowieka, występowanie, znaczenie biologiczne i toksyczność. Farm Pol 2000; 56: 1004-1019.

33.     Rayman M.P.: The importance of selenium to human heath. Lancet 2000, 356: 233-241.

34.     Nogowska M., Jelińska A., Muszalska J., Stanisz B.: Funkcje biologiczne makro- i mikroelementów. Farm Polska 2000; 56: 995-1003.

35.     Glinka R.: Zastosowanie cynku i jego pochodnych w formach farmaceutycznych i kosmetycznych. Pol J Cosmetol 2001; 1: 17-24.

36.     Wawer I.: Aronia - polski paradoks. Agropharm SA, Warszawa 2005.

37.     Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L.: Biochemia. Wyd Nauk PWN, Warszawa 2005.

---