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 powodujÄ… zmiany w zapisie genetycznym, prowadzÄ…
do jego uszkodzenia i pojawienia siÄ™ groz
nych 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 wiÄ…zanie siÄ™ z czÄ…steczkÄ… 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 zwiÄ…zanie 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 wprowadzajÄ…
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 siÄ™.
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) powstajÄ…ce 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,
" zwiÄ…zki tworzÄ…ce siÄ™ 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 ą-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 poczÄ…tkowo znany tylko jako zwiÄ…zek 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 bądz
Ogórecznikowate.
Związki te występują w roślinach naszych łąk: chwastach, takich jak Starzec
(Senecio sp.), sÄ… 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
wskaz
nikami skażenia środowiska.
19
Działanie radionuklidów
Radionuklidy wykazują wiele różnorakich efektów toksycznych:
" 226Ra wywołuje zmiany nowotworowe kości,
" 90Sr powoduje białaczkę szpikową,
" 137Cs jest przyczynÄ… 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 czÄ…steczce. Najbardziej toksyczne sÄ… zwiÄ…zki,
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
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 groz
ny jest
dichlorodifenylotrichloroetan (DDT).
W badaniach prowadzonych na zwierzętach odnotowano
niekorzystny wpływ DDT między innymi na: układ nerwowy,
wątrobę, nerki i układ odpornościowy.
DDT DDD DDE
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 Åšrodowiska (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.
ZwiÄ…zki te tworzÄ… siÄ™ 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. A
Ä…czÄ…cÄ… je cechÄ…
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) tworzÄ…ce siÄ™ 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 Å‚Ä…czy siÄ™ 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.
Związki przeciwrakotwórcze to związki mające zdolność zapobiegania
powstawania lub rozrostowi nowotworów; mogą być zarówno
pochodzenia naturalnego jak i syntetyczne.
30
Przykłady czynników przeciwrakotwórczych
31
Czynniki blokujÄ…ce
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 blokujÄ…ce cd
wiążące rakotwórcze metabolity 
właściwości takie wykazują w
szczególności związki zawierające
siarkÄ™ 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
ingerują 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 uodparniajÄ…ce
Mechanizmy prowadzące do uodpornienia się komórki na
transformacjÄ™ nowotworowÄ… sÄ… 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
ograniczajÄ… wzrost raka piersi. Substancje te sÄ… naturalnymi
fitoestrogenami roślinnymi występującymi w dużych ilościach w
nasionach soi.
35
Profilaktyka nowotworowa
Obecnie prowadzi siÄ™ 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
wÄ…trobowych powodujÄ…cych
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
czerwoneÃbiaÅ‚e), 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 siÄ™ 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. ZwiÄ…zek 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.
ZwiÄ…zek ten jest przeciwutleniaczem
polifenolowym i chroni organizm
przed procesem peroksydacji lipidów
Spowalnia rozwój nowotworów.
Kurkumina badana jest także jako
potencjalny środek zapobiegający
demencji i chorobie Alzheimera.
41
Rutyna
Rutyna  zwiÄ…zek 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
przeciwutleniajÄ…ce, 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