Reaktivne kisikove spojine in antioksidanti

Gregor Vidmar, Ana Jezeršek..., 9. 1. 2012

Prosti radikali in drugi kisikovi derivati v telesu neprekinjeno nastajajo kot posledica presnovnih procesov. Reaktivne kisikove spojine (v nadaljevanju RKS) so stranski produkti dihalne verige, sintetizirajo jih encimi monocitno-fagocitnega sistema, nastajajo pa tudi kot posledica ionizirajočega sevanja ipd.

Če se kisik reducira za en elektron (dobi en elektron), dobimo superoksidni anion (O2-), ki ni posebno reaktiven, je pa prekurzor večine RKS ter mediator v oksidativni dihalni verigi. Superoksidni anion se pretvori v bolj reaktivni vodikov peroksid (H2O2). Slednji se ali popolnoma reducira v vodo ali pa poteče delna redukcija v hidroksilni radikal OH∙.

Proti škodjivim učinkom reaktivnih kisikovih spojin celice uporabljajo izpopolnjene zaščitne mehanizme, ki vključujejo encime, številne neencimske antioksidante, ter osnovno omejitev procesov, pri katerih nastajajo RKS, na določene kompartmente.

Oksidativni stres

Do oksidativnega stresa pride, ko je v celici hitrost nastajanja RKS večja od hitrosti odstranjevanja teh spojin. Telesna aktivnost poveča nastajanje prostih radikalov: 2 – 5% kisika, ki se porablja v mitohondrijih, se porabi za tvorbo prostih radikalov. Prosti radikali napadajo sestavne dele celic, zlasti membranske lipide. Napad na lipide sproži verižno reakcijo imenovano lipidna peroksidacija, ki vodi v tvorbo dodatnih radikalov in reaktivnih kisikovih spojin.

Pri dokazovanju akutnega oksidativnega stresa so različne raziskave uporabljale različne markerje stresa v krvi in urinu. Nekaj raziskav je merilo količino določenih markerjev v mišičnem tkivu in vivo. Najpogosteje so merili količino stranskih produktov lipidne peroksidacije (izdihan pentan, malondialdehidi (nastanejo iz lipidnih peroksidov), izoprostani, konjugirani dieni).

Encimi kot antioksidanti

Celice imajo številne encimske mehanizme za zaščito pred poškodbami, ki jih povzročajo RKS. Superoksidna dimutaza (SOD) je primarni obrambni encim zoper oksidativni stres. Nahaja se v treh izoencimskih oblikah: Cu+-Zn2+ se nahaja v citosolu, Mn2+ je prisotna v mitohondrijih in dodatna SOD, ki se nahaja ekstracelularno.

SOD odstranjuje superoksidne radikale, in sicer katalizira reakcijo, pri kateri sta končna produkta kisik in vodikov peroksid. Slednjega nato odstranjujeta katalaza in glutation peroksidaza. Katalaze najdemo v peroksisomih ter v manjših količinah tudi v citosolu.Družina glutation peroksidaz je skupina Se-vsebujočih encimov s specifičnimi lastnostmi in tkivno lokalizacijo. Znotraj celic se nahajajo zlasti v citosolu in mitohondrijih, kjer ščitijo membranske lipide, nukleinske kisline ter proteine pred prostimi radikali. Glutation peroksidaza ima večjo afiniteto za H2O2kot katalaza.

V reakciji nastala oksidirana oblika (GSSG) se reducira v glutation GSH s pomočjo glutation reduktaze.

Glutation reduktaza vsebuje FAD in katalizira prenos elektronov z NADPH na disulfidno vez GSSG. NADPH je tako esencialen pri obrambi proti prostim radikalom.

Pri vrednotenju oksidativnega stresa se merijo lahko tudi spremembe v antioksidantski encimski aktivnosti. Encimi, ki so najpogosteje opazovani po induciranem stresu, ki je posledica fizične aktivnosti, so katalaza, SOD, glutation peroksidaza in glutation reduktaza. Povečana encimska aktivnost omenjenih encimov se sklada s povečano obrambo zoper oksidativni stres.

Vitamini kot antioksidanti

Vitamin E, vitamin C in karotenoidi lahko delujejo kot antioksidanti.

Vitamin E imenujemo skupino osmih sorodnih snovi, 4 tokoferolov in 4 tokotrienolov (alfa, beta, gama, delta tokoferol in tokotrienol), ki imajo različne biološke vrednosti oziroma stopnje funkcionalne uporabnosti v telesu.  Alfa-tokoferol je eden izmed najmočnejših antioksidantov v skupini vitaminov E. Ko vitamin E odda elektron lipidnemu peroksil radikalu, nastane radikal vitamina E. Kjuč velike antioksidantske sposobnosti vitamina je v stabilni radikalski obliki, ki jo stabilizira resonanca.

Tako radikal vitamina E nima tendence, da bi odtrgal e– drugi spojini in posledično povzročil nastanek škodljivega prostega radikala. Radikal vitamina E namesto tega dodatno reagira z lipidnimi peroksil radikali, tako da odda še en elektron in se popolnoma oksidira v tokoferil kinon.

Vitamin E kot antioksidant pomaga stabilizirati celične membrane (zaščita pred lipidno peroksidacijo) in pred škodljivimi vplivi prostih radikalov ščiti tkiva, ki so še posebej občutljiva na oksidacijo: tkiva oči, kože, jeter, prsi in testisov. Pomembno vlogo ima tudi v imunskem sistemu, saj ščiti tudi membrane specializiranih celic tega sistema. Poleg naštetega vitamin E tudi povečuje biološko razpoložljivost vitamina A, saj preprečuje njegovo oksidacijo v črevesju.

Vitamin C (askorbat) je hidrofilen in najbolje deluje v vodnem okolju. Lahko neposredno reagira s superoksidnim in hidroksilnim anionom, kot tudi z različnimi lipidnimi peroksidi. Reduciran askorbat lahko tudi regenerira reducirano obliko vitamina E.

Z izrazom karotenoidi označujemo β-karotene – prekurzor vitamina A – in podobne spojine s funkcionalno kisikovo substituento, ki se pripenja na obroče. Epidemiološke raziskave, ki so raziskovale vpliv povečanega vnosa luteina in zeoksantina (karotenoida, ki se nahajata v makuli) so pokazale, da zavirata starostno degeneracijo makule.

Drugi antioksidanti

Flavonoidi so skupina strukturno podobnih spojin, ki vsebujejo dva ločena aromatska obroča. Nahajajo se v rdečem vinu, zelenem čaju, čokoladi. Flavonoidi naj bi prispevali k zaščiti pred prostimi radikali.

Poznamo številne endogene antioksidante, ki poleg svoje primarne funkcije opravljajo tudi funkcijo neencimskih antioksidantov. V slednjo skupino spadata med drugim tudi sečna kislina in melatonin.

Glutation je telesu lastna snov, ki jo sestavljajo tri aminokisline: glicin, glutamat in cistein. Slednji je glavni dejavnik večine glutationovih pozitivnih učinkov:

  • izboljšanje imunskih funkcij,
  • odstranjevanje oz. nevtralizacija strupenih snovi,
  • odstranjevanje oz. nevtralizacija rakotvornih snovi,
  • nevtralizacija prostih radikalov,
  • zaščita pred ionizirajočim sevanjem,
  • izgradnja in popravilo genetskega materiala,
  • izgradnja beljakovin,
  • izgradnja prostaglandinov,
  • transport aminokislin in
  • uravnavanje aktivnosti raznih encimov.

Glutation je torej tudi antioksidant. Lahko ga merimo ter dobljene količine uporabljamo pri vrednotenju oksidativnega stresa (GSH-GSSG razmerje se zmanjša). Številne raziskave so pripisale zmanjšanje razmerja GSH-GSSG pojavu oksidativnega stresa med povečano fizično aktivnostjo.

Antioksidanti kot dodatki k prehrani

Raziskave so pokazale, da dodatek vitamina C izboljša telesne / športne sposobnosti le pri preiskovancih, ki so imeli pred začetkom raziskave pomanjkanje vitamina C. Dokazano je tudi, da daljše obdobje jemanja vitamina C zmanjša poškodbe mišičnega tkiva pri naporni vadbi. Delni odziv telesa na naporno telesno aktivnost namreč predstavlja tudi vdor makrofagov na mesto poškodovanega tkiva. Makrofagi sproščajo proste radikale, ki še dodatno poškodujejo tkivo. Povečan vnos antioksidantov naj bi tako teoretično nevtraliziral proste radikale in omejil poškodbe mišic.

Vpliv dodatkov vitamina E na vnetni odziv telesa zaenkrat še ni povsem pojasnjen. Za najbolj učinkovit dodatek se je izkazalo dolgotrajnejše jemanje kombinacije vitamina C in E (zaradi vloge vitamina C pri regeneraciji vitamina E).

Dodatek kombinacije vitamina C in n-acetilcisteina (slednji naj bi ohranjal GSH v reducirani obliki in posledično vzdrževal antioksidativno sposobnost) takoj po vadbi oz. poškodbi mišičnega tkiva pa naj bi celo povečal stopnjo oksidativnega stresa.

Reaktivne kisikove spojine in bolezni

Oksidativni stres je neizogiben spremljevalec poškodb tkiv v času bolezni. Ob kroničnih vnetjih fagociti in druge obrambne celice v telesu proizvedejo večje količine H2O2 in O2-, kar v telesu lahko povzroči veliko škode. Take poškodbe so pogoste tudi pri revmatoidnem artritisu, vnetnih črevesnih boleznih, Kronovi bolezni, ulcerativnem kolitisu itd.

Rezultati raziskav, ki so preučevale pojav oksidativnega stresa kot posledice naporne telesne aktivnosti, kot tudi raziskav, ki so se osredotočale na vpliv dodatkov vitaminov C in E k prehrani, so si pogosto nasprotujoči. Različni izsledki so posledica različnih metod merjenja oksidativnega stresa oziroma različnih vadbenih režimov, katerim so bili izpostavljeni preiskovanci. Poleg tega so določene raziskave uporabljale določene količine dodatkov antioksidantov z različno dolgo dobo jemanja. Tako zaenkrat še ne moremo z gotovostjo potrditi (ali zavrniti), da intenzivnejša fizična aktivnost poveča stopnjo oksidativnega stresa do te mere, da škodljivo vpliva na telo, prav tako pa tudi ni potrjeno, da dodatki antioksidantov dejansko znižujejo stopnjo oksidativnega stesa.

Članek je dopolnjen povzetek seminarske naloge Reaktivne kisikove spojine in antioksidanti (glej spodaj). Avtorske pravice pripadajo avtorjem seminarske naloge in Cenim.se.

Literatura

  1. Ana Jezeršek, Lidija Jović, Vera Kabanova. Reaktivne kisikove spojine in antioksidanti, seminarska naloga. Mentorica: prof. dr. Ana Plemenitaš, univ.dipl.kem. Medicinska fakulteta Univerze v Ljubljani. Ljubljana, 2007.
  2. Urso ML, Clarkson PM. Oxidative stress, exercise, and antioxidant supplementation. Toxicology 2003; 189: 41-53
  3. Marks DB, Marks AD, Smith CM. Basic Medical Biochemistry: a clinical approach. Baltimore: Lippincott Williams & Wilkins, 1996
  4. Lehninger AL. Principles of biochemistry. New York : W. H. Freeman, 2005.