Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия и технология антиоксидантов химических и биологических систем. Учебное пособие
.pdf
101
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
2
3
4
O
H
O
H
.
.
.
.
.
.
5
OH
системе кратных связей заместителя в пара-положении к фенольному
гидроксилу:
3. Наличие ОН-групп в положениях С3 и С5 совместно с карбо-
нильной группой в положении С4 способствует образованию хелатных комплексов флаваноидов с ионами металлов переменной валентности.
Дезактивация синглетного кислорода (
1
О2) флавоноидами может
проходить по двум механизмам: за счет его химического связывания и
путем физического тушения. Анализ взаимодействия флавоноидов
различной структуры с синглетным кислородом показал, что химическое связывание
1
О
происходит преимущественно по положению С3,
2
и на его эффективность существенно влияет наличие в этом положении гидроксильного заместителя; в то время как для физического тушения
1
О
важно наличие катехоловой структуры в В-кольце (см.
2
формулу кверцетина).
Физическое тушение синглетного кислорода происходит благо-
даря передаче его энергии на молекулу тушителя, в данном случае
флавоноида (Фл), переходящего при этом в триплетное состояние:
1
О
+ Фл = О2 + 3Фл
2
102
Такой перенос энергии возможен на расстояния до 100 А. Из триплет-
H
O
H
O
N
H
O
H
C
H
3
H
O
N
H
2
O
H
O
H
H
O
H
O
N
H
2
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
H
O
H
H
H
C
H
3
O
H
H
O
H H
H
C
H
3
O
H
O
H
H
H
C
H
3
O
H
O
H
17α-Эстрадиол
Эстрон
Эстриол
ного состояния (
3
Фл) в результате температурной дезактивации молекулы флавоноидов переходят в основное состояние, в результате чего
одна молекула может инактивировать несколько десятков молекул
1
О
. Вследствие этого эффективность тушения синглетного кислорода
2
во многих случаях, и в том числе в случае флавоноидов, значительно
выше эффективности его дезактивации посредством химического связывания.
2.5 Гормоны
К гормонам относятся соединения различной структуры, которые в микроколичествах выделяются в кровоток и, после опознавания
соответствующими рецепторами, вызывают проявление специфического физиологического ответа в клетках – мишенях. Ряд гормонов,
такие как гормоны надпочечников (адреналин, норадреналин, дофамин) и женские половые гормоны – эстрогены (эстрадиол, эстрон, эстриол), являются фенольными соединениями, обладающими антиоксидантными свойствами.
В экспериментах in vitro установлено, что эстрадиол, эстриол и
эстрон и некоторые их метаболиты ингибируют индуцированное УФ-
103
облучением окисление метиллинолеата, а также свободно-
N
O
C
H
3
H
N
H
C
H
3
O
N
OC
H
3
H
N
H
C
H
3
O
H
O
М
е
л
а
т
о
нин
Г
и
д
р
о
к
с
и
м
е
л
а
т
о
нин
радикальное окисление биомембран и липопротеинов. Эстрогены не
только дезактивируют пероксидные радикалы (вследствие наличия
фенольного гидроксила), но и снижают Cu
2+
-индуцированное окисле-
ние за счет стабилизации вторичной структуры белка – апопротеина В
и уменьшения мест связывания для ионов меди.
В исследованиях in vitro эстрогены значительно эффективнее
токоферолов ингибируют окисление липопротеинов. В тоже время,
при оценке их вклада в общее антиоксидантное действие следует учитывать, что гормоны присутствуют в организме в очень малых концентрациях. Кроме того, их антиоксидантный эффект, по-видимому,
специфичен по месту проявления, так как гормоны взаимодействуют
специфично с клетками-мишенями через рецепторы. При этом свободно-радикальные процессы окисления протекают во всех клетках
организма. Тем не менее, выявлено положительное влияние эстрогенной терапии на лечение заболеваний сердечно-сосудистой системы,
болезни Альцгеймера и Паркинсона. Нейропротекторный эффект эстрогенов также во многом связывают с их антиоксидантными свойствами. Предполагается, что меньший, чем у мужчин риск развития атеросклероза у женщин в возрастной группе 30-50 лет может быть обусловлен антиоксидантным действием эстрогенов.
К гормонам – антиоксидантам относят также мелатонин (гармон
эпофиза), который сам не является фенольным соединением, но в организме быстро гидроксилируется до гидроксимелатонина, т.е. является предшественником фенольного антиоксиданта:
Мелатонин эффективно дезактивирует гидроксильные, перок-
сидные, NO – радикалы; супероксидные анион-радикалы; синглетный
кислород. Он также способен повышать активность некоторых антиоксидантных ферментов. Этот гормон широко распространен у аэробных организмов – встречается в клетках многих типов, легко прони-
104
кает через физиологические барьеры и не токсичен для животных и
H
O
H
O
O
H
O
C
H
3
O
H
O
O
H
O
H
O
H
O
O
O
H
O
O
H
O
H
COO
R
человека даже в высоких концентрациях. В тоже время, как и у всех
биоантиоксидантов, характер его действия зависит от условий исследования и типа экспериментальной системы.
2.6 Гидроксифенилкарбоновые кислоты
Гидроксифенилкарбоновые кислоты и их производные широко
представлены в растениях, поэтому являются важным компонентом
питания животных и человека. На них приходится около 1/3 всех фенольных соединений, поступающих с пищей. В организм человека
они поступают главным образом с овощами, фруктами и напитками. В
рационе питания человека наиболее широко представлены кофейная и
феруловая кислоты.
Кофейная кислота Феруловая кислота
Гидроксифенилкарбоновые кислоты являются компонентами
многих лекарственных растений и природных продуктов, применяемых в медицинской практике. Так, в число важных биологически активных соединений прополиса входят фенилэтиловый эфир кофейной
кислоты и его аналоги (бензилкофеат, кофеат оксикоричной кислоты),
обусловливающие NO-ингибирующую активность прополиса. Гидроксифенилкарбоновые кислоты обладают выраженным антиоксидантным действием и во многих окислительных системах по своей активности превосходят токоферолы и убихиноны.
Фенилэтиловый эфир
кофейной кислоты Эфир галловой кислоты
105
Галловая кислота и её сложные эфиры сочетают низкую ток-
HN
N
H
O
O
N
H
H
N
O
N
N
OH
HO
N
H
N
OH
NaOH
_
H
2
O
N
N
OH
NaO
N
H
N
OH
HN
N
N
H
H
N
O
O
O
+
ROO
_
ROOH
HN
N
N
H
N
O
O
O
HN
N
N
H
N
O
O
O
сичность (5-7 г/кг) и высокую антиокислительную активность. Так, по
своей способности ингибировать окисление обычного и гидрогенизированного хлопкового масла пропилгаллат превосходит α-, βтокоферолы и ионол в 2-15 раз в широком диапазоне концентраций
(0,01-0,1 %). Эфиры галловой кислоты разрешены к применению в
США, Швеции, Бельгии, Дании и других странах в качестве антиоксидантных добавок для стабилизации жиров, витаминов, сухого молока. Они также нашли широкое применение в парфюмерной и фармацевтической промышленности.
2.7 Мочевая кислота
Мочевую кислоту называют кислотой, потому что она существуют в двух таутомерных формах, одна из которых способна ионизироваться и образовывать соли – ураты:
Мочевая кислота способна ингибировать кислородные радикалы (RO
(ONOO
2
¯, 1
•
•
•
, NO
, НО
2
О
), она может выступать синергистом α-токоферола и ас-
2
•
, O
ˉ) и другие активные формы кислорода
2
корбиновой кислоты (быть их коантиоксидантом).
С другой стороны, она является эффективным хелатором ионов железа и меди, что также обуславливает ее антиоксидантные свойства.
106
2.8 SH-содержащие соединения
H
OO
C
N
H
O
N
H
2
H
S
H
N
CO
O
H
O
2
GS
H
+
H
2
O
2
GS-SG
+
2
H
2
O
2
GS
H
+
ROOH
GS-SG
+
ROH
+
H
2
O
2
GS
H
+
2
R
OO
GS-SG
+
2
ROOH
Важную роль в антиоксидантной защите организма и поддержа-
нии окислительно-восстановительного баланса играют легкоокисляющиеся SH-содержащие соединения: белки, пептиды, аминокислоты (цистин, метионин). Особое место среди этих соединений занимает
глутатион – трипептид, образованный аминокислотами: глутаминовой
кислотой, цистеином и глицином.
Глутатион
Глутатион, в отличие от фенольных антиоксидантов, синтезируется в организме и содержится в клетках в достаточно высоких концентрациях. Он участвует в детоксикации и трансформации токсичных метаболитов. Антиоксидантное действие глутатиона проявляется
за счет разложения пероксида водорода, органических гидропероксидов (реакции катализируются ферментом глутатионпероксидазой) и
дезактивации пероксидных радикалов:
Окисленный глутатион (дисульфид глутатиона – GS-SG) снова восстанавливается до исходного глутатиона (GSH) ферментом глутатионредуктазой. Кроме того, внутриклеточный глутатион эффективно
связывает ионы меди, препятствуя тем самым их вовлечению в реакции разложения пероксидов типа Фентона.
107
2.9 Каротиноиды
O
H
Из натуральных продуктов выделено более 600 различных каро-
тиноидов, среди которых наиболее изученными и часто встречающимися являются ликопин и каротины.
Ликопин
β-Каротин
Основным источником поступления каротиноидов для человека являются овощи и фрукты, которым они придают характерную окраску
(желтый, оранжевый, красный цвета).
β-Каротин является наиболее важным метаболическим предшественником витамина А – группы близких по строению веществ, которая включает ретинол (витамин А
) и другие, обладающие сходной
1
биологической активностью.
Ретинол
Витамин А выполняет множество биохимически важных функций в организме человека и животных. Ретиналь (содержащий альдегидную группу вместо гидроксильной) является компонентом родопсина – основного зрительного пигмента. В форме ретиноевой кислоты
витамин стимулирует рост и развитие. Ретинол является структурным
компонентом клеточных мембран и обеспечивает антиоксидантную
защиту организма.
108
Несмотря на то, что ликопин относится к каротиноидам, он не
обладает А-витаминной активностью. Основная функция ликопина в
человеческом организме – антиоксидантная. Он снижает окислительный стресс, замедляет развитие атеросклероза, а также обеспечивает
защиту ДНК, что может предотвращать развитие онкологических заболеваний.
Наличие сопряженной системы π-электронов в молекулах каратиноидов служит причиной того, что данные соединения могут легко
окисляться и восстанавливаться с образованием достаточно устойчивых делокализованных радикалов. Их устойчивость, и, следовательно,
антиоксидантные свойства каротиноидов возрастает с увеличением
цепи сопряжения. Каротиноиды – эффективные ловушки алкоксиль-
•
ных (RO
(ONOO
), пероксидных (ROO•), NO• – радикалов, пероксинитрита
¯
); тушители синглетного кислорода (1О
).
2
Каратиноиды являются наиболее эффективными природными
тушителями синглетного кислорода. Константа скорости взаимодействия β-каротина с
ла β-каротина вызывает конверсию 200-1000 молекул
1
О
составляет 14•109 М
2
-1с-1
, при этом одна молеку-
1
О2, что объяс-
няется физическим механизмом тушения посредством переноса энергии на уровень триплетного β-каротина, который находится на
22 ккал/моль ниже уровня синглетного кислорода:
1
О
+ β-каротин → О2 + 3(β-каротин)
2
Ретинол значительно усиливает антиоксидантное действие витамина E. В то же время, как и рассмотренные выше природные биоантиоксиданты, каротиноиды, и в том числе витамин А, могут проявлять и прооксидантное действие.
* * *
Резюмируя основные положения данного раздела, следует сказать, что радикально-цепные окислительные процессы, протекающие
в живых организмах, и, следовательно, механизмы их ингибирования
более сложны по сравнению с аналогичными процессами в неживой
природе. Это обстоятельство обусловлено рядом факторов, к которым
относится:
109
1. Множественность активных форм кислорода, вызывающих
(
т
око
ф
е
р
о
л
)
а
с
к
а
р
б
и
н
о
в
а
я
к
и
с
л
о
т
а
мо
ч
е
в
а
я
к
и
с
л
о
т
а
R
O
2
радикально-цепной окислительный процесс в живых организмах. К
ним относятся активные кислородные радикалы, анион-радикалы, пероксид водорода, синглетный кислород и другие.
2. Высокая гетерогенность состава и структуры биологических
систем, в которых окислению подвергается не один низко- или высокомолекулярный углеводород, а совокупность многих различных по
структуре соединений, процесс окисления которых характеризуется
разными кинетическими характеристиками. Биоантиоксиданты могут
обладать клеточной специфичностью: хорошо защищать одни виды
клеток и быть не эффективными в антиоксидантной защите других.
3. Более сложные, не встречающиеся в неживой природе, механизмы действия биоантиоксидантов, такие как изменение структуры
клеточных мембран, повышение активности антиоксидантных ферментов.
4. Любой биоантиоксидант в определенных условиях может
стать прооксидантом, инициирующим (продолжающим) радикальноцепные окислительные процессы. Проявление антиоксидантных или
прооксидантных свойства биоантиоксидантов зависит от характера
окисляющегося вещества и условий его окисления.
5. Биоантиоксиданты преимущественно работают согласованно.
Так, например, для ловушек органических пероксидов существуют
цепочка превращений, в результате которых образуется более стабильные радикалы, менее способные к проявлению прооксидантных
свойств:
Существование такой цепи позволяет переводить радикалы из
липидной фазы (мембраны, липопротеины) в водную, где ускоряются
процессы их дезактивации. Таким образом, можно говорить о существовании в биосистемах своеобразных цепей переноса электронов, эффективность работы которых определяется работой всех компонентов. Такие цепи создают возможность более надежного регулирования
(поддержания на оптимальном уровне) окислительновосстановительных процессов в организме.
110
Жирорастворимые антиоксиданты (токоферол, β - каротин, по-
лифенолы, убихинон и др.) локализованы в липидных структурах, водорастворимые антиоксиданты (аскарбиновая кислота, глутатион, ряд
ферментов) функционируют внутри клетки. Во внеклеточном пространстве находятся мочевая и аскорбиновая кислоты. Таким образом,
все клеточные структуры, а также внеклеточная среда, находятся под
контролем физиологической антиоксидантной системы.
Вопросы для самоконтроля
1. Роль активных форм кислорода (кислородных радикалов) в
жизни человека. Мишени окислительной атаки кислородных радикалов в организме. Последствия перекисного окисления липидов биологических мембран. Понятие «окислительный стресс».
2. Слагаемые антиоксидантной защитной системы человека.
3. Особенности протекания радикально-цепного окислительного
процесса в живых организмах и основные механизмы действия природных биоантиоксидантов.
4. Природные биоантиоксиданты: витамин Е, аскорбиновая кислота, коензимы Q (убихинолы), флавоноиды, гормоны – фенольные
соединения, фенольные кислоты, мочевая кислота, SH-содержащие
соединения, каротиноиды. Механизмы их антиоксидантного действия,
влияние структуры на антиоксидантную активность.
5. Прооксидантная активность природных биоантиоксидантов.
Коантиоксиданты, принцип их действия.
6. Чем обусловлена большая сложность радикально-цепных
окислительных процессов и механизмов их ингибирования в живых
организмах по сравнению с аналогичными процессами в неживой
природе?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]