radikali, verižne radikalske reakcije, ros, rns, rss in ... · – transferin, laktoferin,...

Farmacevtska kemija III 18. 10. 2011

Doc. dr. Janez Mravljak 1

Radikali, verižne radikalskereakcije, ROS, RNS, RSS

in oksidativni stres,Antioksidanti

doc.dr. Janez Mravljak, mag.farm.

Literatura, umestitev predavanj

• Predavanja: Radikali: reaktivnost, kemične in biološke lastnosti; prof.dr. Slavko Pečar; predavanja pri FK1

• Učbenik: B. Halliwell, J. Gutteridge: Free radicals in biology and medicine; 4. izdaja, 2007

• Seminar na domači strani FFA: Antioksidanti



Kaj so radikali? Kako nastanejo?

• Radikali so atomi, ioni ali molekule, ki imajo v svoji strukturi najmanj en nesparjen elektron.

I j l ti h d ih k i (i i k l k i)Izjema: elementi prehodnih kovin (ioni, kompleksi)

• Nastanejo pri enoelektronskih redukcijah, oksidacijah in pri homolitski cepitvi kovalentne vezi pod vplivom svetlobe, toplotein sevanja.

• Težnja elektrona po pritegnitvi partnerskega elektrona je vzrok za kemično reaktivnost radikalov, ki je odvisna od strukture radikala. Radikali so lahko izredno reaktivni - življenjska doba je v področju 10-3 s, lahko pa so stabilni desetletja.

Značilnosti radikalskih reakcij

• Radikalske reakcije so na splošno zelo hitre, razvejane,

stalno prisotne nanje ne vplivajo okoliški pogojistalno prisotne, nanje ne vplivajo okoliški pogoji.

(hitrostna konstanta za HO● : 108 - 1011 L mol-1 s-1)

• Radikalske reakcije so dostikrat verižne reakcije, to so

reakcije, kjer stalno nastajajo novi radikali.reakcije, kjer stalno nastajajo novi radikali.

• Fiziološke koncentracije radikalov: 10-7 – 10-11 mol/L



Značilnosti radikalskih reakcij

• Najpomembnejša značilnost radikalskih reakcij je, da radikali reagirajo po enem od opisanih načinov:

–privzem vodika,

–adicija na dvojno vez

–reakcija z radikalom

s katerokoli spojino, ki jo srečajo.

KAOS

Radikalske reakcije

• Pritegnitev vodikovega atoma:

R1• + R2-H → R1-H + R2

•R1 + R2 H → R1 H + R2• Pritegnitev elektrona:

R • + ArNH2 → Rˉ + ArNH2• +

• Adicija na dvojno vezR1

• + CH2=CH-R2→ R1-CH2-CH•-R2

• Reakcija dveh radikalovR1

• + R2• → R1-R2

R1• + 3O2 → R1-O-O•



Hitrostne konstante za reakcijo HO● z makromolekulami

DNA DNA 8 x 108 x 1088 dmdm33 molmol--11 ss--11

RNARNA 1 x 101 x 1099 dmdm33 molmol--11 ss--11

HHiialuronanaluronan 7 x 107 x 1088 dmdm33 molmol--11 ss--11

LinoleLinolenskanska kislkisl.. 9 x 109 x 1099 dmdm33 molmol--11 ss--11

KKolagenolagen 4 x 104 x 101111 dmdm33 molmol--11 ss--11

AlbuminAlbumin 8 x 108 x 101010 dmdm33 molmol--11 ss--11

Antioksidanti:Askorbat 1 x 1010 dm3 mol-1 s-1, GSH 1.4 x 1010 dm3 mol-1 s-1,Trolox C 6.9 x 109 dm3 mol-1 s-1

Radikalske okvare lipidov, proteinov in DNK

Membrane, lipidi: LIPIDNA Membrane, lipidi: LIPIDNA PEROKSIDACIJAPEROKSIDACIJAMembrane, lipidi: LIPIDNA Membrane, lipidi: LIPIDNA PEROKSIDACIJAPEROKSIDACIJARR PEROKSIDACIJAPEROKSIDACIJA

Spremenjena struktura in funkcijaSpremenjena struktura in funkcija

PEROKSIDACIJAPEROKSIDACIJA

Spremenjena struktura in funkcijaSpremenjena struktura in funkcija

PROTEINI: peptidna veriga, stranske PROTEINI: peptidna veriga, stranske skupineskupine

S j t kt i f k ijS j t kt i f k ij

PROTEINI: peptidna veriga, stranske PROTEINI: peptidna veriga, stranske skupineskupine

S j t kt i f k ijS j t kt i f k ijSpremenjena struktura in funkcijaSpremenjena struktura in funkcijaSpremenjena struktura in funkcijaSpremenjena struktura in funkcija

DNA: nukleinske baze, sladkorDNA: nukleinske baze, sladkor

Spremenjena struktura in funkcija: Spremenjena struktura in funkcija:

mutacije, teratogenost, kancerogenostmutacije, teratogenost, kancerogenost



Lipidnaperoksidacija H H OH

H2O

INICIACIJAH H

k = 5 × 108 M-1s-1

C-H vez: 50 kcal/mol

Redukcijski potencial (PUFA•/PUFA):

E°’ = 0,6 V (pH = 7)

PUFA lahko oksidirajo:

OH• HO • RO• ROO•

H2O

+ 3O2

premestitev

1O2

OH•, HO2• , RO•, ROO•

Ni stereospecifična reakcija!

AA → 6 L-OOHO

O

OOH

L-H

LPROPAGACIJA

O

HO

OH

OH

OH

O

Izofuran

Tvorba lipidnih hidroperoksidov in cikličnih peroksidov iz AA:

O O

OH812

O O

OH

O812

OO

dovolj 3O2

Izofuran

O812



Tvorba izoprostanov iz AA:

64 možnih izomerov Biomarkerji lipidne peroksidacije

Reaktivne kisikove zvrsti (ROS)

Radikali: Ne-radikali:ad a

O2•- Superoksid

•OH Hidroksil

ROO• Peroksil

RO• Alkoksil

e ad a

H2O2 Vodikov peroksid

HOCl Hipoklorna kislina

O3 Ozon1O2 Singletni kisik

HOO• Hidroperoksil ONOO- Peroksinitrit



Reaktivne dušikove zvrsti (RNS)

Radikali:

Ne-radikali:

ONOO- Peroksinitritad a

NO • Dušikov oksid

NO2• Dušikov dioksid

O OO e o s

ROONO Alkil peroksinitrit

N2O3 Didušikov trioksid

N2O4 Didušikov tetraoksid

HNO2 Dušikova(III) kislina2NO2+ Nitronium kation

NO- Nitrozil anion

NO+ Nitrozil kation

Reaktivne žveplove zvrsti (RSS)

Radikali: Ne-radikali:ad a

RS• Til

RSO• Sulfinil

RSO2• Sulfonil

RSO2OO• Sulfonil peroksil

e ad a

H2S Vodikov sulfid

RSOH Sulfenska k.

RSO3H Sulfonska k.



Kisik v atmosferi

Obdobje

Nastanek ozona

Prve oblike življenja

Sloji hematita in magnetita

Kopičenje O2

v atmosferi

Kisik v atmosferi je biogenega izvora – stranski produkt fotosinteze.

0,54 Ga0,851,852,453,85

Viri reaktivnih zvrsti v telesu

energetski

celično dihanje, transport O2 s Hb

reaktivni

oksidativni izbruh – del obrambe imunskega sistema

metabolni

metabolizem telesu lastnih spojin in ksenobiotikov



Dihalna veriga

NADH

Dihalna veriga

• Veriga prenašanja elektronov je najpomembnejši vir O2

•- in vivov večini aerobnih celic.

NADH

II+FADH2

II

I O2

H2O

IIIIV

CoQ10 Cyt c

e-

e-

e-

e- O2

Fumarat

O2

uhajanje elektronov

Vsaj 1% e- (~3 mol/dan)uide iz dihalne verige.



Oksidativni izbruh

• Mieloperoksidaza– Oksidira Cl- do hipoklorne kisline (HOCl)Oksidira Cl do hipoklorne kisline (HOCl)

– Odsotnost: kronična granulomatozna bolezen

• NADPH oksidaza

NADPH

• •NADPH

NADP+

O2

O2-

NADP+O2

O2-

zunaj znotraj

....

Fagocitna vakuola (fagosom)

Oksidativni izbruh

NADPH oksidazni kompleks

Cit l ki t i i• Citoplazemski proteini

(p47, p67, gp91, p22)

• NADPH NADP+ + H+

• Elektron se prenese

iz NADPH na O2, pri tem se tvori O2-

[NADPH : Reduciran Nikotinamid Adenin Dinukleotid Fosfat]



• Encimska redukcija kisika

Ksantin/hipoksantin Sečna kislina (urat)XOD

Metabolizem telesu lastnih spojin in ksenobiotikov

• Redoks kroženje: Parakvat

N • N CH3H3C+

Oksidiranacitokrom

P450 NADPH O2

O2 O2-

[XOD = ksantin oksidaza]

N N CH3H3C+

reduktaza

Reduciranacitokrom

P450 reduktaza

NADP+ O2 -

Parakvat - herbicide -

+

Metabolizem ksenobiotikov – primer doksorubicina

Doxorubicin



Viri reaktivnih zvrsti iz okolja

• Eksogeni viri reaktivnih zvrsti

– Ionizirajoče sevanje

– Ultraviolično sevanje

– Ultrazvok (močan: 20-100 kHz)

– Kemikalije, tobačni dim, itd

Reaktivne kisikove zvrsti

3O2

dihalna veriga, encimi, sevanje,

tripletni kisik

O2

H2O2

dihalna veriga, encimi, sevanje,ksenobiotiki (zdravila), kovinski ioni

superoksidni radikal

superoksid dismutaza (SOD)

vodikov peroksid

+ e

+ H

HO HO+Fentonova

Fe2+Fe3+

3O2 + HO + HO

Haber-Weissovareakcija

kov. kat

H2O + 3O2

katalazahidroksilni radikal

e to o areakcija



Oksidativno – antioksidativno ravnotežje

Poškodbe ObrambaPoškodbe(Pro-oksidanti)

Obramba(Antioksidanti)

Oksidativni procesi, ki vključujejo reaktivne zvrsti so v organizmu “pod nadzorom”. Vlada dinamično ravnovesje.

Reaktivne zvrsti (RS) – radikali in neradikali, ki lahko nenadzorovano oksidirajo gradnike celic.

Oksidativni stres

Oksidativni stres – porušeno ravnotežje med tvorbo RS in antioksidativno obrambo kar vodi do možnih poškodb celice.

OS je posledica: znižanega nivoja antioksidantov ali

povečane tvorbe RS



Celični obrambni mehanizmi pred OS

• Izolacija področij tvorbe reaktivnih zvrsti (RS)

• Inhibicija propagacijske faze radikalske

reakcije

• Odstranjevanje reaktivnih zvrsti

• Popravilo poškodb povzročenih z reaktivnimi

zvrstmi

• Neposredna obramba pred RS

– Superoksid dismutaza, glutation peroksidaza, katalaza

Obramba pred poškodbami z RS

• Nespecifični redukcijski sistem

– Glutation, vitamin C

• Obramba pred lipidno peroksidacijo

– Glutation peroksidaza, vitamin E, -karoten

• Izločitev / skladiščenje ionov prehodnih kovinIzločitev / skladiščenje ionov prehodnih kovin

– Transferin, laktoferin, feritin, metalotionin

• Popravljalni sistemi

– DNK popravljalni encimi, glutation transferaza



Antioksidanti - definicija

• Antioksidant je vsaka snov, ki upočasni, prepreči ali odstrani oksidativno poškodboprepreči ali odstrani oksidativno poškodbo tarčne molekule.

(Halliwell, Gutteridge)

• Antioksidanti kot konzervansi v tehnologiji:–Inhibitorji oksidacije

–Pomožne snovi v farmacevtski tehnologiji

Hierarhija antioksidantov

Maksimalnaaktivnost

Encimi (SOD, katalaza)

Blažilci šoka (albumin,transferin, urat)

Esencialne spojine (vit. C in E,aminokisline, peptidi, CoQ10,lipojska kislina skvalen )

Minimalnaaktivnost

lipojska kislina, skvalen, ...)

Ostali (karotenoidi, flavonoidi, ...)



Razdelitev antioksidantov glede na :

FI/KE lastnosti:

lipofilni,

zmožnost regeneracije

obnovljivi

hidrofilni

Izvor:

neobnovljivi

mehanizem delovanja:

endogeni,

eksogeni

neposredni: prekine verižno

reakcijo

posredni

Antioksidativni obrambni sistem

• Encimi - antioksidanti

–Superoksid dismutaza (SOD)

– Katalaza (CAT)

– Glutation peroksidaza (GPx)

• Endogeni neencimski antioksidanti

– GSH, bilirubin



Superoksid dismutaza

Funkcija: odstranjuje O2•-

2 O2•- + 2 H+ → H2O2 + O2

• Edini poznani encim, ki reagira s O2•-.

• SOD “obvlada” ves O2•-, ki nastane v celici pri normalnem

metabolizmu

k ~ 2-4 ×109 M-1s-1

metabolizmu

• SOD je prvi encim antioksidativne obrambe

• Več oblik encima SOD: v aktivnem mestu lahko imajo

Cu-Zn, Fe, Mn ali Ni (prokarionti)

Katalaza (CAT)

Funkcija: odstranjuje H2O2

2 H2O2 → 2 H2O + O2

• Encim sestavljen iz 4 podenot, ki imajo Fe3+-hem v aktivnih

k ~ 2 ×107 M-1s-1

j p j

mestih.

• Nahaja se intracelularno predvsem v peroksisomih, manj v

mitohondrijih



Mehanizem delovanja ktalaze

Ko H2O2 vstopi v aktivno mesto, interagira z asparaginom in histidinom, ki vežeta proton. Prost kisikov atom se koordinnativno veže na Fe atom sprosti pa se nastala voda

• Mehanizem delovanja ni v celoti pojasnjen; reakcija poteče v dveh delih:

na Fe atom, sprosti pa se nastala voda. Fe(IV)=O reagira z drugo molekulo H2O2

nazaj do Fe(III)-E in tvori vodo in kisik .

H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-E(•+)

H2O2 + O=Fe(IV)-E(•+) → H2O + Fe(III)-E + O2

Fe(IV)-E(•+) je mezomerna oblika Fe(V)-E, kar pomeni da železo ni popolnoma oksidirano do +V; “manjkajoči elektron" prejme od hemskega liganda. Ta hem mora biti zato označen kot radikal kation (•+).

Glutation peroksidaza (GPx)

Funkcija: odstranjuje H2O2 in ROOH

Varuje pred lipidno peroksidacijo.

• V aktivnem mestu encima je selenocistein za nomalno delovanje• V aktivnem mestu encima je selenocistein, za nomalno delovanje encima je potrebna zadostna preskrbljenost organizma s selenom (priporočen dnevni vnos = 50 μg/dan)

• Družina več izoencimov: GPx1 – Gpx8 pri človeku



Mehanizem delovanja GPx

• Reakcija odstranjevanja peroksidov poteka na selenocisteinu, ki

je v R-Se⎯ obliki v stanju mirovanja. Ta se oksidira do R-SeOH ki

nato reagira z molekulo GSH tako, da tvori GS-Se-R in vodo.

Nato se s še eno molekulo GSH pretvori nazaj do R Se⎯ KotNato se s še eno molekulo GSH pretvori nazaj do R-Se . Kot

stranski produkt se sprosti GS-SG.

Glutation (GSH)

GSHγ-L-Glu-L-Cys-Gly

GSSG

• GSH je reducent, ki lahko neposredno reagira z radikali ali pa vstopa v encimsko katalizirane redukcije.



Nizkomolekularni antioksidanti

• Spojine endogenega izvora– Bilirubin,

K i Q– Koencim Q,

– Lipojska kislina,

– Sečna kislina,

– Ženski spolni hormoni

– Melatonin

• Spojine pridobljene s hrano• Spojine pridobljene s hrano– Askorbinska kislina (vitamin C),

– Tokoferol (vit. E)

– Karotenoidi

– Polifenoli rastlinskega izvora

Bilirubin

• Metabolit hema (80% iz hemoglobina) – rumene barve

• ~270 mg/dan

• Se veže na albumin, ki ga transportira v jetra, varuje albumin OS Spred ROS, RNS

• In vitro odstranjuje ROO•, RO•, ONOOH in 1O2.

• Lahko tvori 1O2 ob obsevanju s svetlobo.



Koencim Q

OH

O

O

OH

H10

E'0 = +45 mV

ubikinol

O

O H

• Nastopa v dihalni verigi v mitohondrijih

• In vitro lahko ubikinol (CoQH2) odstranjuje ROO• in inhibira lipidno peroksidacijo.

O

O

O

OH

H10

0

ubisemikinon

O

O6-10

p p j

• Lahko regenerira tokoferil radikal:

α-Toc• + CoQH2 → CoQH• + α-TocH

• In vivo zlasti pomemben v mitohondrijih

• Razmerje ubikinol / ubikinon v plazmi je lahko pokazatelj OS.

Lipojska kislina

S S

COO-4

-lipoat NAD(P)H

• Močan reducent, ki lahko reducira GSSG, dehidroaskorbat in αToc• ter številne RS: ROO•, HOCl, CO3

•-, NO2•, OH•, ONOOH.

SH SH

COO-4

dihidrolipoat

E'0 = -320 mV

NAD(P)+

lipoamid dehidrogenaza

αToc ter številne RS: ROO , HOCl, CO3 , NO2 , OH , ONOOH.

• Relativno nizke koncentracije v tkivih (12.3-43.1 ng/mL)

• Vezana kot lipoamid (lipoillizinska ročica) je esencialna komponenta nekaterih encimskih kompleksov (piruvat dehidrogenaza)



Sečna kislina

pKa = 5,4

• V plazmi dosega visoke koncentracije (0,2-0,4 mM), ker je pri

človeku in primatih okvarjen gen za urat oksidazo.

• Je močan antioksidant: E0’ = 590 mV (urat / urat radikal)

• Učinkovito odstranjuje O3 in NO2•, ONOO-

K li k i k i F i C• Kelira kovinske ione Fe in Cu

• Urat radikal lahko izkazuje prooksidativne lastnosti – reducirajo

ga številni flavonoidi (k = 106 M-1s-1) in O2•- (k = 8 ×108 M-1s-1).

Metabolizem sečne kisline

Biomarkerji oksidativnega stresa



Ženski spolni hormoni

• V pM koncentracijah

• In vitro lahko inhibirajo lipidno peroksidacijo zaradi fenolne –OH skupine (potrebne μM koncentracije).skupine (potrebne μM koncentracije).

Sintetični estrogen dietilstilbestrol je učinkovit zaviralec lipidne peroksidacije v μM območju in vitro a je žal kancerogen.

Melatonin

O

HN

• Nastaja v češariki iz serotonina, ureja cirkadiani ritem

• in vivo < 1 nM

I ti k id ti či k l hk d i H

NH

HN

O

• Ima zmerne antioksidativne učinke, lahko donira H•

• Bolj kot neposreden antioksidant pomemben, ker vpliva na

povišan nivo encimov-antioksidantov in zavira sintezo citokinov

ter izražanje iNOS.



Askorbinska kislina – vitamin C

O OH

O OH

HO HO

HO HO- e-, - H+

+ e-, + H+

O OH

HO

HO- e-

+ e-

O OH O O O O

dehidroaskorbinska kislina

H2O

HOOH

O

O

O

OH

OH

askorbat askorbil radikal anion

pKa1 = 4,25; pKa2 = 11,5malo reaktiven

V plazni: 30 – 90 μMPriporočen dnevni vnos: 90 mg/danMaksimalni dnevni odmerek: 2000 mg/dan

• Esencialni vit.: mutacija gena za encim gulonolakton oksidaza

• Kofaktor vsaj 8 encimov: pri sintezi kolagena, pri sintezi NA iz dopamina, pri sintezi karnitina, pri metabolizmu tirozina

• Posredno je lahko prooksidant saj reducira Fe3+ v Fe2+

O OHdiketo-L-gulonska kislina

Derivati askorbinske kisline

Askorbil fosfat



Vitamin E - tokoferoli

• Inhibitor lipidne peroksidacije – prekine verižno radikalsko reakcijo

• Lipidotopen antioksidant (v mitohondrijih je na 2100 lipidov 1 αToc)

P i č d i d k 15 /d ( d li)• Priporočen dnevni odmerek: 15 mg/dan (odrasli)

• Absorbira se ga 25 - 50%, s hilomikroni (pri ↑ vnosih je ↓ absorpcija)

• Prooksidativi učinki ob kopičenju αToc•:αToc• + L-H → L• + αToc-H - lahko sproži lipidno peroksidacijo

• αToc lahko reducira ione kovin Fe3+ in Cu2+ do Fe2+ in Cu+

Metabolizem tokoferola

O

Me

HO

Me

Me

Me

MeMe Me Me

O

Me

HO

Me

Me

MeOH

O

Cyp-450

O

Me

O

Me

Me

R

Me

RL-OO

L-OOH

tokoferil radikal

1O2

adicija na dvojno vezali pretvorba v 3O2

Me O

6-hidroksikromanski metabolit

Me

HO

O

Me

O

Me

Me

R

Me

HO

tokoferilkinon

O

Me

O

Me

Me

R

Me

OOH

intermediat

O

Me

Me

HO

COOH

Me

TROLOKSSintezni analog vitamina E



Drugi derivati tokoferola

O

Me

O

Me Me

MeMe Me Me

O

Me

Me

OMe Me Me

O

OH

O

-tokoferil acetat

• Estri se uporabljajo v pripravkih z vitaminom E, ker so bolj stabilni za skladiščenje. V črevesju hitro poteče hidroliza estra.

OMe

Me

Me

Me

-tokoferil sukcinat

Karotenoidi

-karoten

Barvila rastlinskega izvora (preko 700)

V telesu jih najdemo v

-karoten

OH

HO lutein

V telesu jih najdemo v adipoznem tkivu (80 %), jetrih (10 %), v corpus luteum in testisih.V plazmi:•Likopen ~0,5-1,0 μM•β-karoten ~0 2-0 6 μM

likopen

•β-karoten 0,2-0,6 μM•Lutein ~0,3 μMAbsorpcija je nepopolna in odvisna od vrste hrane.



Karotenoidi

• Prekurzorji vitamina A (retinol) – Pomemben za rast in diferenciacijo

celic

– Za vidZa vid

• Odstranjujejo 1O2

• Kako reagirajo z radikali?

NO2• + Car → Car•+ + NO2

-

2 Car•+ → Car + Car2+

Car•+ + Asc → Car + Asc• + H+

Pri visokih koncentracijah O lahko

ROO• lahko reagira s Car na 3 načine:

1. Prenos elektrona:

H+ + ROO• + Car → Car•+ + ROOH

2 Abstrakcija H•:Pri visokih koncentracijah O2 lahko izkazujejo prooksidativne učinke:

Car• + 3O2 → CarO2•

CarO2• lahko sproži lipidno

peroksidacijo.

2. Abstrakcija H :

Car + ROO• → Car• + ROOH

3. Adicija na dvojno vez:

Car + ROO• → [Car-ROOH]•

(Poli)fenoli rastlinskega izvora

COOH

OH

OH

COOH

OH

OHHO

OH

O

CHO

OH

O OH

Fenolne –OH skupine

so donorji H•,

f l tikavna kislina galna kislina eugenol vanilin timol

O

HO

HO

karnozol

OHCO2H

HO

HO

OH CO2H

OH

OH

gosipol

OH

O

gvajakol

O COOHOH

HO

OH

fenolati pa e-.

Nastali fenolatni radikal

je bolj stabilen.

O OHHO

HO rožmarinska kislina

HO

OHresveratrol

O

HO

OH

OH

glicirizin

O

HO

O

O O

kurkumin

V hrani:

~20 do 100 mg/dan



spojina struktura Primeri spojin vir

flavanoli

epikatehin zeleni čaj

katehin rdeče vino

epigalokatehin

kakav, čokoladaepikatehin galat

epigalokatehin galat

O

OH

OH

OH

OH

OHA

B

C

Polifenoli: flavonoidi

flavanoni

naringin

citrusitaksifolin

flavonoli

kamferol endivija, brokoli, por, radič, grenivka, črni čaj

kvercetin čebula, solata, brokoli, brusnice, lupina jabolk, jagodičevje, olive, čaj, rdeče vino

i ti b i dj d č i

O

O

OH

OH

Oramnoglukozid

O

O

OH

OH

OH

OH

OH

mircetin brusnice, grozdje, rdeče vino

flavoniapigenin,luteolin,tangeritin

zelena, peteršilj

antocianidini

malvidin rdeče grozdje, rdeče vino

cianidin češnje, maline, jagode, grozdje

apigenidin obarvano sadje in lupine

O

O

OH

OH

OH

O+

OH

OH

OH

O

O

CH3

CH3

Flavonoidi

Dobri antioksidantiin vitro, ustavijo lipidno peroksidacijo

O

O

HO

OH

OH

OH

OH

OHO

OH

O

O

OH

O

R-OO R-OOR-OOH R-OOHsemikinonradikal

Kelatorji kovinskih

OOH OOH

O

OH

O

OH

O

OH

O

O

OH

HO

O

O

OH

O

O

O

HO

OH

O

OH

O

kvercetin

radikal

kvercetin o-kinon

Lahko znižajo zalogeGSH v celicah in vitro

ionovGSH

O

O

HO

OH

OH

OH

OH

6-glutationil kvercetin

O

O

HO

OH

OH

OH

OH

GS

SG

+

8-glutationil kvercetin



Odnos med strukturo in antioksidativno aktivnostjo PP

O

OH

OH

OH

OOH

OH kvercetinFLAVONOL

O

OH

OH

OH

epigalokatehin galat

O

OH

OH

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

OH

OH

OH

O

O-galna kislina

OH

OH

OH

epigalokatehin

katehin

FLAVANOL

O

OH

OH luteolinOH

OOH

O

O-rutin

OH

OH

OOH

OH

O

OH

OH

OOH

OH

rutin

kamferol

rast antioksidativneaktivnosti

Biološka uporabnost PP

polifenoli v hrani

PP v tankem črevesju

PP v debelemčrevesju

mikro florafenolne kisline

aglikoni

PP konjugati

v plazmi < 1μM



Hiter metabolizem in izločanje PP

Hitro izločanje

Nastanek številnihmetabolitov

Ali so PP antioksidanti in vivo?

srčno žilne bolezni

epidemiologija

rakava obolenja?

epidemiologija

eksperimentalno – celične kulture

eksperimentalno – živalski modeli

klinične študije



Antioksidativna mreža

O OH

OH

HO

HO O

O OH

OH

O

askorbat

E'0 = +282 mV

O OH

HO

HO O askorbil radikal

O

O

OH

O

O

OH

H10

E'0 = +45 mV

ubikinol

SH SH

COO-

S S

COO-

4

4

-lipoat

dihidrolipoat

E'0 = -320 mV

NAD(P)H

NAD(P)+

encimi

E'0 = -315 mV

redukcijskisistemi v celici

Redoks potencial je O

O

OH

H10

ubisemikinonRedoks potencial je odvisen od pH okolja –v kislem pH tečejo številne oksidacije počasneje.

Nekatere snovi, ki so del antioksidativne mreže pri človekufunkcija/struktura

primeri

vitamini retinol, vitamin E, vitamin C, nikotinamid, riboflavin, niacin

maščobe in lipidi

ω-3, ω-6, skvalenlipidi

amino kisline in tioli

tavrin, L-arginin, L-histidin, glicin, L-cistein, L-glutamin, L-metionin, N-acetilcistein, S-adenozil-L-metionin

peptidi karnozin, γ-glutamilcisteinilglicin (glutation, GSH)

proteini in encimi

albumin, tioredoksin, laktoferin, transferin, ceruloplazmin,superoksid dismutaza (SOD), katalaza, peroksidaza,metalotionein

ji lif li (d i t hid k i i t ki lispojine rastlinskega izvora

polifenoli (derivat hidroksicimetne kisline,hidroksibenzojske kisline, flavonoli, flavoni,antocianidini, flavanoli, izoflavoni, flavanoni, stilbeni,lignani), glukozinolati, karotenoidi (α, β, γ, δ-karoten,likopen, lutein), fitinska kislina, alicin, ...

Kovinski ioni cink, železo, baker, selen, krom

metaboliti sečna kislina, lipojska kislina, bilirubin



Primer: lipidna peroksidacija

O

O

O2

O

O2

O

O

b c

Primer: lipidna peroksidacija

OH

H2O Asc Asc

GPx

FA-CoA

O

OH

O

O

OH

O

FA

de



Antioksidanti: zdravilne učinkovine ali prehranska dopolnila?

Antioksidanti so v prosti podaji najpogosteje kot prehranska dopolnila.

Antioksidant je zdravilna učinkovina, če se uporablja v terapevtske namene.

Primeri:

1. Kronična holestatična hepatobiliarna bolezen

2 Abetalipoproteinemija2. Abetalipoproteinemija

3. Ataksija z izoliranim pomanjkanjem vit. E – okvara gena za αToc transportni protein v jetrih, ki vgrajuje vit. E v VLDL.

– Višji (terapevtski) odmerki vitamina E.

Vrednotenje antioksidantov

• Živalski modeli–Transgene miši s povečano ekspresijo SOD, g p p j

katalaze in glutation peroksidaze so manj dovzetne za oksidativne poškodbe (ishemija-reperfuzija, poškodbe srca in možgan, hiperoksjia, toksičnost adriamicina in parakvata)

–Miši z utišanimi geni (knockout mice) zaMiši z utišanimi geni (knockout mice) za antioksidantne encime so bolj dovzetne za oksidativne poškodbe (ishemija-reperfuzija, tvorba radikalov)



Vrednotenje antioksidantov

• Študije na ljudeh–Staranje (okvare mitohondrijev vodijo do povečane

tvorbe radikalov – poškodba tkiv), s starostjo

pogojena obolenja (katarakta, rak,...)

–Kronične bolezni (rak, kardiovaskularna obolenja,

diabetes neurodegenerativna obolenja vnetja )diabetes, neurodegenerativna obolenja, vnetja, ...)

–Oksidativne poškodbe povzročene s kemikalijami,

zdravilnimi učinkovinami, ...

Napotki za uporabo antioksidantov I.

• Da bi nadzorovali OS, ni dobro uporabljati en sam antioksidant

v visokih odmerkih, ker je možna prevlada pro-oksidativnega

učinka nad antioksidativnim.

• Bolje je uporabiti (naravno) kombinacijo antioksidantov.

V k i ti k id t k bi iji j d d kihVsak posamezni antioksidant v kombinaciji naj se da v odmerkih

blizu priporočenega dnevnega odmerka ali, če ta ni določen, v

odmerkih, ki se običajno zaužijejo s hrano.



Napotki II.

• Potrebno je določiti OS v telesnih tekočinah, da se izognemo

lik iji ti k id t k ti i t b iaplikaciji antioksidantov, ko ti niso potrebni.

• Povečano uživanje sadja in zelenjave ali zmerno uživanje

živil bogatih z antioksidanti (kot npr. olivno olje, čaj, vino in

kava v zmernih količinah, temna čokolada, ...) naj sledi oziroma

nadomešča jemanje prehranskih dopolnil.

Prehrambena paradigma

NDO TO

NDO – najnižji (še zadostni) dnevni odmerekTO – toksični odmerek

Clinics in Dermatology, 2009, 27, 175-194.

radikali, verižne radikalske reakcije, ros, rns, rss in ... · – transferin, laktoferin,...

Documents