Antioxy

Antioxy

Natalia Reznik,
Kandidat der biologischen Wissenschaften
"Chemie und Leben" №5, 2018

Sie möchten das Produkt loben – nennen Sie es ein Antioxidans. Die Vorstellung von den Gefahren von oxidativem Stress und der Notwendigkeit, ihn zu bekämpfen, ist in das öffentliche Bewusstsein eingedrungen und dort fest verwurzelt. Dies ist jedoch nicht die einzige Sicht auf reaktive Sauerstoffspezies und die Auswirkungen der Einnahme von Antioxidantien.

"Wer hat als erster freigelassen, dass er ein Auditor ist?"

Es gibt eine Legende, dass der amerikanische Chemiker Denham Harman im Dezember 1945 die Aufmerksamkeit einer von seiner Frau gekauften Frauenzeitschrift erregte. Harman las darin einen Artikel mit dem Titel "Du kannst Jünger sein", dachte darüber nach und schlug einige Jahre später die Theorie der Freien Radikalen des Alterns vor (Natur, 2015, 528, 322-325). Sein Grund ist, dass die Ursache des Alterns die Stoffwechselnebenprodukte sind – freie Radikale, die die Zellen schädigen. Im Laufe der Zeit sammeln sich diese Verletzungen an, wodurch der Körper krank wird und alt wird. Folglich kann die Alterung durch die Einnahme von Antioxidantien verzögert werden. In dieser Form ging die Radikaltheorie auf die Menschen über, die viele zu dem Unternehmen beitrugen, das Vitamine, Nahrungsergänzungsmittel und Antioxidantien enthaltende Tiernahrung vertreibt.Dieser Markt entwickelt sich schnell, und bis 2020 wird der Umsatz 3 Milliarden US-Dollar übersteigen.

Im Allgemeinen wurde die Idee der Gefahren der Oxidation in die Luft getragen, seit Menschen erkannt haben, dass der Sauerstoff, den sie atmen, dazu neigt, oxidiert zu werden, das heißt, organische Substanzen in einer feuchten Umgebung zu verderben. Natürlich stellt sich die Frage: Wie ist es im Körper? Und dort wird Glucose oxidiert, um Wasser und Kohlendioxid zu bilden und Energie freizusetzen. Zuerst wird Glukose im Zytoplasma in zwei Moleküle Brenztraubensäure aufgespalten. Dann werden diese Moleküle zu den Mitochondrien geschickt, wo sie biochemische Transformationen durchlaufen. Wenn dies geschieht, werden Elektronen freigesetzt; entlang einer Kette von Trägerproteinen, wie Ziegel entlang eines lebenden Förderers, erreichen sie den endgültigen Akzeptor – Sauerstoff. Der Elektronenakzeptor ist ein starkes Anion O2welches zwei Protonen bindet und Wasser bildet. Im Allgemeinen sieht die Reaktion so aus:

Oh2 + 4e + 4H+ → 2H2O.

Bei verschiedenen Verletzungen in der Atmungskette oder bei anderen Problemen, wie ionisierender Strahlung, spontaner Hämoglobinoxidation oder Entzündung, wird Sauerstoff jedoch nicht vollständig wiederhergestellt, und Superoxidradikale werden gebildet:

Oh2 + e → Über2.

Das Radikal muss notwendigerweise mit einem anderen Molekül reagieren, so dass ein anderes Radikal gebildet wird, das aufgrund seiner hohen Reaktivität auch interagiert. Wenn diese Reaktionskaskade nicht gestoppt wird, kann sie eine lange Zeit anhalten und eine Vielzahl von Molekülen verderben, obwohl sehr wenig Superoxid freigesetzt wird. Glücklicherweise bietet der Körper einen Mechanismus zum Schutz vor Schäden. Zuallererst sind dies Superoxid-Dismutase (SOD) -Enzyme, die die Reaktion von Superoxidradikalen mit Wasserstoffionen katalysieren:

2O2 + 2H+ → H2O2 + O2.

Superoxion dringt nicht in die Zellmembran ein, daher sind seine Konzentrationen im Zytosol, der Interzellularflüssigkeit und in den Mitochondrien unterschiedlich. Für seine Neutralisierung gibt es daher verschiedene Enzymisoformen, die im Zytoplasma, den Mitochondrien und im extrazellulären Raum wirken.

Wasserstoffperoxid, das als Folge von SOD-Aktivität und bestimmten oxidativen Prozessen gebildet wird, ist ebenfalls ein starkes Oxidationsmittel. Es wird durch Katalase oder Glutathion-Peroxidase-Enzyme deaktiviert und zersetzt sich in Wasser und Sauerstoff.

Neben Enzymen gibt es Antioxidantien,die mit freien Radikalen reagieren und sie zu Radikalen mit geringer Reaktivität machen. Antioxidantien enthalten einige Vitamine und Pflanzenpolyphenole. Ein Teil dieser Moleküle wird vom Körper synthetisiert, der Rest wird mit Nahrung gewonnen. Alle starken Sauerstoff-Oxidationsmittel, sowohl Radikal als auch keine (die letzteren schließen Wasserstoffperoxid und Ozon ein), sind reaktive Sauerstoffspezies (ROS).

Die Bildung von starken Oxidationsmitteln ist daher sehr natürlich und sicher, da Lebewesen ein antioxidatives Schutzsystem haben. Wir fürchten uns jedoch nicht durch Oxidantien im Allgemeinen, sondern durch oxidativen Stress – eine Situation, in der das Gleichgewicht zwischen der Bildung von Oxidationsmitteln und dem Schutz vor Antioxidantien unterbrochen wird und sich ROS im Körper ansammelt. Sie schädigen jedes Gewebe und es gibt kein Organ, das sich sicher fühlen würde (Abb. 1).

Abb. 1. Gemäß den kanonischen Ideen kann oxidativer Stress jedes Gewebe beeinflussen und zahlreiche Krankheiten verursachen.

Leider kann in einem lebenden Organismus die Geschwindigkeit der Bildung und Eliminierung von ROS nicht gemessen werden. Ärzte analysieren die Menge beschädigter DNA- und Lipidoxidationsprodukte, die mit dem Urin oder beim Ausatmen herauskommen.Die bloße Anwesenheit dieser Moleküle bedeutet nicht, dass der Körper wirklich gelitten hat, da er Schäden reparieren könnte. Daher bleibt oxidativer Stress ein biochemisches Konzept und ist nicht für Diagnose, Behandlung und Prognosezwecke geeignet.

Der Begriff des oxidativen Stresses und die Theorie der freien Radikale des Alterns wurden in alle Lehrbücher aufgenommen, aber in den frühen 2000er Jahren begannen sich experimentelle Daten anzusammeln, die diese Theorie widerlegten. Es stellte sich zum Beispiel heraus, dass die Nematoden des Laborwurms Caenorhabditis elegans – Das Expressionsniveau von SOD unter Bedingungen von oxidativem Stress beeinflusst die Lebenserwartung nicht signifikant. In transgenen Würmern, die keine SOD synthetisierten, erhöhte sich die Konzentration von freien Radikalen, und sie mussten den Körper des Nematoden zerstören, aber dies geschah nicht (Gene und Entwicklung, 2008, 22, 3236-3241). Die Autoren der Studie, britische und belgische Experten unter der Leitung von David James James, Professor am University College London, kamen zu dem Schluss2 – nicht der Hauptfaktor für die Alterung von Nematoden. Diese Schlussfolgerung wird durch Experimente mit Würmern bestätigt, die durch genetische Veränderung das Niveau bestimmter freier Radikale erhöhten.Mutanten lebten länger als normale Würmer, und als sie anfingen, Antioxidantien zu füttern, verloren sie ihre Langlebigkeit.

Angenommen, Nematoden sind weit genug von uns entfernt, aber hier waren Säugetiere, transgene Mäuse, in denen die Expression von SOD, Katalase, beiden Enzymen oder zwei verschiedenen Formen von SOD zwei- bis viermal höher war, aber ihr Leben hat sie nicht verlängert (Alternzelle, 2009, 8, 73-75).

Bei nackten Baggern ist der Gehalt an natürlichen Antioxidantien niedriger als bei anderen Nagern, und es gibt mehr oxidative Schäden im Gewebe. Gleichzeitig leben sie nicht nur für 25-30 Jahre – eine Zeit, für einen Nagetier, es ist fantastisch – aber sie werden praktisch nicht krank und sterben gesund. Diese Ergebnisse sind beeindruckend, aber die beim Menschen gewonnenen Daten sind noch interessanter.

"Jeder, nimm ein Vitamin!"

Menschen sind nicht gezwungen, eine zusätzliche Menge an SOD auszudrücken, aber sie werden mit Antioxidantien verwendet. Meistens sind es Vitamine. Kardiologe Angelo Azzi, Professor an der Tufts University (Boston, USA), stellte eine Sammlung von Fakten über ihre antioxidative Aktivität zusammen (Biofaktoren, 2017, 43, 785-788).

Fettlösliches α-Tocopherol, auch bekannt als Vitamin E, ist eine Komponente von Zellmembranen (Abb. 2), die für diese Qualität am besten bekannt ist. Die Lehrbücher sagen, dass es Membranlipide vor Oxidation schützt.Daten zu ihren Auswirkungen sind widersprüchlich. Es stellte sich insbesondere heraus, dass die regelmäßige Einnahme von α-Tocopherol die Häufigkeit von Herz-Kreislauf-Erkrankungen nicht beeinflusst und der Zustand von Krebspatienten nicht lindert. Bei Augenkrankheiten verringert ein allein oder in Kombination mit anderen Antioxidantien eingenommenes Vitamin nicht das Risiko, an Katarakt und Netzhautatrophie zu erkranken. Darüber hinaus unterstützt α-Tocopherol laut den meisten Studien keine kognitiven Fähigkeiten und verlangsamt den Rückgang während des normalen Alterns nicht. Und wenn jemand glaubt, dass das Vitamin einfach nicht genug ist und Sie ein wenig mehr nehmen müssen, lassen Sie ihn sich enthalten – übermäßig hohe Dosen von α-Tocopherol verursachen Blutungen, erhöhen die Sterblichkeit und erhöhen das Risiko von Prostatakrebs.

Abb. 2 Einige natürliche Antioxidantien

Ein weiteres bekanntes Antioxidans ist β-Carotin, eine Vorstufe von Vitamin A. Seine Eigenschaften wurden in einer Studie über die Wirkung von α-Tocopherol und β-Carotin auf das Risiko der Entwicklung von Lungenkrebs bei Rauchern untersucht (Alpha-Tocopherol, Beta-Carotin – ATBC). Diese Doppelblindstudie wurde in Finnland durchgeführt. In den Jahren 1985-1988 zogen Wissenschaftler die Kooperation von 29 133 Männern zwischen 50 und 69 Jahren an, die mindestens fünf Zigaretten am Tag rauchten. Sie nahmen Vitamin E täglich in Form von α-Tocopherolacetat, β-Carotin oder Placebo ein.Bis 1993 zählten 876 neue Fälle von Lungenkrebs zu den Teilnehmern. Alpha-Tocopherol hatte anscheinend praktisch keinen Einfluss auf die Inzidenz, bei den Teilnehmern, die β-Carotin einnahmen, war die Anzahl der Fälle um 18% höher als in der Placebo-Gruppe und die Gesamtmortalität um 8% höher, hauptsächlich aufgrund von Krebs Lungen- und koronare Herzkrankheit (Das New England Journal der Medizin, 1994, 330, 1029-1035).

Nach diesen Ergebnissen hörten die Probanden auf, Vitamine zu nehmen, überwachten aber weiterhin ihre Gesundheit. Es ist beispielsweise bekannt, dass der antioxidative Schutz bei Patienten mit Typ-2-Diabetes reduziert ist. 705 Studienteilnehmer erkrankten an Diabetes, aber das Risiko der Erkrankung war nicht abhängig vom Vitaminspiegel im Serum (Diabetologie, 2008, 51, 47-53). Antioxidantien halfen auch hier nicht.

In anderen Studien wurde β-Carotin in Kombination mit Retinol täglich von 18.314 Personen mit hohem Risiko für Lungenkrebs (Carotin und Retinol Wirksamkeitsstudie – CARET). Die aktive Phase der 1985 begonnenen Forschung wurde 1996, 21 Monate früher als geplant, eingestellt, weil Vitamine, wie sich herausstellte, das Risiko von Lungenkrebs erhöhen, besonders bei Menschen, die mit Asbest zu tun hatten.

Es gibt andere Studien, nach denen die erhöhte Einnahme von β-Carotin, Vitamin A und Vitamin E in der Zusammensetzung von Vitaminkomplexen das Sterberisiko nicht verringert und in einigen Fällen um mindestens 5% erhöht.

Epidemiologische Studien zeigen, dass Menschen, die viel Gemüse und Früchte essen, die reich an Vitaminen und anderen Antioxidantien sind, länger leben und weniger Krebs haben als diejenigen, die kein Obst essen. Es scheint klar, dass eine Ernährung reich an Antioxidantien die Gesundheit verbessern wird. Aber die Ergebnisse vieler streng durchgeführter Experimente widerlegen diese Hypothese. Warum ist das so?

Einer der Gründe, sagt Professor Azzi, ist, dass Moleküle, die in einem Reagenzglas antioxidative Eigenschaften aufweisen, diese einmal im Körper verlieren. Das gleiche Vitamin E verliert seine Fähigkeit, mit freien Radikalen zu reagieren, wenn es mit Tocopherol-assoziierten Proteinen interagiert (Tocopherol-assoziierte Proteine – TAPs) oder Serumalbumin. Das Molekül wird dadurch vollständig inert. Und dann gibt es das Enzym α-Tocopherol-Kinase, das die Phosphatgruppe von ATP auf den Alkohol-Rest von Tocopherol überträgt und einen sehr stabilen Ester bildet, der keine antioxidativen Eigenschaften besitzt. Andere Proteine ​​interagieren mit Retinol und berauben es der Fähigkeit, ROS zu neutralisieren.

Früchte sind nicht nur reich an Vitaminen.Es gibt eine große Gruppe von biologisch aktiven Verbindungen, Polyphenole, die sich in vitro als Antioxidantien verhalten (Abb. 2). Dazu gehören Kaffeesäure, die in Kaffee, Thymian, Salbei, Pfefferminz und Sonnenblumenkernen vorhanden ist; Epigallocatechin-Tee; Quercetin gefunden in Kapern, Dill, Koriander, roter Zwiebel, Radicchio (italienischer Chicorée) und vielen anderen. Polyphenole werden in der traditionellen Medizin aktiv eingesetzt und Experten untersuchen ihre medizinischen Eigenschaften. Die Bioverfügbarkeit von Polyphenolen im Körper ist jedoch gering. Enzyme blockieren sofort die Hydroxylgruppen von Polyphenolen, die nur antioxidative Eigenschaften haben, und dann werden sie effektiv aus dem Körper entfernt. Infolgedessen übersteigt der Gehalt an Polyphenolen im Blutplasma nicht mehrere Mikromole. Damit das Plasma antioxidative Eigenschaften erhält, ist eine viel größere Konzentration erforderlich.

Schock oder schütteln?

Oxidativer Stress hat zwei Seiten. Überschüssiges ROS schädigt biologische Moleküle, während einige Oxidationsmittel, wie Wasserstoffperoxid oder molekularer Singulett-Sauerstoff, als Vermittler von Signalwegen wirken, die Genexpression regulieren und es dem Körper erlauben, sich an die Situation anzupassen.Diese Moleküle stimulieren das Immunsystem, mobilisieren das System des ionischen Transports, ziehen Blutplättchen an die Verletzungsstelle und starten ein Apoptose-Programm. Es ist dank der Signalmoleküle von ROS der Körper mit ultravioletter und ionisierender Strahlung, Infektion, reagiert auf Nahrung, Lebensstil und Bewegung.

Körperliche Aktivität und Antioxidantien sind ein traditionelles Rezept für einen gesunden Lebensstil. Sport verlängert das Leben und verbessert den Zustand von Patienten mit Typ-2-Diabetes und Insulinresistenz. Aber was passiert, wenn Sie die Ladung mit Antioxidantien kombinieren? Während des Aufladens werden aktive Formen von Sauerstoff in den Mitochondrien intensiv gebildet. Die Forscher testeten, wie Sportcocktails und die Vitamine A und E die Insulinresistenz bei gesunden jungen Menschen beeinflussen (Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften, 2009, 106, 8665-8670). Es stellte sich heraus, dass nach vier Wochen Training die Insulinsensitivität tatsächlich ansteigt, aber nur in Abwesenheit von Antioxidantien. Dies liegt daran, dass ROS die Expression von Gentranskriptionsregulatoren stimuliert, die Insulinsensitivität bereitstellen.Die gleichen Signalmoleküle aktivieren die Synthese von antioxidativen Schutz-Enzymen, die überschüssige Oxidantien auffangen. Die Akzeptanz von Antioxidantien blockiert beide Prozesse und damit die gesundheitsfördernde Wirkung von Sport. Es stellt sich heraus, dass reaktive Sauerstoffspezies und milder oxidativer Stress hilfreich sein können, Antioxidantien jedoch nicht.

All dies bedeutet natürlich nicht, dass Vitamine und Polyphenole nutzlos oder gesundheitsschädlich sind. Vitamine in bestimmten Dosen und in bestimmten Situationen sind lebenswichtig, aber nicht wegen der antioxidativen Eigenschaften. Vitamin A wird für die Arbeit des Sehpigments benötigt, dessen Mangel führt zu einer Verzögerung der Entwicklung und des Wachstums. Alpha-Tocopherol ist unentbehrlich für Ataxie (gestörte Bewegungskoordination), die durch einen Mangel an Vitamin E verursacht wird. Dies ist eine seltene genetische Erkrankung, die mit einer gestörten Sekretion von α-Tocopherol aus der Leber in das Blut verbunden ist. Vitamin E wird auch für nicht-alkoholische Leberschäden verschrieben. Es reduziert die Konzentration des C-reaktiven Proteins der Entzündung und verstärkt die Schutzfunktionen des Immunsystems. Die aktivste Form von Vitamin E ist übrigens Tocopherolphosphat, das keine antioxidativen Eigenschaften besitzt.

Die Fähigkeit von Polyphenolen, die Aktivität von Rezeptoren, Enzymen, Protein-Transkriptionsfaktoren und Signalkaskaden zu regulieren, ist von zunehmendem Interesse. Einige dieser Effekte werden an Zellkulturen gezeigt, andere an Tieren. Forschungen an der Person sind wenige, ihre Ergebnisse sind widersprüchlich. Eines der am meisten untersuchten Polyphenole ist Resveratrol, das in Blaubeeren, Trauben, Himbeeren und Maulbeeren vorkommt. Sie verlassen sich auf ihn als Mittel des gesunden Alterns, erhöhen die Lebenserwartung und aktivieren möglicherweise das Enzym Sirtuin. Dieses Enzym modifiziert Histone und verändert die Chromatinkonformation und spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation der Genexpression. Resveratrol wurde an Hefe und Mäusen getestet, es ist zu früh, um über seine Wirkung auf Menschen zu sprechen. Pharmazeutisches Unternehmen GlaxoSmithKline Sie begann eine klinische Studie mit Resveratrol, aber schnell wegen der fehlenden Wirkung der Droge und Zweifel an ihrer Sicherheit. Unternehmen Elysium erforscht die methylierte Form von Resveratrol, Pterostilben, das besonders häufig in Blaubeeren vorkommt. Pterostilben ist biologisch aktiver als Resveratrol. Die Forscher hoffen, dass es als Vorläufer eines der wichtigsten funktionellen Moleküle des Körpers, NAD +, dienen wird, das mit zunehmendem Alter kleiner wird.Während diese Hoffnungen nicht bestätigt werden und die Drogenaktivität von Polyphenolen nicht bewiesen ist.

In der Zwischenzeit setzt der antioxidative Markt aggressive und nicht immer korrekte Werbung fort. Zum Beispiel enthalten etwa 35.000 kosmetische Produkte Vitamin E als natürliches Antioxidans, das die Haut- und Hautzustand verbessert. Diesen Mitteln werden jedoch α-Tocopherol und α-Tocopherolacetat zugesetzt. Dieses Molekül ist nicht in der Lage, freie Radikale zu neutralisieren, da es keine Hydroxylgruppen aufweist und Hautenzyme es nicht brechen können. Somit funktioniert & agr; -Tocopherolacetat in Kosmetika als Antioxidans nicht. Gut oder schlecht? Es gibt keine wissenschaftlichen Daten darüber, es bleibt Glück.


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