Prooksydanty
Prooksydanty – substancje chemiczne, które wywołują stres oksydacyjny, albo poprzez generowanie reaktywnych form tlenu, albo przez hamowanie systemów antyoksydacyjnych[1]. Stres oksydacyjny wytwarzany przez te chemikalia może uszkadzać komórki i tkanki, na przykład przedawkowanie przeciwbólowego paracetamolu (acetaminofenu) może śmiertelnie uszkodzić wątrobę, częściowo poprzez wytwarzanie reaktywnych form tlenu[2].
Niektóre substancje mogą służyć jako przeciwutleniacze lub prooksydanty, w zależności od warunków[3]. Niektóre z ważnych warunków obejmują stężenie substancji chemicznej oraz obecność tlenu lub metali przejściowych. Chociaż z punktu widzenia termodynamicznego jest to bardzo korzystne, redukcja tlenu cząsteczkowego lub nadtlenku odpowiednio do ponadtlenku lub rodnika hydroksylowego jest zabroniona. To znacznie zmniejsza tempo tych reakcji, umożliwiając w ten sposób istnienie życia tlenowego. W rezultacie, redukcja tlenu zazwyczaj obejmuje albo początkowe tworzenie tlenu singletowego, albo sprzęganie spin-orbita poprzez redukcję metalu przejściowego, takiego jak mangan, żelazo lub miedź. Ten zredukowany metal następnie przenosi pojedynczy elektron do tlenu cząsteczkowego lub nadtlenku.
Podział edytuj
Jednym z kryteriów podziałowych prooksydantów jest podział na środki o właściwościach prooksydacyjnych. W tabeli poniżej przedstawiono różne klasy prooksydantów, mechanizmy generowania przez nie stresu oksydacyjnego i sposoby zapobiegania tym zjawiskom.
| Substancje prooksydacyjne | Mechanizm działania | Zapobieganie |
|---|---|---|
| Zanieczyszczenia powietrza: ozon (O3), dwutlenek siarki (SO2), dym papierosowy, tlenki azotu (NOx), pył zawieszony (PM) | Generują nadmierne ilości ponadtlenku, nadtlenku wodoru i rodnika hydroksylowego, co skutkuje zwiększonymi uszkodzeniami oksydacyjnymi DNA,
Zwiększony poziom 8-izoprostan, 8-hydroksy-2′-deoksyguanozyna Działanie hamujące na enzymy związane ze stresem oksydacyjnym, Zapalenia |
Katalazy, peroksydazy glutationowe, peroksyredoksyny
Witaminy C, E, GSH, beta-karoten Ekstrakty z N-acetylocysteiny, deferoksaminy i zielonej herbaty |
| Promieniowanie jonizujące i niejonizujące | Zwiększone tworzenie ponadtlenków (O2∙−) H2O2, tlenu singletowego, rodników nadtlenowych i rodników hydroksylowych (OH∙),
Zwiększone uszkodzenia DNA i uszkodzenia błony lipidowej, Zmienione systemy obrony antyoksydacyjnej, Zubożenie endogennych antyoksydantów |
Melatonina, witamina A, C, E, likopen, L-selenometionina, alfa-lipon, N-acetylocysteina, kurkumina, polifenole z zielonej herbaty, miłorząb dwuklapowy, L-karnityna, selen, luteina i piknogenol |
| Pestycydy: parakwat, insektycydy fosforoorganiczne, aldryna i dieldryna, DDT, polichlorowane dibenzo-para-dioksyny (dioksyny) i polichlorowane dibenzofurany (furany), polichlorowane bifenyle (PCB) | Stymulacja produkcji wolnych rodników,
Zmiany w enzymach antyoksydacyjnych i systemie redoks glutationu, Zmniejszona obrona antyoksydacyjna, Podwyższony poziom dialdehydu malonowego, peroksydacja lipidów, Uszkodzenia DNA |
Flawonoidy dietetyczne (galusan 3-epigallokatechiny (EGCG) i kwercetyna,
Witaminy A, C, E, selen, likopen, melatonina, cynk |
| Metale redox aktywne: żelazo, miedź, chrom, wanad i kobalt | Zredukowane formy redoks-aktywnych jonów metali uczestniczą w reakcji Fentona, w której z nadtlenku wodoru generowany jest rodnik hydroksylowy (HO•). Ponadto reakcja Habera-Weissa, która obejmuje utlenione formy jonów metali o aktywności redoks i anionu ponadtlenkowego, generuje zredukowaną formę jonu metalu, który można sprzęgać z chemią Fentona w celu wytworzenia rodnika hydroksylowego | Przeciwutleniacze chelatujące metale, takie jak transferyna, albumina i ceruloplazmina, zapobiegają wytwarzaniu rodników poprzez hamowanie reakcji Fentona katalizowanej przez miedź i żelazo |
| Aktywność sportowa, nadmierne ćwiczenia | Zwiększone tworzenie ROS:
nadmierne ilości ponadtlenku, nadtlenku wodoru i rodnika hydroksylowego |
Zwiększa endogenne systemy obronne przed wolnymi rodnikami poprzez zwiększenie poziomu SOD, peroksydazy glutationowej i zredukowanego glutationu (GSH) w mięśniach |
| Leki:
lek przeciwbólowy (paracetamol) lub przeciwnowotworowy (metotreksat) |
Generacja ROS | Zwiększenie endogennych systemów antyoksydacyjnych i naprawiających uszkodzenia |
| Nadmierne psychofizyczne sytuacje stresowe | Zwiększony metabolizm katecholamin, co zwiększa stres oksydacyjny poprzez zwiększenie produkcji wolnych rodników.
Stres emocjonalny może zmniejszyć skuteczność układu odpornościowego i skuteczność systemu antyoksydacyjnego oraz procesy naprawcze, zwiększone biomarkery stresu oksydacyjnego |
Glutation, techniki relaksacyjne, takie jak joga |
| Dezynfekcja produktów wodą | Produkcja ROS (OH∙, H2O2 i singlet O2) | askorbinian, desferal, N-acetylocysteina
Deferoksamina, zielona herbata, katechiny Melatonina, związki tioallilowe z czosnku, Trolox, glutation |
| Przeciwutleniacze: kwas askorbinowy, witamina E, polifenole | Działają jako prooksydanty w pewnych okolicznościach, na przykład w obecności metali przejściowych lub w nadmiernych ilościach | Zwiększona aktywność endogennych systemów antyoksydacyjnych i naprawczych |
Witaminy prooksydacyjne edytuj
Witaminy, które są czynnikami redukującymi, mogą być prooksydantami. Witamina C ma działanie przeciwutleniające, gdy redukuje substancje utleniające, takie jak nadtlenek wodoru, jednak może również redukować jony metali, co prowadzi do generowania wolnych rodników poprzez reakcję Fentona[5][6].
2 Fe2+ + 2 H2O2 → 2 Fe3+ + 2 OH· + 2 OH−
2 Fe3+ + askorbinian → 2 Fe2+ + dehydroaskorbinian
Jon metalu w tej reakcji może zostać zredukowany, utleniony, a następnie ponownie zredukowany w procesie zwanym cyklem redoks, który może generować reaktywne formy tlenu.
Względne znaczenie przeciwutleniających i prooksydacyjnych działań witamin przeciwutleniających jest obszarem aktualnych badań, ale na przykład witamina C wydaje się mieć głównie działanie przeciwutleniające w organizmie. Jednak mniej danych jest dostępnych dla innych przeciwutleniaczy dietetycznych, takich jak przeciwutleniacze polifenolowe, cynk, selen i witamina E.[7][8]
Właściwości antyoksydacyjne selenu uwarunkowane są przede wszystkim jego rolą jako niezbędnego składnika centrum aktywnego peroksydazy glutationowej. Wskazuje się także na zdolność Se do regeneracji witaminy E w układach biologicznych. Wykazano bowiem, iż wzbogacanie mięsa mieszaniną witaminy E i Se w celu zahamowania procesów oksydacyjnych, a w konsekwencji stabilizacji barwy, jest bardziej efektywne niż samą witaminą E czy Se. Postuluje się, że Se i witamina E mogą odgrywać istotną rolę w zapobieganiu raka prostaty[9].
Najczęściej występującą formą witaminy E w przyrodzie jest α-tokoferol, który ma największą aktywność biologiczną. Jest on również jednym z głównych związków chroniących organizm przed stresem oksydacyjnym. Uczestniczy w pierwszej linii obrony przed RFT efektywnie wygaszając 1O2 w efekcie czego nie dochodzi do jego reakcji z resztami wielonienasyconych kwasów tłuszczowych fosfolipidów błon komórkowych oraz hamowana jest reakcja peroksydacji i generowania ich rodników. W drugiej linii obrony szybko reaguje z wolnymi rodnikami nadtlenkowymi lipidów i unieczynnia je, a równocześnie przerywa ich wytwarzanie oraz hamuje ciąg wolnorodnikowych reakcji łańcuchowych uszkadzających komórki. Podczas redukcji Fe3+ do Fe2+ i Cu2+ do Cu+ tokoferole stymulują powstawanie rodników *OH.[10]
Witamina A (retinol) jako antyoksydant działa zarówno w I jak i II linii obrony przed RFT (podobnie jak witamina E). W procesach prewencyjnych efektywnie wygasza tlen singletowy a w reakcjach wolnorodnikowych na etapie terminacji neutralizuje wolne rodniki powstające podczas peroksydacji lipidów. Właściwości antyoksydacyjne witaminy A wynikają z obecności w cząsteczce sprzężonych układów wiązań C=C w łańcuchu bocznym. Retinol ma większą zdolność usuwania rodnika peroksylowego w porównaniu z witaminą E.[11]
Zastosowanie w medycynie i biotechnologii edytuj
Kilka ważnych środków przeciwnowotworowych wiąże się z DNA i generuje reaktywne formy tlenu. Należą do nich adriamycyna i inne antracykliny, bleomycyna i cisplatyna. Środki te mogą wykazywać specyficzną toksyczność wobec komórek rakowych ze względu na niski poziom obrony antyoksydacyjnej występującej w guzach. Ostatnie badania pokazują, że dysregulacja redoks wynikająca ze zmian metabolicznych i zależność od sygnalizacji mitogennej i przeżywalności przez reaktywne formy tlenu stanowi szczególną podatność komórek nowotworowych, na które mogą być selektywnie ukierunkowane prooksydacyjne, niegenotoksyczne chemioterapeutyki redoks[12].
Przypisy edytuj
- ↑ C D Puglia, S R Powell, Inhibition of cellular antioxidants: a possible mechanism of toxic cell injury., „Environmental Health Perspectives”, 57, 1984, s. 307–311, DOI: 10.1289/ehp.8457307, ISSN 0091-6765, PMID: 6094175, PMCID: PMC1568295 [dostęp 2021-11-16].
- ↑ Laura P. James, Philip R. Mayeux, Jack A. Hinson, Acetaminophen-Induced Hepatotoxicity, „Drug Metabolism and Disposition”, 31 (12), 2003, s. 1499–1506, DOI: 10.1124/dmd.31.12.1499, ISSN 0090-9556, PMID: 14625346 [dostęp 2021-11-16] (ang.).
- ↑ Wayback Machine [online], web.archive.org, 6 kwietnia 2008 [dostęp 2021-11-16] [zarchiwizowane z adresu 2008-04-06].
- ↑ Robert Sotler i inni, PROOXIDANT ACTIVITIES OF ANTIOXIDANTS AND THEIR IMPACT ON HEALTH, „Acta Clinica Croatica”, 58 (4), 2019, s. 726–736, DOI: 10.20471/acc.2019.58.04.20, ISSN 0353-9466, PMID: 32595258, PMCID: PMC7314298 [dostęp 2021-11-16].
- ↑ Anitra Carr, Balz Frei, Does vitamin C act as a pro-oxidant under physiological conditions?, „The FASEB Journal”, 13 (9), 1999, s. 1007–1024, DOI: 10.1096/fasebj.13.9.1007, ISSN 1530-6860 [dostęp 2021-11-16] (ang.).
- ↑ S.J. Stohs, D. Bagchi, Oxidative mechanisms in the toxicity of metal ions, „Free Radical Biology and Medicine”, 18 (2), 1995, s. 321–336, DOI: 10.1016/0891-5849(94)00159-H, ISSN 0891-5849 [dostęp 2021-11-16] (ang.).
- ↑ Barry Halliwell, Dietary polyphenols: Good, bad, or indifferent for your health?, „Cardiovascular Research”, 73 (2), 2007, s. 341–347, DOI: 10.1016/j.cardiores.2006.10.004, ISSN 0008-6363 [dostęp 2021-11-16].
- ↑ Qiang Hao, Wolfgang Maret, Imbalance between pro-oxidant and pro-antioxidant functions of zinc in disease, „Journal of Alzheimer's Disease”, 8 (2), 2005, s. 161–170, DOI: 10.3233/JAD-2005-8209, ISSN 1387-2877 [dostęp 2021-11-16] (ang.).
- ↑ Bogna Gryszczyńska, Współdziałanie antyoksydantów egzogennych i endogennych w organizmie człowieka, 2008, OCLC 998612677 [dostęp 2021-11-23].
- ↑ Claus Schneider, Chemistry and biology of vitamin E, „Molecular Nutrition & Food Research”, 49 (1), 2005, s. 7–30, DOI: 10.1002/mnfr.200400049, ISSN 1613-4133 [dostęp 2021-11-23] (ang.).
- ↑ Wayback Machine [online], web.archive.org, 6 kwietnia 2008 [dostęp 2021-11-23] [zarchiwizowane z adresu 2008-04-06].
- ↑ Georg T. Wondrak, Redox-Directed Cancer Therapeutics: Molecular Mechanisms and Opportunities, „Antioxidants & Redox Signaling”, 11 (12), 2009, s. 3013–3069, DOI: 10.1089/ars.2009.2541, ISSN 1523-0864, PMID: 19496700, PMCID: PMC2824519 [dostęp 2021-11-16].