1 Katedra i Zakład Biochemii, I Wydział Lekarski, Warszawski Uniwersytet Medyczny
2 Katedra Mleczarstwa i Zarządzania Jakością, Uniwersytet WarmińskoMazurski
Adres do korespondencji: Hanna Czeczot, Katedra i Zakład Biochemii, I Wydział Lekarski, Warszawski Uniwersytet Medyczny, ul. Banacha 1, 02097 Warszawa, email: hanna.czeczot@wp.pl
Lipohilic antioxidants – health benefits · Source of ingredients with antioxidant properties in the human diet are not only products of plant origin (fruit, vegetables and cereals), but also biologically active components present in dairy products, meat and fish. They are a source of lipophilic antioxidants such as: α-tocopherol, β-carotene, vitamin A, E D, K, coenzyme Q10, phospholipids. In food of animal origin are also unique ingredients such as: CLA in dairy products and beef, acid α-lipoic acid in meat and especially organ meats or ether lipids and squalene fat-soluble cold-water fish and marine mammals. Because of the lipophilic nature of antioxidants from food of animal origin are better absorbed and used in the body than antioxidants hydrophilic, derived from fruits and vegetables.
Despite the fact that the lipophilic antioxidants are present in the human body in small amounts this is due to the multidirectional nature of action provide effective protection against oxidative stress. The effectiveness of their antioxidant action also stems from a high termal stability and synergisms between lipophilic and hydrophilic antioxidants.
Keywords: lipophilic antioxidants, health benefits, vitamin A, D, E, K, Coenzyme Q10, CLA.
© Farm Pol, 2017, 73 (4): 254–262
karoteny (likopen, α, β, γkaroten) i ksantofile (luteina, zeaksantyna, wiolaksantyna, fukoksan
tyna) oraz obecna produktach zwierzęcych wita
mina A.
βkaroten stanowi 75–80% ogółu karotenoidów w diecie i spośród karotenów wykazuje on najwięk
szą aktywność biologiczną. Jest w organizmie czło
wieka głównym prekursorem witaminy A. W wy
niku jego biokonwersji w błonie śluzowej przewodu pokarmowego (jelito cienkie) powstaje witami
na A (retinal) – niebiałkowy składnik rodopsyny odpowiedzialnej za odbieranie bodźców świetlnych w procesie widzenia. Ważną biologicznie postacią witaminy A jest nie tylko retinal, ale również kwas retinojowy, który reguluje procesy podziału, różni
cowania i wzrostu komórek. Witamina A, poprzez swoje bezpośrednie działanie na komórki nabłonko
we, odpowiada za regenerację skóry, rogówki oka, błon śluzowych układu pokarmowego, moczowe
go, rozrodczego i oddechowego [3, 4].
Działania antyoksydacyjne karotenoidów (np.
βkarotenu, likopenu, luteiny i zeaksantyny) i wi
taminy A polegają na zdolności do wygaszania tle
nu singletowego oraz redukcji organicznych rodni
ków powstających w procesie peroksydacji lipidów, rodników tiolowych (RS*), sulfonowych (RSOO*), ditlenku azotu (NO*), a także reakcji z nadtlen
kiem wodoru (H2O2). Mechanizm antyoksydacyj
nego działania βkarotenu polega na przeniesieniu elektronów i/lub tworzeniu adduktów z rodnikami nadtlenkowymi lub tiolowymi. Jest on również sku
tecznym „zmiataczem” reaktywnego rodnika hy
droksylowego. Dzięki aktywności antyoksydacyjnej βkaroten i witamina A skutecznie chronią lipidy błonowe i DNA przed oksydacją [3, 5, 6].
Spośród karotenoidów najsilniejsze działa
nie antyoksydacyjne wykazuje likopen, który jako antyoksydant jest 2krotnie skuteczniejszy niż βkaroten. Jego głównym źródłem w diecie są m.in. pomidory, arbuzy, melony, grejpfruty. Li
kopen neutralizuje tlen singletowy i wolne rodniki poprzez addycję, przeniesienie elektronu lub ode
rwanie wodoru, dzięki czemu może odgrywać istot
ną rolę w ochronie błon komórkowych i lipoprotein LDL przed utlenianiem. Ponadto likopen aktywu
je ekspresję genów kodujących, m.in. enzymy an
tyoksydacyjne i detoksykacyjne (np. Stransferazę glutationową oraz reduktazę glutationową). Dzia
łanie antynowotworowe wynikające z właściwo
ści antyoksydacyjnych likopenu polega również na ograniczaniu powstawania ostatecznych kancero
genów, hamowaniu niekontrolowanego podziału komórek w organizmie oraz selektywnej aktywa
cji procesów apoptozy zmienionych nowotworo
wo komórek [5, 7].
Witamina A jako antyoksydant działa skutecznie w komórkach o niskim ciśnieniu parcjalnym tlenu,
reagując z organicznymi rodnikami nadtlenkowy
mi (ROO•) przerywa reakcję łańcuchowej peroksy
dacji lipidów. Wykazuje również zdolność do bezpo
średniego reagowania z RFT, tworząc 5,6epoksyd retinoidowy [8].
Luteina, zeaksantyna czy astaksantyna dzięki właściwościom antyoksydacyjnym zapobiegają fo
tooksydacyjnym uszkodzeniom siatkówki, tym sa
mym poprawiając ostrość widzenia. Zmniejszając stres oksydacyjny w siatkówce chronią przed zwią
zanymi z wiekiem schorzeniami oczu, takim jak:
zaćma, zwyrodnienie plamki żółtej czy zespół su
chego oka [9].
Dzięki właściwościom antyoksydacyjnym karo
tenoidy (szczególnie likopen i βkaroten) oraz wi
tamina A, zapobiegając utlenianiu lipoprotein LDL, ograniczają ryzyka wystąpienia chorób układu krą
żenia. Związki te hamują również peroksydację li
pidów w tkankach, w których jest niskie ciśnienie parcjalne tlenu. W takich warunkach βkaroten wykazuje znacznie większą aktywność w „zmia
taniu” tlenu singletowego i organicznych nadtlen
ków lipidowych niż witaminy: A, E i C [4, 5]. Nato
miast przy wysokim ciśnieniu parcjalnym tlenu (np.
w nabłonku dróg oddechowych) βkaroten i wita
mina A mogą wykazywać działanie prooksydacyj
ne. W wysokim ciśnieniu tlenu ulegają one autook
sydacji, co sprzyja peroksydacji lipi dów błonowych.
βkaroten może ulegać również oksydacyjnym mo
dyfikacjom w wyniku interakcji z RFT zawarty
mi w dymie tytoniowym [10]. Zaobserwowano, że przyjmowanie βkarotenu w dawkach przekracza
jących dzienne zapotrzebowanie powoduje większą częstość występowania raka płuc w grupie palaczy w porównaniu z grupą osób niepalących. Bada
nie CARET (The Beta Carotene and Retinol Effica-cy) wykazało, że suplementacja diety βkarotenem i witaminą E u osób wypalających dziennie dużą liczbę papierosów zwiększa u nich o ok. 28% ryzy
ko wystąpienia raka płuc. Wyniki badania CARET zostały potwierdzone także przez kolejne badanie ATBC (Alpha Tocopherol Beta Carotene) oraz VITAL (VITamins And Lifestyle) [11, 12].
Karotenoidy i witamina A wspólnie z innymi an
tyoksydantami lipofilnymi (witamina E, ubichi
non i inne) i hydrofilnymi (witamina C, glutation) chronią komórki organizmu przed stresem oksy
dacyjnym i jego skutkami. Można je uznać za waż
ny czynnik w prewencji i leczeniu schorzeń układu krążenia, chorobach nowotworowych i neurodege
neracyjnych [13].
Witamina E
Witamina E występuje powszechnie w roślinach i produktach roślinnych w postaci tokoferoli (α, β, γ, δ) i tokotrienoli (α, β, γ, δ). W organizmie człowieka
nie jest syntezowana. Bogatym źródłem witaminy E (zwłaszcza αtokoferoli) są oleje roślinne i ryby oraz kiełki pszenicy (133 mg/100 g), pełne ziarna zbóż, nasiona słonecznika (49 mg/100 g).
Witamina E jest najważniejszym naturalnym an
tyoksydantem lipofilnym, chroniącymi wielonie
nasycone kwasy tłuszczowe i fosfolipidy oraz białka wchodzące w skład błon komórkowych oraz lipo
protein osocza przed peroksydacją. Najwyższą ak
tywnością antyoksydacyjną z tokoferoli wykazu
je αtokoferol. W organizmie człowieka pełni on funkcje biologicznie aktywnej witaminy E. Jest to możliwe dzięki obecności w wątrobie wyspecjali
zowanego białka (α-Tokoferol Transfer Protein, αTTP), które specyficznie wiąże, a następnie trans
portuje do miejsc działania w organizmie wyłącz
nie αtokoferol. Białko αTTP pośredniczy w wątro
bie w łączeniu αtokoferolu z lipoproteinami VLDL i wydzielaniu ich do krwi, co zapewnia jego obec
ność we wszystkich lipoproteinach i zwiększa za
sięg jego biologicznego działania [14].
Witamina E jest najbardziej aktywnym egzo
gennym antyoksydantem lipofilnym w organizmie człowieka. Warunkuje to jej struktura chemicz
na: pierścień chromanowy, tzw. głowa, i boczny łańcuch izoprenoidowy, tzw. ogon. Obecność hy
drofobowego łańcucha izoprenoidowego zapew
nia dobrą rozpuszczalność w tłuszczach, natomiast aromatyczny pierścień nadaje charakter polarny.
Budowa witaminy E ułatwia jej lokalizację w lipi
dowych dwuwarstwach błon komórkowych w taki sposób, że hydrofobowy ogon wchodzi pomiędzy łańcuchy węglowodorowe lipidów, natomiast po
larna głowa jest eksponowana na środowisko hy
drofilne [14].
Antyoksydacyjne działanie αtokoferolu, zwłaszcza jego zdolność do przerywania łańcu
chowej peroksydacji lipidów czy reakcja z tlenem singletowym, jest dobrze poznane. Jedna cząstecz
ka tokoferolu może ochraniać przed peroksydacją 103~108 cząsteczek wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (WNKT) obecnych w fosfolipidach błonowych czy lipoprotein [15].
Zdolność witaminy E do zapobiegania peroksy
dacji lipidów błon komórkowych oraz lipoprotein osocza na etapie propagacji zapewnia właściwą ich strukturę i przepuszczalność, co ma ogromne zna
czenie dla funkcjonowania komórek i tkanek naj
bardziej narażonych na stres oksydacyjny (ery
trocyty, pęcherzyki płuc). Podczas peroksydacji lipidów (w błonach komórkowych i lipoproteinach) αtokoferol reaguje z rodnikami nadtlenowymi, z którymi tworzy stosunkowo mało reaktywne i względnie stabilne rodniki tokoferylowe. Rodnik tokoferylowy (TOKO•) może wejść w reakcję z ko
lejnym wolnym rodnikiem lub połączyć się z rod
nikiem nadtlenkowym, co prowadzi do terminacji
procesu peroksydacji. W komórkach możliwa jest regeneracja rodnika tokoferylowego do aktywnej witaminy E, co odbywa się z udziałem witaminy C, glutationu (GSH), koenzymu Q10 (ubichinonu) oraz witaminy A. W warunkach stresu oksydacyjne
go witamina E regeneruje βkaroten. Antyoksyda
cyjne działanie witaminy E wspomaga koenzym Q10 (ubichinol) bierze udział w regeneracji zreduko
wanej formy witaminy E (redukuje rodnik tokofe
rolowy do tokoferolu). Poza tym witamina E dzia
ła synergicznie z selenem w ochronie integralności błon komórkowych przed skutkami peroksydacji lipidów błonowych [3–5, 15, 16].
Witamina E zapewnienia integralność i płynność błon komórkowych nie tylko dzięki właściwościom antyoksydacyjnym, ale także poprzez wpływ na aktywność enzymów (fosfolipazy A2, cyklooksy
genazy, kinazy białkowe B i C). Ponadto uczestni
czy w przekazywaniu sygnałów i regulacji ekspre
sji genów oraz pełni funkcje immunomodulacyjne, przeciwzapalne, przeciwnowotworowe oraz neu
roprotekcyjne [3, 4, 16].
Konsekwencją niedoborów witaminy E są przy
spieszone procesy starzenia organizmu, a także zwiększone ryzyko zachorowania na miażdżycę, schorzenia sercowonaczyniowe, choroby no
wotworowe oraz neurodegeneracyjne (choroba Alzheimera, Parkinsona, stwardnienie zanikowe boczne). Zapotrzebowanie na witaminę E wzrasta przy niedoborze innych antyoksydantów lipofil
nych, a zwłaszcza przy wysokiej konsumpcji ole
jów roślinnych. Suplementacja witaminą E zmniej
sza prawdopodobieństwo występowania chorób neurodegeneracyjnych, m.in. choroby Alzheimera, stwardnienia zanikowego bocznego, o ponad 30%
zmniejsza ryzyko nowotworu prostaty, znacząco obniża powstawanie miażdżycy. Trwające 10 lat badania z udziałem 40 tys. kobiet w wieku powyżej 45 lat (Women’s Health Study) wykazały, że przyj
mowanie 600 IU witaminy E zmniejsza o 24% ry
zyko zgonów z powodu schorzeń sercowonaczy
niowych [17, 18].
Witamina D
Witamina D występuje jako: ergokalcyferol (D2) i cholekalcyferol (D3). Prekursorami w przy
padku D2 w roślinach i grzybach jest ergoste
rol, a u zwierząt i człowieka prekursorem wita
miny D3 jest 7dehydrocholesterol. Wytworzona w skórze, z 7hydrocholesterolu przy udziale pro
mieniowania UVB witamina D3, jak również do
starczona z dietą, są transportowane z krwią do wątroby, a następnie do nerki, gdzie w wy
niku hydroksylacji powstaje aktywny metabolit 1,25dihydroksycholekalcyferolu (1,25(OH)2D3;
kalcitriol) [19].
Główna rola aktywnej formy witaminy D (1,25(OH)2D3) to utrzymywanie homeostazy wap
niowofosforanowej organizmu, udział w mine
ralizacji kości i zapewnienie prawidłowego funk
cjonowania układu mięśniowoszkieletowego i układu immunologicznego. Intensywne badania dotyczące funkcji biologicznych witaminy D3 oraz obecności receptorów VDR (Vitamin D Receptor) w wielu komórkach (nabłonka naczyniowego, neuronach, miocytach, kardiomiocytach, komór
kach układu immunologicznego) niezwiązanych z regulacją gospodarki wapniowej w organizmie, wykazały jej wielokierunkowe działanie biologicz
ne [19, 20].
Mimo że nie ma jednoznacznych danych doty
czących powiązania witaminy D ze stresem oksy
dacyjnym, to przypisuje się jej możliwość anty
oksydacyjnego działania. Aktualny stan wiedzy wskazuje, że antyoksydacyjne działanie witami
ny D ma charakter pośredni i wiąże się z ekspresją VDR, co może mieć wpływ na regulację odpowiedzi komórki na RFT. Aktywny 1,25(OH)2D3 oddziału
je na komórki poprzez receptor VDR, który regulu
je ekspresję wielu genów, w tym związanych z wy
twarzaniem i usuwaniem RFT; może to pośrednio świadczyć o antyoksydacyjnym potencjale wita
miny D [19, 20].
Z opracowań epidemiologicznych wynika, że powszechne niedobory witaminy D skutkują zwiększoną zachorowalnością na schorzenia au
toimmunologiczne, nowotworowe, neurologiczne, neurodegeneracyjne i inne [18–20].
Witamina K
Witamina K naturalnie występuje w dwóch for
mach, jako K1 (filochinon, fitomenadion) i K2 (me
nachinon). Syntetyczną formą jest menadion (wi
tamina K3). Witaminy K mają wspólny pierścień 2metylo1,4naftochinonu, ale różnią się między sobą długością izoprenoidowego łańcucha boczne
go oraz liczbą wiązań podwójnych w łańcuchu. Wi
tamina K1 jest syntetyzowana wyłącznie przez ro
śliny. W dużych ilościach występuje w warzywach zielonych (100–700 µg/100 g) i w olejach (50–
200 µg/100 g). Witamina K2 stanowi grupę mena
chinononów MKn (gdzie n oznacza liczbę jedno
stek izoprenoidowych od n1 do n13), które są syntetyzowane przez bakterie jelitowe. Znajdu
ją się również w diecie, głównie w produktach po
chodzenia zwierzęcego, np. serach dojrzewających (40–90 µg/100 g), mięsie (do 30 µg/100 g) i jajach (10–25 µg/100 g) oraz fermentowanej soi (tzw.
natto) (MK7, MK10). MK4 jako jedyny mena
chinon powstaje w komórkach ssaków dzięki kon
wersji witaminy K1 i K3 oraz MK7. Najlepszym źró
dłem witaminy K2, w najbardziej stabilnej formie
MK7, jest natto (fermentowana soja), co tłumaczy mniejszą zachorowalność Azjatów na osteoporozę i nowotwory prostaty, mimo niskiej podaży wap
nia w diecie [21, 22].
Witamina K nie jest klasycznym antyoksydan
tem, jednak obecność w strukturze naftochino
nu determinuje jej bezpośrednie działanie antyok
sydacyjne. W formie hydrochinonu może działać jako antyoksydant, który zmiata wolne rodniki, co ma ogromne znaczenie w zapobieganiu peroksy
dacji lipidów błonowych i lipoprotein. Wykazano, że witamina K1 i MK4 hamuje peroksydację lipi
dów błonowych silnej niż witamina E i ubichinon [23]. O jej potencjale antyoksydacyjnym decydują zmiany w cyklu witaminy K, w którym zreduko
wana forma (hydrochinon) jest przekształcana do 2,3epoksydu, a następnie, przy udziale redukta
zy epoksydowej, do chinonu. Ten z kolei ulega kon
wersji z udziałem reduktazy chinonowej i NADPH do hydrochinonu – aktywnej formy witaminy K.
Jednak podczas cyklu witaminy K (hydrochinon<>
chinon) mogą powstawać rodniki semichinono
we, które reagując z tlenem, powodują powsta
wanie RFT, co może wskazywać na ich działanie prooksydacyjne. Witamina K wykazuje również pośrednie działanie antyoksydacyjne. Witamina K1 i MK4 zapobiegają śmierci komórek wywoła
nej stresem oksydacyjnym, powstającym w wyni
ku wyczerpywania wewnątrzkomórkowego anty
oksydanta hydrofilnego, jakim jest zredukowany glutation (GSH) [23, 24].
Jednak główne funkcje biologiczne witaminy K w organizmie człowieka to udział w procesie krzep
nięcia krwi i w metabolizmie kości. Witamina K1 aktywuje czynniki krzepnięcia w wątrobie, nato
miast witamina K2 wykorzystywana jest nie tyl
ko przez wątrobę, ale także dystrybuowana przez krew po całym organizmie. Dzięki temu witami
na K2 jest łatwo dostępna dla kości i ściany naczyń krwionośnych [25].
Witamina K jako kofaktor γglutamylo kar bo
ksylazy odpowiada za konwersję reszt kwasu glu
taminowego (Glu) do reszt kwasu γkarbo ksy gluta
mino wego (Gla) w białkach, które odpowiadają za wiązanie jonów wapnia. Obecność tych reszt jest niezbędna dla aktywności biologicznej nie tylko czynników krzepnięcia, ale również innych białek zależnych od witaminy K (vitamin K–dependent proteins, VKD), np. osteoklacyna, białka Gla macie
rzy (matrix Gla-protein, MGP), nerkowe białka Gla (kidney Gla protein), których główną funkcją jest zdeponowanie wapnia w odpowiednich narządach w organizmie człowieka. Białka te przeciwdziałają zwapnieniu naczyń krwionoś nych. Niedobór wita
miny K2 skutkuje nie tylko zwiększonym ryzykiem rozwoju osteoporozy, ale także zwapnienia naczyń krwionośnych [25, 26].
Witamina K1, ale także MK3, MK4 oraz MK7, dzięki bezpośredniemu i pośredniemu działaniu an
tyoksydacyjnemu mogą hamować reakcję zapal
ną, co wskazuje na możliwość działania antyno
wotworowego wobec różnych typów nowotworów (np. raka wątroby, jelita grubego, płuc, żołądka, piersi, prostaty oraz innych). Ponadto witamina K wykazuje korzystne działanie na ośrodkowy układ nerwowy (OUN). Wykazano, że może wpływać na przemiany sfingolipidów oraz aktywność obecnego w mózgu białka Gas6, które chroni neurony przed apoptozą [21–27].
Koenzym Q
10Koenzym Q10 (ubichinon) występuje powszech
nie w organizmach zwierząt i ludzi. Poszczegól
ne homologi ubichinonu różnią się między sobą długością poliprenylowego łańcucha bocznego, od Q6 do Q10. W komórkach koenzym Q10 występuje w formie utlenionej jako ubichinon (CoQ10) i for
mie zredukowanej jako ubichinol (CoQ10H2). Wy
stępują również formy pośrednie koenzymu Q10
rodnik usemichinonowy (CoQ10H˙) oraz anio
norodnik ubisemichinonowy (CoQ10˙). W komór
kach Q10 występuje przede wszystkim w mito
chondriach, jako ruchomy niebiałkowy składnik łańcucha oddechowego. Jego podstawowa funk
cja biologiczna polega na przenoszeniu elektro
nów w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym (z kompleksu I lub II na kompleks III) oraz udziale w powstawaniu ATP, co zwiększa wydajność ener
getyczną komórek i tkanek organizmu. Najbardziej wrażliwy na niedobór koenzymu Q10 jest mięsień sercowy [28].
Koenzym Q10 (ubichinol) jest bardzo aktywnym endogennym antyoksydantem lipofilnym, który chroni błony komórkowe i lipoproteiny LDL przed peroksydacją lipidów, skuteczniej niż αtokoferol czy βkaroten. Dzięki interakcji z białkami koenzym Q10 stabilizuje błony komórkowe (mitochondriów, lizosomów, peroksysomów czy reticulum endopla
zmatycznego), zapewnia ich optymalną płynność, wpływa korzystnie na integralność wolnych kana
łów jonowych (np. Ca+2). Koenzym Q10 bierze także udział w aktywacji białek rozprzęgających transport elektronów w łańcuchu oddechowym i sygnało
wych kinaz białkowych [3, 4, 29].
Koenzym Q jest jedynym lipofilnym antyoksy
dantem, który w tkankach zwierząt i ludzi synte
tyzowany jest de novo i którego forma zredukowa
na – ubichinol, może stale się regenerować z jego formy utlenionej – ubichinonu w reakcjach enzy
matycznych. Ma to ogromne znaczenie, ponieważ aktywność antyoksydacyjną wykazuje ubichinol (CoQ10H2) i rodnik ubisemichinonowy (CoQ10H˙).
Aktywność antyoksydacyjna koenzymu Q10 polega
na jego działaniu bezpośrednim i/lub pośrednim w komórkach organizmu. Bezpośrednie działa
nie antyoksydacyjne polega na tym, że ubichi
nol wiąże wolne rodniki, dzięki czemu zapobiega peroksydacji WNKT błonowych lipidów i fosfo
lipidów, zarówno na etapie inicjacji, jak i propa
gacji. Natomiast pośrednie działanie antyoksyda
cyjne ubichinolu i rodnika ubisemichinonowego wiąże się z obecnością w błonach komórkowych αtokoferolu. Wspomagają one antyoksydacyjne działanie witaminy E, poprzez udział w regeneracji rodnika αtokoferylowego do biologicznie aktyw
nej formy, tj. αtokoferolu [3, 4, 28, 29].
Ponieważ koenzym Q10 jest najważniejszym en
dogennym lipofilnym antyoksydantem, chronią
cym komórkę przed RFT, to obniżenie poziomu koenzymu Q10 prowadzi do zaburzeń w funkcjo
nowaniu łańcucha oddechowego. Konsekwencją tego jest niewystarczająca ilość energii (ATP) w ko
mórkach i tkankach, co zmniejsza ich funkcjonal
ną sprawność oraz indukuje zmiany patologiczne.
Niedobór konezymu Q10 bardzo często towarzyszy chorobom o etiopatologii wolnorodnikowej (cho
roby układu sercowonaczyniowego, neurodge
neracyjne, nowotwory). Ponadto wykazano, że koenzym Q10, zwiększając wydzielanie IgG (od
powiedź humoralna) oraz liczbę limfocytów T4 (odpowiedź komórkowa), a także stymulując fa
gocytozę, może modulować funkcje układu immu
nologicznego [27, 30].