Obrona nieenzymatyczna

Nieenzymatyczne mechanizmy ochrony antyoksydacyjnej polegają na

zmniejszaniu ilości wolnych rodników poprzez działanie odpowiednich substancji, które

nazywane są „wymiataczami” wolnych rodników (ang. free radical scavenger) [76].

1.5.2.1. Antyoksydanty hydrofilowe

Glutation (GSH), czyli  – glutamylocysteinyloglicyna ( – glu – cys – gly) to najbardziej rozpowszechniony niskocząsteczkowy związek tiolowy w przyrodzie. Substancja ta występuje we wszystkich komórkach prokariotycznych oraz eukariotycznych, a jego biosynteza zachodzi w cytoplazmie niemal wszystkich komórek [130]. Glutation to jeden z głównych antyutleniaczy obecnychw organizmie. Spełnia rolę czynnika redukującego dzięki zawartości w jego cząsteczce grup

sulfhydrylowych cysteiny. Antyoksydacyjne działanie GSH polega w głównej mierze

na bezpośredniej redukcji nadtlenku wodoru do cząsteczki wody z pominięciem procesu powstawania rodników hydroksylowych. Poza tym wykazuje on zdolność detoksykacji nadtlenków organicznych i innych reaktywnych form tlenu oraz związków elektrofilowych (egzo- lub endogennych). Posiada także możliwość chelatowania niebezpiecznych jonów metali oraz może regenerować inne antyoksydanty, uczestniczy

39

w naprawie uszkodzonych struktur komórki (przede wszystkim białek i lipidów błon

komórkowych oraz DNA), bierze udział w utrzymywaniu stałej wartości potencjału redukcyjno-oksydacyjnego komórek, a w ośrodkowym układzie nerwowym pełni rolę swoistego modulatora neurotransmisji glutaminianergicznej i neuroprzekaźnika [89].

Podczas reakcji redukcji H2O2 grupa sulfhydrylowa GSH ulega utlenieniu do disulfidu

glutationu (GSSG), charakteryzującego się brakiem właściwości antyoksydacyjnych, co może prowadzić do kumulacji w komórce GSSG. Utleniona forma glutationu może zredukować się z powrotem do GSH w reakcji katalizowanej przez reduktazę glutationową, tworząc cykl redoks. Stosunek GSH/GSSG w dużej mierze decyduje o wewnątrzkomórkowym potencjale redoks komórki, dlatego wykorzystywany jest do oznaczania poziomu stresu oksydacyjnego w organizmie [130].

Ryc. 1.14. Struktura glutationu [131]

Witamina C (kwas askorbinowy) to reduktor, dostarczający elektrony wolnym

rodnikom, co umożliwia uzupełnianie orbitali elektronowych tych rodników. Duże ilości witaminy C znajdują się w płucach – prawdopodobnie pełni tam funkcję ochronną

poprzez dezaktywację zanieczyszczeń wchłanianychdrogą oddechową [56].

Kwas askorbinowy wykazuje zdolność odwracalnego utleniania i redukcji, co pozwala na utrzymywanie prawidłowego stanu redoks w komórce. Związek ten dezaktywuje anionorodnik ponadtlenkowy, rodnik wodorotlenowy oraz tlen singletowy. Mechanizm

działania antyoksydacyjnego polega na tworzeniu z wolnymi rodnikami mało

reaktywnego rodnika askorbylowego [132]:

40

Witamina C posiada również właściwości prooksydacyjne – oddziałując z jonami metali przejściowych (żelaza lub miedzi) redukuje je z wytworzeniem nadtlenku wodoru, a podczas tego procesu powstają także rodniki hydroksylowe [132].

1.5.2.2. Antyoksydanty hydrofobowe

Witamina E (alfa – tokoferol) jako substancja rozpuszczalna w tłuszczach

działa antyoksydacyjnie na lipidy zawarte w błonie. Jest to jedyny związek z grupy

antyoksydantów zdolny do zatrzymania procesu peroksydacji lipidów. W trakcie tego

procesu witamina E utleniana jest do mało reaktywnego wolnego rodnika, który

przerywa reakcję łańcuchową, czego efektem jest ochrona kolejnych

wielonienasyconych kwasów tłuszczowych przed ich utlenieniem. Reakcja przemiany rodnika do witaminy E zachodzi po dostarczeniu elektronu od witaminy C [23,56].

Witamina E łączy się z rodnikami nadtlenków lipidów powstającymi w procesie peroksydacji tworząc mniej reaktywne rodniki tokoferylowe. Hamują one proces

utleniania lipidów łącząc się ze sobą albo z rodnikami nadtlenowymi.

TOK – O^ + TOK – O^ TOK – O – O – TOK (Równanie 25)

TOK – O^ + LOO^ TOK – O – OOL (Równanie 26)

Rodniki tokoferylowe są usuwane z organizmu przez takie antyoksydanty jak: glutation czy witamina C [133].

Ubichinon (koenzym Q10) (2,3-dimetoksy-5-metylo-6-poliprenylo-1,4-benzochinon) to związek syntetyzowany we wszystkich tkankach i komórkach, którego biosynteza ulega nasileniu m.in. w wyniku stresu oksydacyjnego. W warunkach

fizjologicznych występuje w dwóch formach – utlenionej (ubichinon CoQ₁₀) oraz

zredukowanej (ubichinol CoQ₁₀H₂). Ubichinon wykazuje zarówno działanie

antyoksydacyjne (o charakterze bezpośrednim i pośrednim), jak i prooksydacyjne. Z kolei ubichinol posiada zdolność bezpośredniego działania antyoksydacyjnego – wiąże on wolne rodniki, co zapobiega peroksydacji lipidów oraz przeciwdziała

oksydacyjnym modyfikacjom białek i DNA. Mechanizm ten polega na oddaniu atomu

wodoru oraz wytworzeniu rodnika ubisemichinonowego (CoQ10H^), który wchodzi

w reakcje z tlenem cząsteczkowym lub z innymi rodnikami. W wyniku tej reakcji

powstaje cząsteczka koenzymu Q10, jednak brakuje w niej atomu wodoru, co

41

rodnika ubisemichinonowego polega na współdziałaniu z witaminą E – oba związki wzmagają regenerację zredukowanej, biologicznie aktywnej postaci tokoferolu z jej formy utlenionej [134].

β – karoten to żółty barwnik roślinny – w swojej cząsteczce zawiera dwa

pierścienie β – jononu, połączone łańcuchem będącym tetrametrem izoprenu. Charakterystycznym elementem budowy tego związku jest chromofor – ugrupowanie zawierające układ sprzężonych wiązań podwójnych π. Posiada on zdolność wygaszania tlenu singletowego oraz wchodzi w reakcje z organicznymi wolnymi rodnikami, wytwarzanymi podczas peroksydacji lipidów. Następstwem zachodzącej reakcji przyłączania rodnika nadtlenku lipidu do β – karotenu jest powstanie wolnego rodnika, w którym niesparowany elektron znajduje się na atomie węgla:

LOO^+ K  LOO – K^ (Równanie 27)

Kolejnym etapem tego procesu jest reakcja utworzenia adduktu karotenowego, zdolnego do reakcji z następnymi rodnikami, czego produktem są wielokrotne addukty [23]. W organizmie β-karoten przekształcany jest w retinal (witamina A) w reakcji katalizowanej przez dioksygenazę β-karotenową [135].

Witamina A występuje w dwóch podstawowych formach – retinolu oraz

3, 4 – didehydroretinolu. Obecność w cząsteczce witaminy A łańcucha polienowego, zawierającego liczne wiązania podwójne, gwarantuje udział w reakcjach redoks, a tym samym właściwości antyoksydacyjne. Witamina ta reaguje z rodnikiem nadtlenkowym

oraz hamuje łańcuch reakcji wolnorodnikowych. Wykazano, że retinol ma wyższą

efektywność w usuwaniu rodnika peroksylowego (LOO^) niż witamina E oraz wykazuje

zdolność do bezpośredniej reakcji z wolnymi rodnikami tlenowymi oraz do wygaszania tlenu singletowego [48]. Witamina A może także modulować transkrypcję genów za pośrednictwem 2 rodzajów receptorów jądrowych: receptory kwasu retinowego i receptory retinoidowe X, co wynika z bezpośredniego oddziaływania z ligandem. Receptory te oddziałując na miejsca promotorowe niektórych genów, mogą mieć istotny wpływ na hamowanie wzrostu komórek nowotworowych. Wykazano, że w różnych typach nowotworów poziom ekspresji lub aktywności tych receptorów ulega obniżeniu [48].

42