Maria Leja, Anna Mareczek

WYBRANE ZWI¥ZKI ZAWARTE W ROŒLINACH MAJ¥CE
WP£YW NA ICH WARTOŒÆ BIOLOGICZN¥.
ANTYOKSYDACYJNE W£AŒCIWOŒCI ROŒLIN
Maria Leja, Anna Mareczek
W ostatnich latach wiele nauk przyrodniczych (biochemia, fizjologia, medycyna,
¿ywienie) poœwiêca znaczn¹ uwagê tematyce zwi¹zanej z powstawaniem,
charakterystyk¹ i oddzia³ywaniem na ¿ywy organizm wolnych rodników,
a w szczególnoœci aktywnych form tlenu, okreœlanych czêsto jako RFT (reaktywne
formy tlenu) lub ROS (ang. reactive oxygen species). Pod pojêciem wolny
rodnik nale¿y rozumieæ atom lub cz¹steczkê posiadaj¹c¹ na orbitalu walencyjnym
niesparowany elektron. Ta w³aœciwoœæ powoduje znaczn¹ reaktywnoœæ i zdolnoœæ
„atakowania” ró¿norodnych sk³adników ¿ywej komórki przez wolny rodnik. Do
aktywnych form tlenu nale¿¹ zarówno wolne rodniki, jak anionorodnik
.
.
ponadtlenkowy (O2-), rodnik wodoronadtlenkowy (HO2-), czy rodnik
.
hydroksylowy (OH ), jak te¿ zwi¹zki nie bêd¹ce w sensie chemicznym wolnymi
rodnikami, ale wykazuj¹ce znaczn¹ aktywnoœæ lub ³atwo ulegaj¹ce
przekszta³ceniom w wolne rodniki. S¹ to: tlen singletowy (1O2), ozon (O3) oraz
nadtlenek wodoru (H2O2). Spoœród wy¿ej wymienionych rodnik hydroksylowy,
który posiada hydrofobowy charakter (brak ³adunku), jest ³atwo transportowany
przez lipidowo-bia³kowe b³ony i charakteryzuje siê najwy¿sz¹ agresywnoœci¹
w stosunku do rozmaitych sk³adników ¿ywej komórki [1].
Aktywne formy tlenu powstaj¹ w ¿ywej komórce podczas normalnych,
biochemicznych procesów oksydoredukcji (np. oddychanie, fotosynteza) jako
wynik kolejnych stopni redukcji (jedno-, dwu-, trójelektronowej) cz¹steczki tlenu
lub mog¹ byæ generowane w wyniku oddzia³ywania ró¿norodnych, abiotycznych
i biotycznych czynników.
Do zewnêtrznych czynników wywo³uj¹cych stres oksydacyjny (powstawanie
RFT) nale¿¹: promieniowanie jonizuj¹ce, promieniowanie UV, ultradŸwiêki,
oddzia³ywanie ksenobiotyków (substancji „obcych”). W tkankach roœlinnych
czêsto obserwuje siê tzw. „falê tlenow¹” (ang. oxygen burst) w wyniku stresów
œrodowiskowych, takich jak stres wodny (susza lub zalanie), stres zasolenia,
stres niskiej temperatury (warunki ch³odowe lub mróz), œwiat³o, oddzia³ywanie
metali ciê¿kich, mechaniczne uszkodzenia, stosowanie pestycydów, inwazja
patogenów, a tak¿e czynniki pozbiorcze, takie jak warunki zbioru,
przechowywania i wstêpnej obróbki technologicznej [1].
15
Reaktywne formy tlenu reaguj¹ ze sk³adnikami organizmów ¿ywych, co mo¿e
mieæ niepo¿¹dane, a nawet groŸne skutki. Szczególne niebezpieczne s¹ reakcje
aktywnych form tlenu z podstawowymi strukturami komórki, jak bia³ka, b³ony
lipidowo-bia³kowe i kwasy nukleinowe.
Zmiany spowodowane przez RFT w cz¹steczkach bia³ek, zw³aszcza
enzymatycznych (modyfikacja aminokwasów, utlenienie grup SH, destrukcja
struktur wy¿szych rzêdów), mog¹ prowadziæ do daleko id¹cych zaburzeñ
metabolicznych. Peroksydacja lipidów wchodz¹cych w sk³ad b³on komórkowych
jest szczególnie groŸna ze wzglêdu na ³añcuchowy charakter reakcji (nadtlenkowe
rodniki kwasów t³uszczowych inicjuj¹ nastêpne reakcje peroksydacji) i prowadzi
do daleko id¹cych zmian przepuszczalnoœci b³on biologicznych, polegaj¹cych na
obni¿eniu ich hydrofobowoœci, wzroœcie przepuszczalnoœci dla H+, depolaryzacji
b³ony i inhibicji b³onowych uk³adów enzymatycznych.
Ze wzglêdu na pe³nione funkcje zwi¹zane z przekazywaniem informacji
genetycznej, kwasy nukleinowe s¹ stosunkowo odporne na RFT i mog¹ byæ
atakowane tylko przez rodnik hydroksylowy, co prowadzi do zniszczenia zasad
azotowych, rybozy b¹dŸ dezoksyrybozy, a tak¿e rozerwania wi¹zañ
fosfodiestrowych [1].
Tkanki roœlinne posiadaj¹ sprawnie funkcjonuj¹cy system obrony przed
aktywnymi formami tlenu, polegaj¹cy na dzia³aniu enzymów neutralizuj¹cych RFT
(dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydaza) oraz na interakcji
z antyoksydantami. Do tych ostatnich zalicza siê kwas askorbinowy, zwi¹zki
z grupy terpenoidów (karotenoidy, tokoferole), a przede wszystkim ró¿norodne
polifenole.
Enzym dysmutaza ponadtlenkowa, obecny w cytoplazmie, mitochondriach
i chloroplastach przekszta³ca, w reakcji dysproporcjonowania, anionorodnik
ponadtlenkowy w cz¹steczkê nadtlenku wodoru:
.
.
O2- + O2- + 2H+ g H2O2 + O2
Z kolei cz¹steczka nadtlenku wodoru, nale¿¹ca do RFT, zostaje roz³o¿ona
przez katalazê, enzym charakterystyczny dla peroksysomów:
2H2O2 g 2H2O + O2
lub uk³ad peroksydaz (peroksydaza askorbinianowa, peroksydaza glutationowa)
wystêpuj¹cy zarówno we frakcji rozpuszczalnej, jak te¿ zwi¹zany z b³onowymi
strukturami i œcian¹ komórkow¹:
H2O2 + AH2 g 2H2O + A
Powy¿sze enzymy, nazywane czêsto „enzymatyczn¹ triad¹”, stanowi¹ g³ówny
uk³ad zabezpieczaj¹cy komórkê przed aktywnymi formami tlenu [1].
Drobnocz¹steczkowe antyoksydanty reaguj¹ bezpoœrednio z reaktywnymi
formami tlenu lub z poœrednimi metabolitami reakcji oksydoredukcji, nie
16
dopuszczaj¹c do powstawania RFT. Zwi¹zki te s¹ mniej specyficzne ni¿ enzymy
i st¹d s¹ zaliczane do „obroñców uniwersalnych”, aktywnych zarówno w fazie
hydrofilowej (kwas askorbinowy), jak te¿ hydrofobowej (tokoferole,
karotenoidy). Zwi¹zki fenolowe, w zale¿noœci od budowy, mog¹ przejawiaæ
aktywnoœæ antyoksydacyjn¹ w obu fazach.
Kwas askorbinowy, znany od dawna jako czynnik przeciwszkorbutowy
(witamina C), posiada wysokie redukuj¹ce w³aœciwoœci, warunkuj¹ce
antyoksydacyjn¹ aktywnoœæ tego zwi¹zku w reakcji z anionorodnikiem
ponadtlenkowym, nadtlenkiem wodoru, tlenem singletowym, rodnikiem
hydroksylowym i innymi rodnikami nadtlenkowymi. Bogatym Ÿród³em kwasu
askorbinowego (tab.1) s¹ owoce i warzywa [2].
Tabela 1. Zawartoœæ witaminy C w wybranych produktach spo¿ywczych
5RG]DMSUR
3RU]HF]NLF]
.LZL
7UXVNDZNL
*UHMSIUXW
&\WU\Q\
$JUHVW
G³ównym hydrofobowym antyoksydantem jest witamina E, stanowi¹ca
mieszaninê 4 tokoferoli i 4 tokotrienoli. Zwi¹zki te uczestnicz¹ przede wszystkim
w reakcjach „zmiatania” organicznych wolnych rodników, hamuj¹c peroksydacjê
lipidów [2]. Wystêpowanie witaminy E przedstawiono w tabeli 2.
17
Karotenoidy (antyoksydanty hydrofobowe) maj¹ zdolnoœæ wi¹zania wolnych
rodników tlenowych na skutek posiadania sprzê¿onych wi¹zañ podwójnych.
Reaguj¹ tak¿e z tlenem singletowym oraz rodnikami organicznymi, powsta³ymi
w wyniku peroksydacji lipidów. Do najbardziej efektywnych karotenoidów nale¿¹
beta-karoten i wystêpuj¹cy w owocach pomidora likopen. Zgodnie z wynikami
zamieszczonymi w tabeli 3, zwi¹zki te wystêpuj¹ obficie w marchwi, warzywach
zielonych i niektórych owocach [2].
Tabela 2. Zawartoœæ witaminy E w wybranych produktach roœlinnych
5RG]DMSURGXNWX
*URFK
0DUFKHZ
0LJGDá\
2OHMNXNXU\G]LDQ\
2OHMU]HSDNRZ\
2U]HFK\ZáRVNLH
2
K
L
Tabela 3. Zawartoœæ ß-karotenu w wybranych produktach roœlinnych
5RG]DMSURGXNWX
0DUFKHZ
3LHWUXV]NDOL FLH
-DUPX 6]SLQDN
3DSU\ND
0RUHOH
18
Badania ostatnich lat, dotycz¹ce mechanizmu antyoksydacyjnego dzia³ania
polifenoli, pozwoli³y znaleŸæ zale¿noœæ pomiêdzy ich budow¹, a zdolnoœci¹
„zmiatania” RFT. Do najbardziej aktywnych zaliczono antocyjanidyny
i flawonoidy, posiadaj¹ce liczne grupy OH w tzw. pierœcieniu B. Do aktywnych
przeciwutleniaczy nale¿¹ tak¿e fenylopropanoidy [3]. Wymienione sk³adniki
wystêpuj¹ w tkankach wszystkich warzyw i owoców: owoce jagodowe s¹ obfitym
Ÿród³em antocyjanidyn [4], w jab³kach wystêpuj¹ liczne flawonoidy [5], fenole
z grupy fenylopropanoidów s¹ charakterystyczne dla warzyw liœciowych
i korzeniowych (kapusta, broku³, marchew). Wysok¹ aktywnoœci¹
antyoksydacyjn¹, spowodowan¹ obecnoœci¹ ró¿norodnych sk³adników
fenolowych, charakteryzuj¹ siê liœcie herbat, roœliny przyprawowe i lecznicze
(zio³a) [6] a tak¿e niektóre produkty pasieczne [7]. Aktywnoœæ antyoksydacyjna
roœlin mo¿e byæ wyra¿ona nie tylko jako zawartoœæ przeciwutleniaczy oznaczona
w tkance, czy aktywnoœæ antyoksydacyjnych enzymów, ale równie¿ jako zdolnoœæ
„zmiatania” wolnych rodników (ang. RSA: radical scavenging activity),
zdolnoœæ hamowania peroksydacji lipidów, czy zdolnoœæ inhibicji destrukcyjnego
dzia³ania konkretnej formy RFT (np. rodnika hydroksylowego). W tabeli 4
przedstawiono wartoœci RSA dla wybranych ró¿nych obiektów roœlinnych
(badania w³asne autorów).
Tabela 4. Neutralizacja wolnego rodnika (DPPH) przez materia³ roœlinny
5RG]DMSURGXNWX
%URNXá\
-DEáNDVNyUND
.DSXVWDF]HUZRQD
.DSXVWDELDáDJáRZLDVWD
3DSU\ND
3áDWNLUy \FXNURZHM
2UHJDQRLLQQH]LRáD
Wysoka zawartoœæ sk³adników o w³aœciwoœciach antyoksydacyjnych,
wystêpuj¹ca w roœlinach, w du¿ym stopniu decyduje o ich znacz¹cej roli
w prewencji chorób cywilizacyjnych [8]. Wymienione wy¿ej zwi¹zki (poza
19
enzymami), nie s¹ syntetyzowane w organizmie ludzkim, wiêc dostarczanie ich
w diecie ma istotne znaczenie w reakcjach obronnych przeciw wolnym rodnikom,
które s¹ uznawane za czynniki wywo³uj¹ce schorzenia kardiologiczne czy
onkologiczne. Syntetyczne witaminy nie zast¹pi¹ tych, które wystêpuj¹ w naturze.
Tabletki z witaminami u¿ywane w nadmiarze mog¹ szkodziæ. Zatem
najrozs¹dniejszym przes³aniem, jakie mo¿na skierowaæ do szerokiej opinii
publicznej, jest zalecenie korzystania z antyoksydantów zawartych w naturalnych
surowcach roœlinnych, a wiêc miêdzy innymi w warzywach czy owocach. Dieta
bogata w produkty roœlinne, które tak¿e mog¹ zawieraæ sk³adniki wywieraj¹ce
dzia³anie synergistyczne z antyoksydantami, potêguje ich dobroczynny wp³yw
na organizm ludzki.
Piœmiennictwo
[1]Bartosz G., 2003. Druga twarz tlenu. PWN.
[2]Moszczyñski P., Pyæ R., 1998. Biochemia witamin, cz. II. PWN.
[3]Foti M., Piatelli M., Baratta M.T., Ruberto G., 1996. Flavonids, coumarins,
and cinnamic acids as antioxidants in a micellar system. Structure-activity
relationship. J. Agric. Food Chem., 44: 497-501.
[4]Kalt W., Forney C.F., Martin A., Prior R., 1999. Antioxidant capacity, vitamin C, phenolics and anthocyanins after fresh storage of small fruits. J. Agric.
Food Chem., 47: 4638-4644.
[5]Leja M., Mareczek A., Ben J., 2003. Antioxidant properties of two apple
cultivars during long-term storage. Food Chemistry, 80: 303-307.
[6]Kakhonen M.P., Hopia A.I., Vuorela H.J., Raucha J.P., Pihlaja K., Kujala
T.S., Heinonen M., 1999. Antioxidant activity of plant extracts containing
phenolic compounds. J. Agric. Food Chem., 47: 3954-3962.
[7] Nagai T., Sakai M., Inoue R., Inoue H., Suzuki N., 2001. Antioxidative
activities of some commercially honeys, royal jelly, and propolis. Food
Chem., 75: 237-240.
[8]Tran T.L., 2001. Antioxidant suplements to prevent heart disease. Postgraduate
Medicine, 109/1: 109-111.
prof. dr hab. Maria Leja
dr Anna Mareczek
Katedra Fizjologii Roœlin
Wydzia³ Ogrodniczy AR w Krakowie
Al. 29 Listopada 54, 31-425 Kraków
e-mail: [email protected]
20