Антиоксиданты природные и синтезированные

  Антиоксиданты природные и синтезированные

  В биологических системах антиоксидантами  называются вещества, способные ингибировать процессы свободнорадикального окисления. Для живых клеток наибольшую опасность  представляет цепное окисление полиненасыщенных жирных кислот, или перекисное окисление липидов (ПОЛ). В реакциях ПОЛ образуется большое количество липидных гидроперекисей, которые обладают высокой реакционной способностью и оказывают мощное повреждающее действие на клетку¹. В последнее время свободные радикалы и реакции с их участием считаются причиной возникновения:

• старения,
• раковых заболеваний,
• артрита,
• эмфиземы,
• атеросклероза,
• астмы,
• диабета,
• болезни Альцгеймера,
• болезни Паркинсона,
• катаракты и мн. др.

  Защита  организма от этих и многих других заболеваний - основная задача антиоксидантной системы². Антиоксиданты предотвращают перекисное окисление липидов и не дают свободным радикалам накапливаться в организме. Однако, естественная антиоксидантная система организма часто оказывается перегруженной и буквально захлебывается лавиной свободных радикалов. Это состояние называется окислительным стрессом. Чаще всего окислительный стресс вызывается УФ излучением, которое не только индуцирует свободнорадикальное окисление, но и нарушает работу ферментных антиоксидантов кожи³ . По мнению ученых, антиоксидантные пищевые добавки и косметические средства могут предотвращать окислительный стресс и замедлять процессы старения⁴.

  Антиоксиданты в косметике

  Антиоксидантные добавки вводятся в рецептуру  косметических средств не только для защиты кожи, но и для предотвращения перекисного окисления масел, содержащих полиненасыщенные жирные кислоты. При этом, измеряя скорость разрушения антиоксиданта в косметическом препарате, можно оценить интенсивность протекающих в нем окислительных процессов⁵. Это позволяет при необходимости вносить изменения в рецептуру, увеличивая долю мононенасыщенных (более устойчивых к окислению) масел, подбирая условия хранения или исключая вещества, которые способствуют быстрому окислению (например, фотокатализаторы).

  Синергизм антиоксидантов

  Антиоксиданты, как правило, оказывают положительный  эффект в больших дозах. С другой стороны, известно, что большинство  соединений данной группы характеризуется  двухфазным действием, т.е. антиоксидантный  эффект при превышении некоторой пороговой величины сменяется прооксидантным⁶. 
Необходимость использования больших концентраций антиоксидантов объясняется тем, что молекула антиоксиданта разрушается при реакции со свободными радикалами и выбывает из игры. Для того, чтобы антиоксидант эффективно работал, необходимо присутствие восстановителей, которые будут переводить его в активное состояние. Например, витамин С восстанавливает витамин Е, но сам при этом окисляется⁷. Тиоловые соединения (содержащие серу) восстанавливают витамин С⁸, а биофлавоноиды восстанавливают как витамин Е, так и витамин С. Такой же синергизм наблюдается между витамином Е и каротиноидами, а также между витамином Е и селеном. Полагают, что альфа-токоферол предохраняет от окисления селенсодержащие и негемовые железопротеиды и поэтому необходим для поддержания биологической формы селена в активном состоянии. В свою очередь, селен снижает потребность в токофероле и сохраняет его уровень в крови⁹.

  Таким образом, функциональный синергизм  антиоксидантов позволяет добиваться максимального защитного эффекта и высокой стабильности препарата при меньшей концентрации антиоксидантов. В настоящее время ведутся интенсивные исследования по изучению взаимодействия различных антиоксидантов в организме, которые позволят создавать оптимальные антиоксидантные композиции. Можно прогнозировать, что человек, решая проблему антиоксидантов, по-видимому, не сможет изобрести ничего нового и вынужден будет признать, что уникальные композиции, созданные природой, не нуждаются в усовершенствовании. Поэтому мы в первую очередь остановимся на свойствах природных антиоксидантов, а затем скажем несколько слов об их структурных аналогах и о синтетических антиоксидантах.

  По  механизму действия¹⁰ антиоксиданты можно разделить на:

1. "мусорщиков" (scavenger of free radicals), которые очищают организм от всех свободных радикалов, чаще всего восстанавливая их до стабильных неактивных продуктов;
2. "ловушки" (trap of free radicals) - антиоксиданты, которые имеют сродство к какому-то определенному свободнорадикальному продукту (ловушки синглетного кислорода, гидроксил-радикала и т.д.). Ловушки часто используют для уточнения механизма свободнорадикальной реакции;
3. антиоксиданты, обрывающие цепи (chain breaking antioxidants) - вещества, молекулы которых более реакционноспособны, чем их радикалы. Чаще всего это фенолы, которые легко отдают свои электроны, превращая радикал, с которым они прореагировали, в молекулярный продукт, а сами при этом превращаются в слабый феноксил-радикал, который уже не способен участвовать в продолжении цепной реакции.

  Антиокислительная система тканей представлена:

1. ферментными антиоксидантами: супероксиддисмутазой, каталазой, пероксидазами, глутатионредуктазой и восстановленным глутатионом;
2. макромолекулярными неферментативными компонентами: белком-переносчиком железа - трансферрином и другими белками сыворотки, способными связывать ионы железа - церулоплазмином, гаптоглобинами, гемопексином;
3. низкомолекулярными компонентами: женскими половыми гормонами, тироксином, флавоноидами, стероидными гормонами, витаминами А, Е, К, убихиноном, низкомолекулярными SH-соединениями и аскорбиновой кислотой.

  Ферментные  антиоксиданты

  Ферментные  антиоксиданты катализируют реакции, в которых активные формы кислорода  и некоторые другие окислители восстанавливаются до стабильных и нетоксичных продуктов.

  Супероксиддисмутаза и каталаза - важнейшие компоненты антиокислительной системы всех клеток организма¹¹. Супероксиддисмутаза (СОД) катализирует реакцию дисмутации супероксидного аниона:

  О₂^- + О₂^- + 2Н⁺ --> Н₂О₂ + О₂

  Образующиеся  в супероксиддисмутазной реакции  гидропероксид сам является сильнейшим окислителем. Однако, каталаза клетки, локализованная в пероксисомах, не позволяет накапливаться перекиси водорода:

  Н₂О₂ --> 2Н₂О + О₂

  Пара "супероксиддисмутаза и каталаза" - это очень мощная антиокислительная система, которая теоретически исключает возможность протекания свободнорадикальных реакций в коже. Однако, ряд факторов внешней среды, среди которых основную роль играет УФ излучение, может существенно снижать активность антиокислительных ферментов.

  Глутатионпероксидаза¹² - использует глютатион для восстановления перекиси водорода и липидных гидроперекисей до нейтральных и малотоксичных соединений.

  H₂O₂ + 2GSH --> GSSG + 2H₂O 
-LOOH + 2GSH --> GSSG + -LOH + H₂O

  Окисленный  глютатион (GSSG) снова восстанавливается  глутатионредуктазой:

  GSSG + НАДФН --> 2GSH - НАДФ+

  Разрушая  гидроперекиси липидов, глютатионпероксидаза регулирует тем самым продукцию  арахидоновой кислоты и уменьшает  воспаление. Для эффективной работы глютатионпероксидазы необходим селен, который входит в состав активного центра фермента. Дефицит селена нарушает работу глютатионпероксидазы и других селенсодержащих ферментов. Источником селена является злаки, которые накапливают селен, содержащийся в почве. В ряде стран (Китай, Новая Зеландия, Финляндия) почвы бедны селеном, поэтому злаки, выращенные на них, так же содержат мало селена.

  Низкомолекулярные вещества

  Жирорастворимые антиоксиданты (альфа-токоферол и  каротиноиды) играют главную роль в защите основных структурных компонентов биомембран, таких, как фосфолипиды и погруженные в липидный слой белки. Водорастворимые антиоксиданты (тиоловые соединения и аскорбиновая кислота), в свою очередь, проявляют свое защитное действие в водной среде - цитоплазме клетки или плазме крови, инактивируя попадающие туда свободные радикалы.

  Альфа-токоферол (витамин Е) - жирорастворимый антиоксидант, расположенный в клеточной мембране. Содержится во всех злаках, в пророщенных  зернах пшеницы и в растительных маслах, получаемых холодной выжимкой. По подсчетам ученых, только 20-40% алиментарного витамина Е усваивается организмом, поэтому рекомендуется принимать витамин Е дополнительно в качестве пищевой добавки. Альфа-токоферол содержит фенольное кольцо с системой сопряженных двойных связей, поэтому он легко отдает электрон свободным радикалам, восстанавливая их до стабильных продуктов. Феноксил-радикал, который при этом образуется, сам по себе достаточно стабилен и в продолжении цепи не участвует.

  Аскорбиновая  кислота (витамин С) является мощным восстановителем, который предохраняет от окисления целый ряд биологически активных веществ. Известна роль аскорбиновой кислоты в метаболизме железа в организме. Организм человека усваивает  только двухвалентное железо (Fe²⁺), в то время как трехвалентное не только не усваивается, но и приносит много вреда, инициируя реакции перекисного окисления липидов. Восстановление Fe³⁺ в Fe²⁺ осуществляется аскорбиновой кислотой. Следует помнить, что в присутствии окислителей и особенно Fe³⁺ витамин С очень быстро разрушается, поэтому, включая его в рецептуру, необходимо проверить его стабильность в присутствии других ингредиентов. Некоторые производители предпочитают выпускать витамин С в закрытых ампулах, которые смешиваются с косметическим препаратом непосредственно перед употреблением.

  Биофлавоноиды - большая группа полифенолов, которые содержатся в водных экстрактах различных растений. Некоторые биофлавоноиды действуют как ловушка гидроксил-радикала (катехин, эпикатехин, рутин). Другие (кверцетин) не снижают содержание гидроксила, зато ингибируют продукцию супероксиданион-радикала (СОД-подобная активность). Третьи (морин) не влияют ни на гидроксил, ни на супероксиданион-радикал, но, тем не менее, проявляют высокую антиоксидантную активность¹³.

  Каротиноиды - красные и оранжевые растительные пигменты. Относятся к жирорастворимым антиоксидантам. Наиболее известен бета-каротин, который является предшественником витамина А. Все каротиноиды в той или иной степени являются ловушками синглетного кислорода. Каротиноиды содержатся в красных и оранжевых фруктах и овощах, а так же, соответственно, в их масляных экстрактах и некоторых маслах. Наиболее богато каротиноидами масло облепихи, шиповника, пальмовое масло.

  Убихинон (коэнзим Q) - фенол, по химической структуре  близок к токоферолам. Он содержится в митохондриях, где участвует в работе дыхательной цепи. Убихинон обладает высокой антиоксидантной активностью, причем его эффективность в пять раз выше, чем у витамина Е. Это весьма существенно для митохондрий, где идут активные окислительные процессы и постоянно образуются свободные формы кислорода¹⁴.

  Глютатион содержит SH-группу и относится к  тиоловым соединениям. Служит восстановителем  в глютатионпероксидазной реакции. Необходим прежде всего для восстановления витамина С в активную форму. В  условиях in vitro и в присутствии  окислителей витамин С разрушается за считанные минуты. Однако, в клетке, где обязательно есть тиоловые соединения, даже ничтожные количества аскорбата будут эффективной защитой от окисления.

  Синтетические антиоксиданты

  Ионол (2,6-дитретбутил-4-метилфенол, бутилгидрокситолуол, дибунол) является жирорастворимым фенолом. Его окисленная форма представляет радикал, стабилизированный двумя боковыми третбутильными группировками, а поэтому более стабильный, чем у токоферолов. Ионол успешно применяется для профилактики острых ишемических повреждений органов и постишемических расстройств. Препарат высоко эффективен при лечении лучевых и трофических поражений кожи и слизистых оболочек, успешно используется в терапии больных дерматозами, способствует быстрому заживлению язвенных поражений желудка и двенадцатиперстной кишки¹⁵.

  Фенозаны (К⁺- или Li⁺-соли 4-гидрокси-3,5-дитретбутилфенилпропионовой кислоты) синтезированы в ИХФ РАН, являются водорастворимыми производными ионола.

  Оксипиридины - группа азотсодержащих гетероциклических фенолов, синтетических аналогов витамина В⁶. Существенным удобством препаратов является их растворимость в воде. К группе синтетических антиоксидантов относятся так же селен-неорганические и селен-органические соединения, механизм антирадикального действия которых связан, в основном, с активацией селен-зависимой глутатионпероксидазы, являющейся первой линией защиты клеток организма от накопления токсических гидропероксидов и свободных радикалов.