Biochemie der Antioxidantien und sekundären Pflanzenstoffe
Die Biochemie der Antioxidantien und sekundären Pflanzenstoffe untersucht die Moleküle, die Zellen vor oxidativen Schäden schützen, sowie die vielfältigen pflanzlichen Verbindungen (sekundäre Pflanzenstoffe), die als diätetische Antioxidantien und Signalstoffe wirken. Sie verbindet Redoxchemie, Enzymologie und Ernährungswissenschaft und fragt, wie reaktive Sauerstoffspezies erzeugt und neutralisiert werden und wie Verbindungen wie Polyphenole und Carotinoide in den menschlichen Körper gelangen, von ihm umgewandelt werden und in ihm wirken.
Definition
Die Biochemie der Antioxidantien und sekundären Pflanzenstoffe ist der Zweig der Ernährungsbiochemie, der sich mit den Strukturen, Reaktionen und dem metabolischen Schicksal von Antioxidantien – endogenen und diätetischen Substanzen, die die Oxidation von Biomolekülen verhindern oder verlangsamen – und von sekundären Pflanzenstoffen, den bioaktiven Nicht-Nährstoff-Verbindungen pflanzlicher Lebensmittel, befasst.
Scope
Dieser Bereich führt den Leser durch endogene antioxidative Abwehrsysteme und die Chemie reaktiver Sauerstoffspezies, die Hauptklassen diätetischer sekundärer Pflanzenstoffe (Polyphenole und Flavonoide; Carotinoide und Xanthophylle) sowie die Absorption, den Metabolismus und die Bioverfügbarkeit, die bestimmen, ob diese Verbindungen die Gewebe erreichen. Er behandelt das Feld als biochemisches und ernährungswissenschaftliches Referenzthema, nicht als klinische Leitlinie, und verweist für detaillierte Behandlungen auf seine einzelnen Themenbereiche.
Sub-topics
Core questions
- Wie werden reaktive Sauerstoffspezies in Zellen produziert, und welche enzymatischen und niedermolekularen Systeme wirken ihnen entgegen?
- Welche chemischen Eigenschaften lassen diätetische sekundäre Pflanzenstoffe als Antioxidantien oder redoxaktive Signalmoleküle wirken?
- Wie beeinflussen Absorption, Konjugation und mikrobieller Metabolismus die Bioverfügbarkeit und die biologischen Effekte von Polyphenolen und Carotinoiden?
- Was sagt die Evidenz über die Beziehung zwischen der Aufnahme von sekundären Pflanzenstoffen und Markern für oxidativen Stress aus?
Key concepts
- Reaktive Sauerstoffspezies (ROS)
- Endogene und diätetische Antioxidantien
- Polyphenole und Flavonoide
- Carotinoide und Xanthophylle
- Bioverfügbarkeit und Metabolismus von sekundären Pflanzenstoffen
- Redox-Signalübertragung versus oxidativer Schaden
Key theories
- Gleichgewicht des oxidativen Stresses
- Oxidativer Stress wird als Ungleichgewicht zwischen der Produktion reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies und den antioxidativen Abwehrmechanismen, die diese entfernen oder ihre Schäden reparieren, verstanden; sowohl ein Mangel als auch ein Überschuss an Pro-Oxidantien sind biologisch bedeutsam.
- Redox-Signalübertragung
- Reaktive Sauerstoffspezies sind nicht nur schädigende Nebenprodukte, sondern auch physiologische Botenstoffe, sodass Antioxidantien die Signalübertragung modulieren, anstatt nur abzufangen, was die ältere Ansicht, dass eine höhere Antioxidantienaufnahme durchweg vorteilhaft ist, verkompliziert.
Mechanisms
Der aerobe Stoffwechsel erzeugt kontinuierlich reaktive Sauerstoffspezies, hauptsächlich aus dem mitochondrialen Elektronentransport, die Lipide, Proteine und DNA oxidieren können. Zellen wirken dem mit enzymatischen Systemen (Superoxiddismutase, Katalase, Glutathionperoxidase) und niedermolekularen Antioxidantien entgegen. Diätetische sekundäre Pflanzenstoffe fügen eine exogene Schicht hinzu: Polyphenole und Flavonoide können Wasserstoffatome oder Elektronen abgeben und Übergangsmetalle chelatisieren, während Carotinoide Singulett-Sauerstoff löschen und Peroxylradikale abfangen. Ob diese Verbindungen in Geweben wirken, hängt von ihrer Absorption, Konjugation und mikrobiellen Transformation ab, die oft zirkulierende Metaboliten ergeben, die sich von der Ausgangsverbindung unterscheiden.
Clinical relevance
Die Biochemie der Antioxidantien und sekundären Pflanzenstoffe informiert darüber, wie eine Ernährung, die reich an Obst, Gemüse und pflanzlichen Lebensmitteln ist, im Zusammenhang mit chronischen Krankheiten untersucht wird, und sie erklärt, warum Interventionsstudien mit isolierten hochdosierten Antioxidantien die mit der Aufnahme von Vollwertkost beobachteten Zusammenhänge nicht immer reproduziert haben. Sie wird hier vorgestellt, um das Verständnis von Mechanismen und Evidenz zu unterstützen, und ist keine Grundlage für individuelle Ernährungsvorschriften oder Behandlungsentscheidungen.
Epidemiology
Die beobachtende Ernährungsforschung hat wiederholt eine höhere Aufnahme von polyphenol- und carotenoidreichen Lebensmitteln mit einem geringeren Risiko für verschiedene chronische Krankheiten in Verbindung gebracht, während randomisierte Studien mit isolierten Antioxidantien-Supplementen gemischte oder keine Effekte zeigten, ein Kontrast, der einen Großteil der Debatte in diesem Bereich prägt.
Evidence & guidelines
Die Evidenzbasis umfasst mechanistische Biochemie, große Beobachtungskohorten und Supplementstudien; wichtige Übersichten betonen, dass die Lebensmittelmatrix und Bioverfügbarkeitsfaktoren und nicht die in vitro gemessene antioxidative Kapazität die physiologische Relevanz bestimmen. In diesem Referenzeintrag werden keine klinischen Leitlinien herausgegeben.
History
Die Freie-Radikale-Theorie der biologischen Schädigung entstand Mitte des 20. Jahrhunderts und reifte durch die Arbeit von Halliwell und Gutteridge, die die Biochemie der freien Radikale systematisierten. Ab den 1990er Jahren charakterisierte die Ernährungswissenschaft zunehmend diätetische Polyphenole und Carotinoide, und große Supplementstudien in diesem Jahrzehnt veränderten die Erwartungen an isolierte Antioxidantien, wodurch sich die Aufmerksamkeit auf Bioverfügbarkeit und Vollwertkosteffekte verlagerte.
Debates
- Reproduzieren Antioxidantien-Supplemente die Vorteile von antioxidantienreichen Lebensmitteln?
- Zusammenhänge zwischen der Aufnahme pflanzlicher Lebensmittel und einem geringeren Risiko für chronische Krankheiten konnten durch Studien mit isolierten hochdosierten Antioxidantien nicht konsistent reproduziert werden, was die Debatte darüber anregt, ob die Lebensmittelmatrix, die Bioverfügbarkeit oder nicht-antioxidative Mechanismen den Unterschied erklären.
Key figures
- Barry Halliwell
- John Gutteridge
- Augustine Scalbert
- Claudine Manach
- Norman Krinsky
Related topics
Seminal works
- valko-2006
- droge-2002
- manach-2004
- halliwell-gutteridge-2015
Frequently asked questions
- Was ist der Unterschied zwischen einem Antioxidans und einem sekundären Pflanzenstoff?
- Ein Antioxidans ist jede Substanz, die die Oxidation anderer Moleküle verhindert oder verlangsamt; ein sekundärer Pflanzenstoff ist eine bioaktive Verbindung, die von Pflanzen hergestellt wird. Viele diätetische sekundäre Pflanzenstoffe, wie Flavonoide und Carotinoide, wirken als Antioxidantien, aber nicht alle sekundären Pflanzenstoffe sind Antioxidantien und nicht alle Antioxidantien sind sekundäre Pflanzenstoffe.
- Warum ist die Bioverfügbarkeit bei der Diskussion von Antioxidantien wichtig?
- Weil die im Reagenzglas gemessene antioxidative Chemie einer Verbindung biologisch nur dann relevant ist, wenn die Verbindung absorbiert wird und die Gewebe erreicht; Absorption, Konjugation und mikrobieller Metabolismus verändern oft, welche Moleküle tatsächlich zirkulieren.