Biokimia Antioksidan dan Fitokimia

Biokimia antioksidan dan fitokimia mempelajari molekul-molekul yang melindungi sel dari kerusakan oksidatif dan beragam senyawa turunan tumbuhan (fitokimia) yang bertindak sebagai antioksidan makanan dan agen pensinyalan. Bidang ini menjembatani kimia redoks, enzimologi, dan ilmu gizi, menanyakan bagaimana spesies oksigen reaktif dihasilkan dan dinetralkan serta bagaimana senyawa seperti polifenol dan karotenoid masuk, diubah oleh, dan bertindak di dalam tubuh manusia.

Definition

Biokimia antioksidan dan fitokimia adalah cabang biokimia gizi yang berkaitan dengan struktur, reaksi, dan nasib metabolik antioksidan — zat endogen dan makanan yang mencegah atau memperlambat oksidasi biomolekul — dan fitokimia, senyawa non-nutrisi bioaktif dari makanan nabati.

Scope

Area ini mengarahkan pembaca mengenai sistem pertahanan antioksidan endogen dan kimia spesies oksigen reaktif, kelas utama fitokimia makanan (polifenol dan flavonoid; karotenoid dan xantofil), serta penyerapan, metabolisme, dan bioavailabilitas yang menentukan apakah senyawa-senyawa ini mencapai jaringan. Bidang ini diperlakukan sebagai subjek referensi biokimia dan gizi, bukan sebagai panduan klinis, dan menunjuk pada topik-topik komponennya untuk pembahasan rinci.

Sub-topics

• Sistem Pertahanan Antioksidan dan Spesies Oksigen Reaktif
• Karotenoid dan Xantofil
• Bioavailabilitas dan Metabolisme Fitokimia
• Polifenol dan Flavonoid

Core questions

• Bagaimana spesies oksigen reaktif diproduksi dalam sel, dan sistem enzimatik serta molekul kecil apa yang melawannya?
• Fitur kimia apa yang membuat fitokimia makanan bertindak sebagai antioksidan atau molekul pensinyalan redoks-aktif?
• Bagaimana penyerapan, konjugasi, dan metabolisme mikroba membentuk bioavailabilitas dan efek biologis polifenol dan karotenoid?
• Apa yang dikatakan bukti tentang hubungan antara asupan fitokimia dan penanda stres oksidatif?

Key concepts

• Spesies oksigen reaktif (ROS)
• Antioksidan endogen dan makanan
• Polifenol dan flavonoid
• Karotenoid dan xantofil
• Bioavailabilitas dan metabolisme fitokimia
• Pensinyalan redoks versus kerusakan oksidatif

Key theories

Keseimbangan stres oksidatif

Stres oksidatif dibingkai sebagai ketidakseimbangan antara produksi spesies oksigen dan nitrogen reaktif dan pertahanan antioksidan yang menghilangkannya atau memperbaiki kerusakannya; baik defisiensi maupun kelebihan pro-oksidan memiliki makna biologis.

Pensinyalan redoks

Spesies oksigen reaktif bukan hanya produk sampingan yang merusak tetapi juga pembawa pesan fisiologis, sehingga antioksidan memodulasi pensinyalan daripada hanya mengais, memperumit pandangan lama bahwa asupan antioksidan yang lebih banyak selalu bermanfaat.

Mechanisms

Metabolisme aerobik terus-menerus menghasilkan spesies oksigen reaktif, terutama dari transpor elektron mitokondria, yang dapat mengoksidasi lipid, protein, dan DNA. Sel mengatasi hal ini dengan sistem enzimatik (superoksida dismutase, katalase, glutation peroksidase) dan antioksidan molekul kecil. Fitokimia makanan menambahkan lapisan eksogen: polifenol dan flavonoid dapat menyumbangkan atom hidrogen atau elektron dan mengkelat logam transisi, sementara karotenoid memadamkan oksigen singlet dan mengais radikal peroksil. Apakah senyawa-senyawa ini bertindak dalam jaringan tergantung pada penyerapan, konjugasi, dan transformasi mikroba mereka, yang sering menghasilkan metabolit yang bersirkulasi berbeda dari senyawa induk.

Clinical relevance

Biokimia antioksidan dan fitokimia menginformasikan bagaimana diet kaya buah-buahan, sayuran, dan makanan nabati dipelajari dalam kaitannya dengan penyakit kronis, dan menjelaskan mengapa uji intervensi antioksidan dosis tinggi terisolasi tidak selalu mereproduksi asosiasi yang terlihat dengan asupan makanan utuh. Ini disajikan di sini untuk mendukung pemahaman mekanisme dan bukti, dan bukan merupakan dasar untuk resep diet individu atau keputusan pengobatan.

Epidemiology

Penelitian gizi observasional telah berulang kali mengaitkan asupan makanan kaya polifenol dan karotenoid yang lebih tinggi dengan risiko lebih rendah dari beberapa penyakit kronis, sementara uji coba acak suplemen antioksidan terisolasi telah menunjukkan efek campuran atau nol, sebuah kontras yang membingkai banyak perdebatan di bidang ini.

Evidence & guidelines

Basis bukti mencakup biokimia mekanistik, kohort observasional besar, dan uji coba suplemen; tinjauan utama menekankan bahwa faktor matriks makanan dan bioavailabilitas, daripada kapasitas antioksidan yang diukur secara in vitro, mengatur relevansi fisiologis. Tidak ada panduan klinis yang dikeluarkan dalam entri referensi ini.

History

Teori radikal bebas tentang kerusakan biologis muncul pada pertengahan abad kedua puluh dan berkembang melalui karya Halliwell dan Gutteridge, yang mensistematisasi biokimia radikal bebas. Sejak tahun 1990-an, ilmu gizi semakin mengkarakterisasi polifenol dan karotenoid makanan, dan uji coba suplemen besar pada dekade itu membentuk kembali ekspektasi tentang antioksidan terisolasi, mengalihkan perhatian ke bioavailabilitas dan efek makanan utuh.

Debates

Apakah suplemen antioksidan mereproduksi manfaat makanan kaya antioksidan?

Asosiasi antara asupan makanan nabati dan risiko penyakit kronis yang lebih rendah belum secara konsisten direproduksi oleh uji coba antioksidan dosis tinggi terisolasi, memicu perdebatan tentang apakah matriks makanan, bioavailabilitas, atau mekanisme non-antioksidan menjelaskan perbedaannya.

Key figures

• Barry Halliwell
• John Gutteridge
• Augustine Scalbert
• Claudine Manach
• Norman Krinsky

Seminal works

• valko-2006
• droge-2002
• manach-2004
• halliwell-gutteridge-2015

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara antioksidan dan fitokimia?

Antioksidan adalah zat apa pun yang mencegah atau memperlambat oksidasi molekul lain; fitokimia adalah senyawa bioaktif yang dibuat oleh tumbuhan. Banyak fitokimia makanan, seperti flavonoid dan karotenoid, bertindak sebagai antioksidan, tetapi tidak semua fitokimia adalah antioksidan dan tidak semua antioksidan adalah fitokimia.

Mengapa mempelajari bioavailabilitas saat membahas antioksidan?

Karena kimia antioksidan suatu senyawa yang diukur dalam tabung reaksi hanya relevan secara biologis jika senyawa tersebut diserap dan mencapai jaringan; penyerapan, konjugasi, dan metabolisme mikroba sering mengubah molekul mana yang sebenarnya bersirkulasi.