抗酸化物質と植物化学物質の生化学
抗酸化物質と植物化学物質の生化学は、細胞を酸化的損傷から防御する分子と、食事性抗酸化物質およびシグナル伝達物質として機能する多様な植物由来化合物（植物化学物質）を研究する学問分野である。これは、レドックス化学、酵素学、栄養科学を橋渡しし、活性酸素種がどのように生成され中和されるか、そしてポリフェノールやカロテノイドなどの化合物がどのように人体に入り、変換され、作用するかを問うものである。
Definition
抗酸化物質と植物化学物質の生化学は、抗酸化物質（生体分子の酸化を防止または遅延させる内因性および食事性物質）と植物化学物質（植物性食品の生物活性非栄養化合物）の構造、反応、および代謝運命に関わる栄養生化学の一分野である。
Scope
この分野は、内因性抗酸化防御システムと活性酸素種の化学、主要な食事性植物化学物質のクラス（ポリフェノールとフラボノイド、カロテノイドとキサントフィル）、およびこれらの化合物が組織に到達するかどうかを決定する吸収、代謝、バイオアベイラビリティについて読者に概説する。この分野は、生化学的および栄養学的な参照主題として扱われ、臨床的ガイダンスとしては扱われず、詳細な説明についてはその構成要素となるトピックが示される。
Sub-topics
Core questions
- 細胞内で活性酸素種はどのように生成され、それに対抗する酵素系および低分子システムは何か？
- 食事性植物化学物質が抗酸化物質またはレドックス活性シグナル伝達分子として作用する化学的特徴は何か？
- 吸収、抱合、および微生物代謝は、ポリフェノールとカロテノイドのバイオアベイラビリティと生物学的効果をどのように形成するか？
- 植物化学物質の摂取と酸化ストレスマーカーの関係について、エビデンスは何を述べているか？
Key concepts
- 活性酸素種 (ROS)
- 内因性および食事性抗酸化物質
- ポリフェノールとフラボノイド
- カロテノイドとキサントフィル
- 植物化学物質のバイオアベイラビリティと代謝
- レドックスシグナル伝達と酸化的損傷
Key theories
- 酸化ストレスバランス
- 酸化ストレスは、活性酸素種および窒素種の生成と、それらを除去または損傷を修復する抗酸化防御との間の不均衡として捉えられる。プロオキシダントの欠乏と過剰の両方が生物学的に意味を持つ。
- レドックスシグナル伝達
- 活性酸素種は損傷を与える副産物であるだけでなく、生理学的メッセンジャーでもあるため、抗酸化物質は単に捕捉するだけでなくシグナル伝達を調節し、より多くの抗酸化物質摂取が一様に有益であるという古い見方を複雑にする。
Mechanisms
好気性代謝は、主にミトコンドリアの電子伝達系から、脂質、タンパク質、DNAを酸化しうる活性酸素種を継続的に生成する。細胞はこれを酵素系（スーパーオキシドディスムターゼ、カタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼ）と低分子抗酸化物質で対抗する。食事性植物化学物質は外因性の層を追加する。ポリフェノールとフラボノイドは水素原子または電子を供与し、遷移金属をキレート化する一方、カロテノイドは一重項酸素を消光し、ペルオキシルラジカルを捕捉する。これらの化合物が組織内で作用するかどうかは、それらの吸収、抱合、および微生物による変換に依存し、これらによってしばしば親化合物とは異なる循環代謝物が生成される。
Clinical relevance
抗酸化物質と植物化学物質の生化学は、果物、野菜、植物性食品が豊富な食事が慢性疾患とどのように関連して研究されているかを示し、単離された高用量抗酸化物質の介入試験が、全食品摂取で見られる関連性を常に再現できなかった理由を説明する。ここでは、メカニズムとエビデンスの理解を支援するために提示されており、個別の食事処方や治療決定の根拠となるものではない。
Epidemiology
観察栄養研究では、ポリフェノールやカロテノイドが豊富な食品の摂取量が多いほど、いくつかの慢性疾患のリスクが低いことが繰り返し関連付けられているが、単離された抗酸化サプリメントのランダム化比較試験では、混合または無効な効果が示されており、この対照がこの分野の議論の多くを形成している。
Evidence & guidelines
エビデンスベースは、メカニズム生化学、大規模な観察コホート、およびサプリメント試験にわたる。主要なレビューでは、in vitroで測定された抗酸化能よりも、食品マトリックスとバイオアベイラビリティの要因が生理学的関連性を支配することが強調されている。この参照項目では臨床的ガイダンスは発行されない。
History
生物学的損傷のフリーラジカル理論は20世紀半ばに登場し、HalliwellとGutteridgeの研究を通じて成熟し、フリーラジカル生化学を体系化した。1990年代以降、栄養科学は食事性ポリフェノールとカロテノイドをますます特徴づけ、その10年間の大規模なサプリメント試験は、単離された抗酸化物質に関する期待を再形成し、バイオアベイラビリティと全食品効果に注意を向けさせた。
Debates
- 抗酸化サプリメントは抗酸化物質が豊富な食品の利点を再現するか？
- 植物性食品の摂取と慢性疾患リスクの低下との関連性は、単離された高用量抗酸化物質の試験によって一貫して再現されておらず、食品マトリックス、バイオアベイラビリティ、または非抗酸化メカニズムがその違いを説明するのかどうかについて議論が巻き起こっている。
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
- 抗酸化物質と植物化学物質の違いは何ですか？
- 抗酸化物質は、他の分子の酸化を防止または遅延させるあらゆる物質であり、植物化学物質は植物によって作られる生物活性化合物です。フラボノイドやカロテノイドなど、多くの食事性植物化学物質は抗酸化物質として作用しますが、すべての植物化学物質が抗酸化物質であるわけではなく、すべての抗酸化物質が植物化学物質であるわけではありません。
- 抗酸化物質を議論する際にバイオアベイラビリティを研究する理由は何ですか？
- 試験管で測定された化合物の抗酸化化学は、その化合物が吸収されて組織に到達する場合にのみ生物学的に重要であるためです。吸収、抱合、および微生物代謝は、実際に循環する分子をしばしば変化させます。