Биохимия антиоксидантов и фитохимических веществ

Биохимия антиоксидантов и фитохимических веществ изучает молекулы, которые защищают клетки от окислительного повреждения, а также разнообразные соединения растительного происхождения (фитохимические вещества), действующие как пищевые антиоксиданты и сигнальные агенты. Она объединяет окислительно-восстановительную химию, энзимологию и нутрициологию, исследуя, как генерируются и нейтрализуются активные формы кислорода, и как такие соединения, как полифенолы и каротиноиды, поступают в организм человека, трансформируются им и действуют внутри него.

Definition

Биохимия антиоксидантов и фитохимических веществ — это раздел нутриционной биохимии, изучающий структуры, реакции и метаболическую судьбу антиоксидантов — эндогенных и пищевых веществ, которые предотвращают или замедляют окисление биомолекул, — а также фитохимических веществ, биоактивных непитательных соединений растительной пищи.

Scope

Эта область знакомит читателя с эндогенными антиоксидантными защитными системами и химией активных форм кислорода, основными классами пищевых фитохимических веществ (полифенолы и флавоноиды; каротиноиды и ксантофиллы), а также с процессами абсорбции, метаболизма и биодоступности, которые определяют, достигают ли эти соединения тканей. Она рассматривает данную область как биохимический и нутрициологический справочный предмет, а не как клиническое руководство, и указывает на ее составные темы для детального изучения.

Sub-topics

• Антиоксидантные защитные системы и активные формы кислорода
• Каротиноиды и ксантофиллы
• Биодоступность и метаболизм фитохимических веществ
• Полифенолы и флавоноиды

Core questions

• Как образуются активные формы кислорода в клетках и какие ферментативные и низкомолекулярные системы им противодействуют?
• Какие химические особенности позволяют пищевым фитохимическим веществам действовать как антиоксиданты или редокс-активные сигнальные молекулы?
• Как абсорбция, конъюгация и микробный метаболизм влияют на биодоступность и биологические эффекты полифенолов и каротиноидов?
• Что говорят доказательства о взаимосвязи между потреблением фитохимических веществ и маркерами окислительного стресса?

Key concepts

• Активные формы кислорода (АФК)
• Эндогенные и пищевые антиоксиданты
• Полифенолы и флавоноиды
• Каротиноиды и ксантофиллы
• Биодоступность и метаболизм фитохимических веществ
• Редокс-сигнализация против окислительного повреждения

Key theories

Баланс окислительного стресса

Окислительный стресс рассматривается как дисбаланс между производством активных форм кислорода и азота и антиоксидантными защитными механизмами, которые их удаляют или восстанавливают повреждения; как дефицит, так и избыток прооксидантов имеют биологическое значение.

Редокс-сигнализация

Активные формы кислорода являются не только повреждающими побочными продуктами, но и физиологическими мессенджерами, поэтому антиоксиданты модулируют сигнализацию, а не просто улавливают радикалы, что усложняет старое представление о том, что большее потребление антиоксидантов всегда полезно.

Mechanisms

Аэробный метаболизм непрерывно генерирует активные формы кислорода, главным образом из митохондриального электронного транспорта, которые могут окислять липиды, белки и ДНК. Клетки противостоят этому с помощью ферментативных систем (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза) и низкомолекулярных антиоксидантов. Пищевые фитохимические вещества добавляют экзогенный слой: полифенолы и флавоноиды могут отдавать атомы водорода или электроны и хелатировать переходные металлы, в то время как каротиноиды гасят синглетный кислород и улавливают пероксильные радикалы. Действие этих соединений в тканях зависит от их абсорбции, конъюгации и микробной трансформации, которые часто приводят к образованию циркулирующих метаболитов, отличающихся от исходного соединения.

Clinical relevance

Биохимия антиоксидантов и фитохимических веществ объясняет, как изучаются диеты, богатые фруктами, овощами и растительной пищей, в отношении хронических заболеваний, и почему интервенционные исследования изолированных высокодозовых антиоксидантов не всегда воспроизводили ассоциации, наблюдаемые при потреблении цельных продуктов. Здесь она представлена для поддержки понимания механизмов и доказательств, и не является основой для индивидуальных диетических предписаний или решений о лечении.

Epidemiology

Наблюдательные исследования в области питания неоднократно связывали более высокое потребление продуктов, богатых полифенолами и каротиноидами, с более низким риском развития ряда хронических заболеваний, в то время как рандомизированные исследования изолированных антиоксидантных добавок показали смешанные или нулевые эффекты, что является контрастом, формирующим большую часть дебатов в этой области.

Evidence & guidelines

Доказательная база охватывает механистическую биохимию, крупные наблюдательные когорты и испытания добавок; основные обзоры подчеркивают, что факторы пищевой матрицы и биодоступности, а не антиоксидантная способность, измеренная in vitro, определяют физиологическую значимость. В данной справочной статье не даются клинические рекомендации.

History

Теория свободнорадикального повреждения биологических систем возникла в середине XX века и развивалась благодаря работам Халливелла и Гаттериджа, которые систематизировали биохимию свободных радикалов. С 1990-х годов нутрициология все активнее характеризовала пищевые полифенолы и каротиноиды, а крупные испытания добавок в то десятилетие изменили ожидания относительно изолированных антиоксидантов, сместив внимание на биодоступность и эффекты цельных продуктов.

Debates

Воспроизводят ли антиоксидантные добавки преимущества продуктов, богатых антиоксидантами?

Связи между потреблением растительной пищи и снижением риска хронических заболеваний не были последовательно воспроизведены в исследованиях изолированных высокодозовых антиоксидантов, что вызвало дебаты о том, объясняется ли разница пищевой матрицей, биодоступностью или неантиоксидантными механизмами.

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

В чем разница между антиоксидантом и фитохимическим веществом?

Антиоксидант — это любое вещество, которое предотвращает или замедляет окисление других молекул; фитохимическое вещество — это биоактивное соединение, производимое растениями. Многие пищевые фитохимические вещества, такие как флавоноиды и каротиноиды, действуют как антиоксиданты, но не все фитохимические вещества являются антиоксидантами, и не все антиоксиданты являются фитохимическими веществами.

Почему при обсуждении антиоксидантов важно изучать биодоступность?

Потому что антиоксидантная химия соединения, измеренная в пробирке, имеет биологическое значение только в том случае, если соединение абсорбируется и достигает тканей; абсорбция, конъюгация и микробный метаболизм часто изменяют состав молекул, которые фактически циркулируют.