ชีวเคมีของสารต้านอนุมูลอิสระและสารพฤกษเคมี

ชีวเคมีของสารต้านอนุมูลอิสระและสารพฤกษเคมีศึกษาโมเลกุลที่ปกป้องเซลล์จากความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน และสารประกอบหลากหลายชนิดที่ได้จากพืช (สารพฤกษเคมี) ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระในอาหารและสารส่งสัญญาณ โดยเชื่อมโยงเคมีรีดอกซ์ เอนไซม์วิทยา และวิทยาศาสตร์โภชนาการ เพื่อตอบคำถามว่าชนิดของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา (reactive oxygen species) เกิดขึ้นและถูกทำให้เป็นกลางได้อย่างไร และสารประกอบต่างๆ เช่น โพลีฟีนอลและแคโรทีนอยด์ เข้าสู่ร่างกายมนุษย์ เปลี่ยนแปลงไปอย่างไร และออกฤทธิ์ภายในร่างกายได้อย่างไร

Definition

ชีวเคมีของสารต้านอนุมูลอิสระและสารพฤกษเคมีเป็นสาขาหนึ่งของชีวเคมีโภชนาการที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้าง ปฏิกิริยา และชะตากรรมทางเมแทบอลิซึมของสารต้านอนุมูลอิสระ ซึ่งเป็นสารภายในร่างกายและสารจากอาหารที่ป้องกันหรือชะลอการออกซิเดชันของชีวโมเลกุล และของสารพฤกษเคมี ซึ่งเป็นสารประกอบชีวออกฤทธิ์ที่ไม่ใช่สารอาหารที่พบในอาหารจากพืช

Scope

สาขาวิชานี้จะแนะนำผู้อ่านเกี่ยวกับระบบป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระภายในร่างกายและเคมีของชนิดของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา สารพฤกษเคมีหลักในอาหาร (โพลีฟีนอลและฟลาโวนอยด์; แคโรทีนอยด์และแซนโทฟิลล์) ตลอดจนการดูดซึม เมแทบอลิซึม และชีวปริมาณออกฤทธิ์ที่กำหนดว่าสารประกอบเหล่านี้จะไปถึงเนื้อเยื่อหรือไม่ สาขาวิชานี้ถือเป็นหัวข้ออ้างอิงทางชีวเคมีและโภชนาการ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก และชี้ไปยังหัวข้อองค์ประกอบต่างๆ เพื่อการศึกษาโดยละเอียด

Sub-topics

• ระบบป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระและชนิดออกซิเจนที่ไวต่อปฏิกิริยา
• แคโรทีนอยด์และแซนโทฟิลล์
• ชีวปริมาณออกฤทธิ์และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารพฤกษเคมี
• โพลีฟีนอลและฟลาโวนอยด์

Core questions

• ชนิดของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา (reactive oxygen species) ผลิตขึ้นในเซลล์ได้อย่างไร และระบบเอนไซม์และโมเลกุลขนาดเล็กใดบ้างที่ตอบโต้สิ่งเหล่านี้?
• คุณสมบัติทางเคมีใดที่ทำให้สารพฤกษเคมีในอาหารทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระหรือโมเลกุลส่งสัญญาณที่ออกฤทธิ์รีดอกซ์?
• การดูดซึม การจับคู่ และเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์มีผลต่อชีวปริมาณออกฤทธิ์และผลทางชีวภาพของโพลีฟีนอลและแคโรทีนอยด์อย่างไร?
• หลักฐานกล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างการบริโภคสารพฤกษเคมีและเครื่องหมายของความเครียดออกซิเดชันอย่างไร?

Key concepts

• ชนิดของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา (ROS)
• สารต้านอนุมูลอิสระภายในร่างกายและจากอาหาร
• โพลีฟีนอลและฟลาโวนอยด์
• แคโรทีนอยด์และแซนโทฟิลล์
• ชีวปริมาณออกฤทธิ์และเมแทบอลิซึมของสารพฤกษเคมี
• การส่งสัญญาณรีดอกซ์เทียบกับความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน

Key theories

สมดุลความเครียดออกซิเดชัน

ความเครียดออกซิเดชันถูกกำหนดให้เป็นความไม่สมดุลระหว่างการผลิตชนิดของออกซิเจนและไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยา และการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระที่กำจัดสิ่งเหล่านี้หรือซ่อมแซมความเสียหายของพวกมัน ทั้งการขาดและส่วนเกินของสารโปรออกซิแดนท์มีความสำคัญทางชีวภาพ

การส่งสัญญาณรีดอกซ์

ชนิดของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาไม่ได้เป็นเพียงผลพลอยได้ที่ก่อให้เกิดความเสียหายเท่านั้น แต่ยังเป็นสารสื่อสารทางสรีรวิทยาด้วย ดังนั้นสารต้านอนุมูลอิสระจึงปรับการส่งสัญญาณแทนที่จะกำจัดเพียงอย่างเดียว ซึ่งทำให้มุมมองเก่าที่ว่าการบริโภคสารต้านอนุมูลอิสระที่มากขึ้นมีประโยชน์เสมอไปนั้นซับซ้อนขึ้น

Mechanisms

เมแทบอลิซึมแบบใช้ออกซิเจนสร้างชนิดของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง โดยส่วนใหญ่มาจากระบบขนส่งอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรีย ซึ่งสามารถออกซิไดซ์ไขมัน โปรตีน และ DNA ได้ เซลล์จะตอบโต้สิ่งนี้ด้วยระบบเอนไซม์ (ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส, คาตาเลส, กลูตาไธโอนเปอร์ออกซิเดส) และสารต้านอนุมูลอิสระโมเลกุลขนาดเล็ก สารพฤกษเคมีในอาหารเพิ่มชั้นป้องกันภายนอก: โพลีฟีนอลและฟลาโวนอยด์สามารถให้ไฮโดรเจนอะตอมหรืออิเล็กตรอนและคีเลตโลหะทรานซิชันได้ ในขณะที่แคโรทีนอยด์จะดับออกซิเจนซิงเกล็ตและกำจัดอนุมูลเปอร์ออกซิล การที่สารประกอบเหล่านี้ออกฤทธิ์ในเนื้อเยื่อได้หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับการดูดซึม การจับคู่ และการเปลี่ยนแปลงโดยจุลินทรีย์ ซึ่งมักจะให้เมแทบอไลต์ที่หมุนเวียนในร่างกายซึ่งแตกต่างจากสารประกอบตั้งต้น

Clinical relevance

ชีวเคมีของสารต้านอนุมูลอิสระและสารพฤกษเคมีให้ข้อมูลว่าอาหารที่อุดมด้วยผลไม้ ผัก และอาหารจากพืชมีการศึกษาเกี่ยวข้องกับโรคเรื้อรังอย่างไร และอธิบายว่าเหตุใดการทดลองแทรกแซงด้วยสารต้านอนุมูลอิสระที่แยกออกมาในปริมาณสูงจึงไม่สามารถทำซ้ำความสัมพันธ์ที่เห็นได้จากการบริโภคอาหารทั้งส่วนเสมอไป ข้อมูลนี้ถูกนำเสนอที่นี่เพื่อสนับสนุนความเข้าใจในกลไกและหลักฐาน และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการกำหนดอาหารเฉพาะบุคคลหรือการตัดสินใจในการรักษา

Epidemiology

การวิจัยโภชนาการเชิงสังเกตการณ์ได้เชื่อมโยงการบริโภคอาหารที่อุดมด้วยโพลีฟีนอลและแคโรทีนอยด์ที่สูงขึ้นกับการลดความเสี่ยงของโรคเรื้อรังหลายชนิดซ้ำแล้วซ้ำเล่า ในขณะที่การทดลองแบบสุ่มของอาหารเสริมสารต้านอนุมูลอิสระที่แยกออกมาแสดงผลที่หลากหลายหรือไม่มีผล ซึ่งเป็นความแตกต่างที่ก่อให้เกิดการถกเถียงในสาขาวิชานี้เป็นอย่างมาก

Evidence & guidelines

ฐานหลักฐานครอบคลุมชีวเคมีเชิงกลไก กลุ่มประชากรขนาดใหญ่ที่สังเกตการณ์ และการทดลองอาหารเสริม; การทบทวนที่สำคัญเน้นย้ำว่าปัจจัยเมทริกซ์อาหารและชีวปริมาณออกฤทธิ์ ซึ่งไม่ใช่ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระที่วัดได้ในหลอดทดลอง เป็นตัวกำหนดความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยา ไม่มีการออกคำแนะนำทางคลินิกในรายการอ้างอิงนี้

History

ทฤษฎีอนุมูลอิสระของความเสียหายทางชีวภาพเกิดขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 และพัฒนาขึ้นจากการทำงานของ Halliwell และ Gutteridge ซึ่งจัดระบบชีวเคมีของอนุมูลอิสระ ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 วิทยาศาสตร์โภชนาการได้ระบุลักษณะของโพลีฟีนอลและแคโรทีนอยด์ในอาหารมากขึ้น และการทดลองอาหารเสริมขนาดใหญ่ในทศวรรษนั้นได้ปรับเปลี่ยนความคาดหวังเกี่ยวกับสารต้านอนุมูลอิสระที่แยกออกมา โดยเปลี่ยนความสนใจไปที่ชีวปริมาณออกฤทธิ์และผลกระทบของอาหารทั้งส่วน

Debates

อาหารเสริมสารต้านอนุมูลอิสระสามารถทำซ้ำประโยชน์ของอาหารที่อุดมด้วยสารต้านอนุมูลอิสระได้หรือไม่?

ความสัมพันธ์ระหว่างการบริโภคอาหารจากพืชกับการลดความเสี่ยงของโรคเรื้อรังไม่ได้ถูกทำซ้ำอย่างสม่ำเสมอโดยการทดลองสารต้านอนุมูลอิสระที่แยกออกมาในปริมาณสูง ซึ่งก่อให้เกิดการถกเถียงว่าเมทริกซ์อาหาร ชีวปริมาณออกฤทธิ์ หรือกลไกที่ไม่ใช่สารต้านอนุมูลอิสระเป็นตัวอธิบายความแตกต่างนี้หรือไม่

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

สารต้านอนุมูลอิสระกับสารพฤกษเคมีแตกต่างกันอย่างไร?

สารต้านอนุมูลอิสระคือสารใดๆ ที่ป้องกันหรือชะลอการออกซิเดชันของโมเลกุลอื่นๆ; สารพฤกษเคมีคือสารประกอบชีวออกฤทธิ์ที่ผลิตโดยพืช สารพฤกษเคมีในอาหารหลายชนิด เช่น ฟลาโวนอยด์และแคโรทีนอยด์ ทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ แต่ไม่ใช่สารพฤกษเคมีทั้งหมดที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ และไม่ใช่สารต้านอนุมูลอิสระทั้งหมดที่เป็นสารพฤกษเคมี

เหตุใดจึงต้องศึกษาชีวปริมาณออกฤทธิ์เมื่อพูดถึงสารต้านอนุมูลอิสระ?

เนื่องจากเคมีของสารต้านอนุมูลอิสระที่วัดได้ในหลอดทดลองจะมีความสำคัญทางชีวภาพก็ต่อเมื่อสารประกอบนั้นถูกดูดซึมและไปถึงเนื้อเยื่อเท่านั้น การดูดซึม การจับคู่ และเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์มักจะเปลี่ยนโมเลกุลที่หมุนเวียนในร่างกายจริง