Hóa sinh chất chống oxy hóa và hóa thực vật

Hóa sinh chất chống oxy hóa và hóa thực vật nghiên cứu các phân tử bảo vệ tế bào chống lại tổn thương oxy hóa và các hợp chất đa dạng có nguồn gốc thực vật (hóa thực vật) hoạt động như chất chống oxy hóa trong chế độ ăn uống và các tác nhân truyền tín hiệu. Lĩnh vực này kết nối hóa học oxy hóa khử, enzym học và khoa học dinh dưỡng, đặt ra câu hỏi về cách các loại oxy phản ứng được tạo ra và trung hòa, cũng như cách các hợp chất như polyphenol và carotenoid đi vào, được biến đổi và hoạt động trong cơ thể người.

Definition

Hóa sinh chất chống oxy hóa và hóa thực vật là một nhánh của hóa sinh dinh dưỡng liên quan đến cấu trúc, phản ứng và số phận chuyển hóa của các chất chống oxy hóa — các chất nội sinh và trong chế độ ăn uống ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa các phân tử sinh học — và của hóa thực vật, các hợp chất không dinh dưỡng có hoạt tính sinh học từ thực phẩm thực vật.

Scope

Lĩnh vực này định hướng người đọc về các hệ thống phòng thủ chống oxy hóa nội sinh và hóa học của các loại oxy phản ứng, các nhóm chính của hóa thực vật trong chế độ ăn uống (polyphenol và flavonoid; carotenoid và xanthophyll), cũng như sự hấp thu, chuyển hóa và sinh khả dụng quyết định liệu các hợp chất này có đến được các mô hay không. Nó coi lĩnh vực này như một môn học tham khảo về hóa sinh và dinh dưỡng, không phải là hướng dẫn lâm sàng, và chỉ ra các chủ đề thành phần của nó để xử lý chi tiết.

Sub-topics

• Antioxidant Defense Systems and Reactive Oxygen Species
• Carotenoids and Xanthophylls
• Phytochemical Bioavailability and Metabolism
• Polyphenols and Flavonoids

Core questions

• Các loại oxy phản ứng được tạo ra trong tế bào như thế nào, và những hệ thống enzyme và phân tử nhỏ nào chống lại chúng?
• Những đặc điểm hóa học nào khiến hóa thực vật trong chế độ ăn uống hoạt động như chất chống oxy hóa hoặc phân tử truyền tín hiệu oxy hóa khử?
• Sự hấp thu, liên hợp và chuyển hóa vi sinh vật định hình sinh khả dụng và các tác động sinh học của polyphenol và carotenoid như thế nào?
• Bằng chứng nói gì về mối quan hệ giữa lượng hóa thực vật hấp thụ và các dấu hiệu stress oxy hóa?

Key concepts

• Các loại oxy phản ứng (ROS)
• Chất chống oxy hóa nội sinh và trong chế độ ăn uống
• Polyphenol và flavonoid
• Carotenoid và xanthophyll
• Sinh khả dụng và chuyển hóa của hóa thực vật
• Tín hiệu oxy hóa khử so với tổn thương oxy hóa

Key theories

Cân bằng stress oxy hóa

Stress oxy hóa được định nghĩa là sự mất cân bằng giữa việc sản xuất các loại oxy và nitơ phản ứng và các hệ thống phòng thủ chống oxy hóa loại bỏ chúng hoặc sửa chữa tổn thương của chúng; cả sự thiếu hụt và dư thừa các chất tiền oxy hóa đều có ý nghĩa sinh học.

Tín hiệu oxy hóa khử

Các loại oxy phản ứng không chỉ là sản phẩm phụ gây hại mà còn là các chất truyền tin sinh lý, do đó các chất chống oxy hóa điều hòa tín hiệu thay vì chỉ đơn thuần loại bỏ, làm phức tạp quan điểm cũ rằng việc hấp thụ nhiều chất chống oxy hóa hơn luôn có lợi.

Mechanisms

Quá trình chuyển hóa hiếu khí liên tục tạo ra các loại oxy phản ứng, chủ yếu từ chuỗi vận chuyển điện tử ty thể, có thể oxy hóa lipid, protein và DNA. Các tế bào chống lại điều này bằng các hệ thống enzyme (superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase) và các chất chống oxy hóa phân tử nhỏ. Hóa thực vật trong chế độ ăn uống bổ sung một lớp ngoại sinh: polyphenol và flavonoid có thể cho đi các nguyên tử hydro hoặc electron và chelat hóa các kim loại chuyển tiếp, trong khi carotenoid dập tắt oxy singlet và loại bỏ các gốc peroxyl. Việc các hợp chất này hoạt động trong các mô hay không phụ thuộc vào sự hấp thu, liên hợp và biến đổi vi sinh vật của chúng, thường tạo ra các chất chuyển hóa lưu hành khác biệt so với hợp chất gốc.

Clinical relevance

Hóa sinh chất chống oxy hóa và hóa thực vật cung cấp thông tin về cách các chế độ ăn giàu trái cây, rau củ và thực phẩm thực vật được nghiên cứu liên quan đến bệnh mãn tính, và nó giải thích tại sao các thử nghiệm can thiệp với liều cao chất chống oxy hóa riêng lẻ không phải lúc nào cũng tái tạo được các mối liên hệ được thấy với việc tiêu thụ thực phẩm toàn phần. Nó được trình bày ở đây để hỗ trợ hiểu biết về các cơ chế và bằng chứng, và không phải là cơ sở cho việc kê đơn chế độ ăn uống cá nhân hoặc các quyết định điều trị.

Epidemiology

Nghiên cứu dinh dưỡng quan sát đã nhiều lần liên kết việc hấp thụ nhiều thực phẩm giàu polyphenol và carotenoid hơn với nguy cơ mắc một số bệnh mãn tính thấp hơn, trong khi các thử nghiệm ngẫu nhiên về các chất bổ sung chống oxy hóa riêng lẻ đã cho thấy các hiệu quả hỗn hợp hoặc không đáng kể, một sự tương phản tạo nên phần lớn cuộc tranh luận của lĩnh vực này.

Evidence & guidelines

Cơ sở bằng chứng bao gồm hóa sinh cơ chế, các đoàn hệ quan sát lớn và các thử nghiệm bổ sung; các đánh giá lớn nhấn mạnh rằng các yếu tố ma trận thực phẩm và sinh khả dụng, chứ không phải khả năng chống oxy hóa được đo lường in vitro, chi phối sự liên quan sinh lý. Không có hướng dẫn lâm sàng nào được đưa ra trong mục tham khảo này.

History

Lý thuyết gốc tự do về tổn thương sinh học xuất hiện vào giữa thế kỷ XX và phát triển thông qua công trình của Halliwell và Gutteridge, những người đã hệ thống hóa hóa sinh gốc tự do. Từ những năm 1990, khoa học dinh dưỡng ngày càng đặc trưng hóa polyphenol và carotenoid trong chế độ ăn uống, và các thử nghiệm bổ sung lớn trong thập kỷ đó đã định hình lại kỳ vọng về các chất chống oxy hóa riêng lẻ, chuyển sự chú ý sang sinh khả dụng và các hiệu ứng của thực phẩm toàn phần.

Debates

Liệu các chất bổ sung chống oxy hóa có tái tạo được lợi ích của thực phẩm giàu chất chống oxy hóa không?

Các mối liên hệ giữa việc hấp thụ thực phẩm thực vật và nguy cơ mắc bệnh mãn tính thấp hơn đã không được tái tạo một cách nhất quán bởi các thử nghiệm về chất chống oxy hóa liều cao riêng lẻ, gây ra tranh luận về việc liệu ma trận thực phẩm, sinh khả dụng hay các cơ chế không phải chống oxy hóa giải thích sự khác biệt.

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

Sự khác biệt giữa chất chống oxy hóa và hóa thực vật là gì?

Chất chống oxy hóa là bất kỳ chất nào ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa các phân tử khác; hóa thực vật là một hợp chất có hoạt tính sinh học được tạo ra bởi thực vật. Nhiều hóa thực vật trong chế độ ăn uống, chẳng hạn như flavonoid và carotenoid, hoạt động như chất chống oxy hóa, nhưng không phải tất cả hóa thực vật đều là chất chống oxy hóa và không phải tất cả chất chống oxy hóa đều là hóa thực vật.

Tại sao phải nghiên cứu sinh khả dụng khi thảo luận về chất chống oxy hóa?

Bởi vì hóa học chống oxy hóa của một hợp chất được đo trong ống nghiệm chỉ có ý nghĩa sinh học nếu hợp chất đó được hấp thu và đến được các mô; sự hấp thu, liên hợp và chuyển hóa vi sinh vật thường làm thay đổi các phân tử thực sự lưu hành.