ANTIOXIDANTY A VOLNÉ
RADIKÁLY
Nízkomolekulární antioxidanty
Rozdělení antioxidantů
Kdy používáme antioxidanty?
• Terapie chorob (zánět, ischémie)
• Podpůrné působení při terapii chorob (diabetes mellitus)
• Prevence chorobných stavů (hlavně doplňky stravy)
• Stabilizace potravin (netoxické, nejlépe zdraví prospěšné)
• Stabilizace technických produktů (nízká toxicita)
Způsob účinku antioxidantů
• Zabránění vzniku RONS – chelatační činidla
• Odstraňování RONS - vychytávání, zhášení
• Rozklad produktů působení RONS – reparační mechanismy
Firuzi O. at al.: Antioxidant therapy: current status and future prospects. Curr Med Chem. 2011;18:3871-88.
EDARAVON
• neurodegenerativní onemocnění (ALS), cévní mozkové příhody (iCMP)
Ikeda K., Iwasaki Y.: Edaravone, a Free Radical Scavenger, Delayed Symptomatic and Pathological
Progression of Motor Neuron Disease in the Wobbler Mouse. PLoS One. 2015; 10(10): e0140316.
Efektivita antioxidantů
1. Co nejvyšší rozdíl redukčních potenciálů mezi zhášeným
radikálem a radikálem antioxidantu.
2. Radikály antioxidantů musí být stabilní, aby nebyly příčinou
dalších radikálových reakcí.
ROS Eo (mV)
Asc∙– 282
TO∙ 480
O2∙– 940
RO∙ 1600
HO∙ 2310
Charakteristika antioxidantů – donorů vodíku
• Nejvýznamnější antioxidanty této skupiny jsou
různě substituované aromáty s jednou nebo více
hydroxylovými skupinami.
• Stabilita radikálu antioxidantu
– delokalizace nepárového elektronu
– možnost další oxidace radikálu antioxidantu
Stabilizace radikálu antioxidantu
delokalizací nepárového elektronu
(mesomerní struktury)
O
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
BHA
R , RO , ROO RH, ROH, ROOH
.
. . .
.
.
.
Butylhydroxyanisol (BHA) je syntetický
antioxidant využívaný v potravinářském nebo
kosmetickém průmyslu (E 320)
Butylhydroxytoluen (BHT) je syntetický
antioxidant, konzervační činidlo a stabilizátor
(E321)
Negativní jevy, spojené s peroxidací lipidů
• Zhoršení senzorických Zápach po „žluknutí“
vlastností Změny barvy a struktury
Ztráta zájmu spotřebitelů
Ekonomické ztráty
• Snížení nutriční kvality Esenciální mastné kyseliny
Vitaminy
• Zdravotní rizika Gastrointestinální problémy
Srdeční choroby
Antioxidanty přijímané v potravě
• Kyselina askorbová (vitamin C)
POZOR!!!
Silné redukční činidlo, v nadbytku může být příčinou vzniku HO
.
(Fentonova
reakce).
O
O O
OH
OH
OH
O O
OH
OH
OHOH
O O
OH
OH
OO
O O
OH
OH
OO
-H+ -e-, -H+
-e-
.
Fe(III) + askorbát _____
> Fe(II) + askorbát.
H2O2 + Fe(II) _____
> HO· + OH- + Fe(III)
kys. askorbová kys. dehydroaskorbová
Antioxidanty přijímané v potravě
• Tokoferoly (vitaminy E)
Vychytávače ROO
.
lipofilní řetězec (fytyl)
α
β
γ
δ
O
OH
R O
O
R O
O
R
OH
* * *
.
O
R
R
OH
R
*
*
*
1
2
3
Stabilizace radikálu tokoferolu
O
OH
O
O
C16
H33
O
O
C16
H33
O
O
C16
H33
O
O
C16
H33
R , RO , ROO RH, ROH, ROOH. . .
.
.
.
.
Synergický účinek tokoferolu a askorbové kyseliny
O
OH
O
O
C16H33
O
OH
C16H33
O O
OH
OH
OHOH
O O
OH
OH
OOH
R , RO , ROO RH, ROH, ROOH. . .
.
+ .+
• Karotenoidy
Vychytávače volných radikálů, zhášeče singletového kyslíku
OH
OH
O
lykopen
β-karoten
α-karoten
lutein
echinenon
Mechanismus antioxidačního působení
karotenoidů
*
β-karotenyl radikál
Flavonoidy
flavonoid isoflavonoid neoflavonoid
OH
Flavonoidy
O
O
O
O
O
O
O
OH
flavanon flavon flavonol
flavan
Flavany
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH
O
OH
OH
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
O
O
OH
OH
OH
epigallokatechinkatechin
epigallokatechingallátepikatechingallát
Flavanony
Flavony
O
O
OH
OH
OH
OH O
O
OH
OH
OH
luteolin apigenin
Flavonoly
Pietta, P.G.: Flavonoids as antioxidants. J Nat Prod, 2000. 63(7): 1035-42.
Mechanismus antioxidačního působení
flavonoidů
Mechanismus antioxidačního působení
flavonoidů
Nimse S.B. et al.: Free radicals, natural antioxidants, and their reaction mechanisms. RSC Adv., 2015, 5,
27986-28006
Stilbeny
OH
OH
OH
OH
OH
OH
trans-resveratrol cis-resveratrol
OH OH
OH
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
O
OH
O
OH
OH
trans-piceid cis-piceid
Mechanismus antioxidačního působení resveratrolu
Kurkumin
Diferuloylmethan izolovaný z kořene Curcuma longa L. (Zingiberaceae)
O O
M e O
OH
O M e
O H
fenoxyl radikál
Del Prado-Audelo M.L. et al.: Formulations of Curcumin Nanoparticles for Brain Diseases. Biomolecules 2019,9,1-28
Aromatické kyseliny
OHO
OH
OH
kyselina kávová
Kaffeoylestery cukrů a mnoha dalších
hydroxysloučenin
O
OH
OH OH
OH
kyselina gallová
Galloylestery cukrů a hydroxysloučenin
kyselina rozmarýnová
OH
OH
O
O
OH
OH
OH COOH
kyselina chlorogenová
OH
OH
O
OH
OH
O
O
OH
OH
OH
OCH3
O
OH
O
OH
Fenylethanoidní fenylpropanoidy
akteosid
Mechanismus antioxidačního působení kyseliny
kávové a jejich derivátů
Mechanismus antioxidačního působení
kyseliny rozmarýnové
kyselina rozmarýnová
Panya A. et al.: Interactions betweenα-Tocopherol and Rosmarinic Acid and Its AlkylEsters in Emulsions:
Synergistic, Additive, or Antagonistic Effect? J. Agricult. Food Chem 2012, 60:10320-30
citlivé místo
OH
R.
RH
R.
RH
Antioxidanty z hub
OO
OH
OH
OH
O
OH
O O
OH
Klostermeyer D., Knops L., Sindlinger T., Polborn K., Steglich W.: Eur. J. Org. Chem. 2000, 603-609.
aurantricholon
Tricholoma aurantium –
čirůvka oranžová
OH OH
OH
Antioxidanty z hub
Albatrellus ovinus
3-hydroxyneogrifolin
Nukata M., Hashimoto T., Yamamoto I., Iwasaki N., Tanaka M., Asakawa Y.: Phytochemistry 59, 731-737 (2002).
krásnopórka mlynářka
Dusíkaté látky jako antioxidanty
• kofein
Devasagayam T.P.A. et al.:Caffeine as an antioxidant: inhibition of lipid peroxidation induced by reactive
oxygen species. Biochim. Biophysic. Acta 1282, 1996, 63-70
Mechanismus antioxidačního působení
chelatačních činidel
Tvorba komplexů s ionty kovů
• Zabránění změny oxidačního stupně kovu
• Tvorba nerozpustných komplexů
• Sterická zábrana interakce mezi kovem a lipidovým
radikálem
Koordinační schopnosti flavonoidů a kurkuminu
O
O
OH
OH
OH
O
Cu
O
O
OH
OH
O
OH Cu
O
O
O
O
OH
OH
Cu
O
O
OH
OH
OH
OH
Změna tvaru koordinačního polyedru a
stabilizace oxidačního stupně kovu
Cu(I)
Fe(III)
Pokud ligand (flavonoid) vynucuje určité geometrické uspořádání okolo centrálního
iontu, stabilizuje tím u něj i určitý oxidační stupeň.
Vznik nebo odstranění RONS jsou často vázány na změnu oxidačního stupně kovu
a pokud jej stabilizujeme, můžeme reakci výrazně ovlivnit.
Příklad: Cu(II) + O2
- Cu(I) + O2
Cu(II)
Fe(II)
Antioxidanty tělu vlastní
• Ubichinol (koenzym Q10)
N
H
N
H
N
H
N
H
O
OOH O OH
O
O
O
OH
OH
CH3
CH3
CH3
• Bilirubin
N
H
O
N
H
O
• Melatonin • Kyselina lipoová
S S
OH
O
Vychytává radikály ROO
.
, redukuje tokoferylové radikály.
Vychytává radikály ROO
.
,
odstraňuje singletový kyslík.
Pravděpodobně indukuje
syntézu AO enzymů, např.
glutathionperoxidázy.
Redukuje silné
oxidanty.
• Kyselina močová
• Melanin Steroidní hormony
Oxidací ROS poskytuje allantoin
Brání vzniku ROS
absorpcí UV-záření.
NH
N
H
N
H
N
H
O
O
O
NH2
N
H
N
H
N
H
O
O
O
N
H
O
O
N
H
OH
OH
N
H
OH
OH
N
H
OH
OH
Zejména estradiol –
formování fenoxyl radikálů