ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΑ

Ελεύθερες ρίζες και οξειδωτικά στους οργανισμούς

Πολλά βιολογικά φαινόμενα πραγματοποιούνται μέσω οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων, οι οποίες καταλύονται από ένζυμα. Σε ορισμένες, όμως, από τις αντιδράσεις αυτές σχηματίζονται και βλαβερά για τον οργανισμό προϊόντα ή παραπροϊόντα. Τέτοια προϊόντα ή παραπροϊόντα είναι ορισμένες, κυρίως οξυγονούχες, ελεύθερες ρίζες και ορισμένα οξειδωτικά, όπως το υπεροξείδιο του υδρογόνου και το υποχλωριώδες οξύ, ΗClO.

Οι ελεύθερες ρίζες είναι άτομα, μόρια ή ιόντα που διαθέτουν ένα ή περισσότερα μονήρη (μη δεσμικά) ηλεκτρόνια και ως εκ τούτου έχουν μεγάλη τάση να αποσπάσουν ηλεκτρόνια από άλλα μόρια. Η δράση τους, όπως και αυτή των οξειδωτικών, μπορεί να οδηγήσει σε τροποποίηση της δομής των μορίων ή και τη διάσπαση τους. Μπορεί ακόμη να οδηγήσει και στη δημιουργία νέων ελεύθερων ριζών, δίνοντας έτσι το έναυσμα για μια σειρά από (αλυσιδωτές) αντιδράσεις, οι οποίες τερματίζονται, συνήθως, μόνον όταν ενωθούν δύο ελεύθερες ρίζες:

Ανάμεσα στα μόρια με τα οποία αντιδρούν είναι και σημαντικά βιομόρια, όπως το DNA, οι πρωτεΐνες και τα λιπίδια, γεγονός που μπορεί να έχει ιδιαίτερα βλαβερές συνέπειες για τους οργανισμούς.

Η κυριότερη πηγή ελευθέρων ριζών και οξειδωτικών είναι το τρίτο στάδιο της αερόβιας αναπνοής, η οξειδωτική φωσφορυλίωση, όπου ένα μικρό ποσοστό (2-3% ή λιγότερο) του οξυγόνου μετατρέπεται σε ανιόντα υπεροξειδίου (.Ο2-) που με τη σειρά τους σχηματίζουν H2O2, ρίζες υδροξυλίου (.ΟΗ) και άλλες ελεύθερες ρίζες. Άλλες σημαντικές πηγές είναι τα φαγοκύτταρα, τα υπεροξειδιοσώματα και ορισμένες αντιδράσεις, όπως αυτές στις οποίες συμμετέχει το σύστημα του κυτοχρώματος P450 και οι αντιδράσεις, όπου συμμετέχουν ο σίδηρος ή άλλα μεταβατικά μέταλλα. Στο σχηματισμό τους μπορεί επίσης να συμβάλλουν και ορισμένοι εξωγενείς παράγοντες, όπως οι ακτινοβολίες, η ατμοσφαιρική ρύπανση, το κάπνισμα, ορισμένα φάρμακα και ναρκωτικά.

Σχήμα: Μόρια, ιόντα και αντίστοιχες ελεύθερες ρίζες.

Αντιοξειδωτικά

Σε ορισμένες περιπτώσεις, η παραγωγή ελευθέρων ριζών και οξειδωτικών είναι σημαντική για τους οργανισμούς. Για παράδειγμα, οι ελεύθερες ρίζες και τα οξειδωτικά που παράγουν τα φαγοκύτταρα χρησιμεύουν στην καταστροφή των παθογόνων μικροοργανισμών. Ωστόσο, υπάρχει πάντα ένα πλεόνασμά τους, το οποίο μπορεί να αποδειχτεί ιδιαίτερα επιβλαβές, γι’ αυτό και οι οργανισμοί διαθέτουν μια σειρά από μέσα άμυνας απέναντί τους. Αυτά περιλαμβάνουν τόσο ένζυμα όσο και χημικές ουσίες που χαρακτηρίζονται ως  αντιοξειδωτικά.

Τα ένζυμα καταλύουν αντιδράσεις που μετατρέπουν τις ελεύθερες ρίζες και τα οξειδωτικά σε αβλαβή προϊόντα. Τα κυριότερα είναι η δισμουτάση του υπεροξειδίου και η καταλάση, η οποία καταλύει την αυτοοξείδωση του υπεροξειδίου του υδρογόνου προς νερό και οξυγόνο.

Τα αντιοξειδωτικά έχουν την ιδιότητα να ανάγουν τα οξειδωτικά ή να δίνουν ηλεκτρόνια στις ελεύθερες ρίζες, παρεμποδίζοντας έτσι την περαιτέρω δράση τους. Τα πιο σημαντικά είναι η γλουταθειόνη (τριπεπτίδιο), οι βιταμίνες C (ασκορβικό οξύ) και Ε (τοκοφερόλες), το α-λιποϊκό οξύ, το σελήνιο (ιχνοστοιχείο), καθώς και τα β-καροτένια, που απαντώνται κυρίως στα φυτικά κύτταρα.

Η παραγωγή αντιοξειδωτικών και ελευθέρων ριζών στον οργανισμό είναι θεωρητικά σε ισορροπία. Όταν, όμως, εξ αιτίας του τρόπου ζωής ή της γενικότερης κατάστασης του οργανισμού αυξηθεί η παραγωγή τους, δημιουργείται μία κατάσταση που είναι γνωστή ως οξειδωτικό στρες.

Γενικά, τα κύτταρα ανέχονται έναν ορισμένο βαθμό οξειδωτικού στρες και απαντούν τυπικά με αύξηση της σύνθεσης των αντιοξειδωτικών. Η παράταση, όμως, αυτής της κατάστασης μπορεί να συμβάλει στην εκδήλωση διαφόρων ασθενειών, όπως είναι διάφορες καρδιολογικές, πνευμονικές, νευρολογικές ή εκφυλιστικές παθήσεις. Υπάρχει μάλιστα μια θεωρία, που αποδίδει τη γήρανση στην προοδευτική εξασθένιση της ικανότητας του οργανισμού να εξισορροπεί την παραγωγή ελευθέρων ριζών και αντιοξειδωτικών, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση επιβλαβών βιολογικών μεταβολών στα βασικά βιομόρια, καθώς και σε μηχανισμούς μεταβολισμού και λειτουργίας των βασικών οργάνων.

Πολλά υλικά και αγαθά, τα οποία παρασκευάζονται από οργανικές πρώτες ύλες, έχουν, επίσης, την τάση να οξειδώνονται. Η οξείδωσή τους μπορεί να πραγματοποιηθεί με την επίδραση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου, την αυτοοξείδωση συστατικών τους, την επίδραση του φωτός (φωτοοξείδωση) και τη δράση ενζύμων και μικροοργανισμών (βιοοξείδωση). Το φαινόμενο αφορά όχι μόνο στα τρόφιμα, τα οποία είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα, αλλά και σε υλικά, όπως τα λιπαντικά, τα καύσιμα, οι ίνες, τα ελαστομερή ή τα πλαστικά.

Στην περίπτωση αυτή, τα αντιοξειδωτικά είναι (φυσικές ή συνθετικές) ουσίες που προστίθενται κατά τις διαδικασίες παρασκευής και παραγωγής των διαφόρων υλικών και αγαθών ώστε να επιβραδύνουν ή και να παρεμποδίσουν την οξείδωση ή την αυτοοξείδωση των συστατικών τους και να επιμηκύνουν το χρόνο ζωής τους. Τα αντιοξειδωτικά δεν έχουν καμία επίδραση στους μικροοργανισμούς και, επομένως δεν μπορούν να παρεμποδίσουν τη βιοοξείδωση για την πρόληψη ή τον περιορισμό της οποίας χρησιμοποιούνται τα χημικά συντηρητικά.

  ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ, ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ
ΔιχηΝΕΤ 2007