WYBRANE ZWI ZKI ZAWARTE W ROŒLINACH MAJ CE WP YW NA ICH WARTOŒÆ BIOLOGICZN. ANTYOKSYDACYJNE W AŒCIWOŒCI ROŒLIN Maria Leja, Anna Mareczek W ostatnich latach wiele nauk przyrodniczych (biochemia, fizjologia, medycyna, ywienie) poœwiêca znaczn¹ uwagê tematyce zwi¹zanej z powstawaniem, charakterystyk¹ i oddzia³ywaniem na ywy organizm wolnych rodników, a w szczególnoœci aktywnych form tlenu, okreœlanych czêsto jako RFT (reaktywne formy tlenu) lub ROS (ang. reactive oxygen species). Pod pojêciem wolny rodnik nale y rozumieæ atom lub cz¹steczkê posiadaj¹c¹ na orbitalu walencyjnym niesparowany elektron. Ta w³aœciwoœæ powoduje znaczn¹ reaktywnoœæ i zdolnoœæ atakowania ró norodnych sk³adników ywej komórki przez wolny rodnik. Do aktywnych form tlenu nale ¹ zarówno wolne rodniki, jak anionorodnik.. ponadtlenkowy (- ), rodnik wodoronadtlenkowy (H- ), czy rodnik. hydroksylowy (OH ), jak te zwi¹zki nie bêd¹ce w sensie chemicznym wolnymi rodnikami, ale wykazuj¹ce znaczn¹ aktywnoœæ lub ³atwo ulegaj¹ce przekszta³ceniom w wolne rodniki. S¹ to: tlen singletowy ( 1 ), ozon (O 3 ) oraz nadtlenek wodoru (H 2 ). Spoœród wy ej wymienionych rodnik hydroksylowy, który posiada hydrofobowy charakter (brak ³adunku), jest ³atwo transportowany przez lipidowo-bia³kowe b³ony i charakteryzuje siê najwy sz¹ agresywnoœci¹ w stosunku do rozmaitych sk³adników ywej komórki [1]. Aktywne formy tlenu powstaj¹ w ywej komórce podczas normalnych, biochemicznych procesów oksydoredukcji (np. oddychanie, fotosynteza) jako wynik kolejnych stopni redukcji (jedno-, dwu-, trójelektronowej) cz¹steczki tlenu lub mog¹ byæ generowane w wyniku oddzia³ywania ró norodnych, abiotycznych i biotycznych czynników. Do zewnêtrznych czynników wywo³uj¹cych stres oksydacyjny (powstawanie RFT) nale ¹: promieniowanie jonizuj¹ce, promieniowanie UV, ultradÿwiêki, oddzia³ywanie ksenobiotyków (substancji obcych ). W tkankach roœlinnych czêsto obserwuje siê tzw. falê tlenow¹ (ang. oxygen burst) w wyniku stresów œrodowiskowych, takich jak stres wodny (susza lub zalanie), stres zasolenia, stres niskiej temperatury (warunki ch³odowe lub mróz), œwiat³o, oddzia³ywanie metali ciê kich, mechaniczne uszkodzenia, stosowanie pestycydów, inwazja patogenów, a tak e czynniki pozbiorcze, takie jak warunki zbioru, przechowywania i wstêpnej obróbki technologicznej [1]. 15

Reaktywne formy tlenu reaguj¹ ze sk³adnikami organizmów ywych, co mo e mieæ niepo ¹dane, a nawet groÿne skutki. Szczególne niebezpieczne s¹ reakcje aktywnych form tlenu z podstawowymi strukturami komórki, jak bia³ka, b³ony lipidowo-bia³kowe i kwasy nukleinowe. Zmiany spowodowane przez RFT w cz¹steczkach bia³ek, zw³aszcza enzymatycznych (modyfikacja aminokwasów, utlenienie grup SH, destrukcja struktur wy szych rzêdów), mog¹ prowadziæ do daleko id¹cych zaburzeñ metabolicznych. Peroksydacja lipidów wchodz¹cych w sk³ad b³on komórkowych jest szczególnie groÿna ze wzglêdu na ³añcuchowy charakter reakcji (nadtlenkowe rodniki kwasów t³uszczowych inicjuj¹ nastêpne reakcje peroksydacji) i prowadzi do daleko id¹cych zmian przepuszczalnoœci b³on biologicznych, polegaj¹cych na obni eniu ich hydrofobowoœci, wzroœcie przepuszczalnoœci dla H +, depolaryzacji b³ony i inhibicji b³onowych uk³adów enzymatycznych. Ze wzglêdu na pe³nione funkcje zwi¹zane z przekazywaniem informacji genetycznej, kwasy nukleinowe s¹ stosunkowo odporne na RFT i mog¹ byæ atakowane tylko przez rodnik hydroksylowy, co prowadzi do zniszczenia zasad azotowych, rybozy b¹dÿ dezoksyrybozy, a tak e rozerwania wi¹zañ fosfodiestrowych [1]. Tkanki roœlinne posiadaj¹ sprawnie funkcjonuj¹cy system obrony przed aktywnymi formami tlenu, polegaj¹cy na dzia³aniu enzymów neutralizuj¹cych RFT (dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydaza) oraz na interakcji z antyoksydantami. Do tych ostatnich zalicza siê kwas askorbinowy, zwi¹zki z grupy terpenoidów (karotenoidy, tokoferole), a przede wszystkim ró norodne polifenole. Enzym dysmutaza ponadtlenkowa, obecny w cytoplazmie, mitochondriach i chloroplastach przekszta³ca, w reakcji dysproporcjonowania, anionorodnik ponadtlenkowy w cz¹steczkê nadtlenku wodoru: -. -. + + 2H + g H 2 + Z kolei cz¹steczka nadtlenku wodoru, nale ¹ca do RFT, zostaje roz³o ona przez katalazê, enzym charakterystyczny dla peroksysomów: 2H 2 g 2H 2 O + lub uk³ad peroksydaz (peroksydaza askorbinianowa, peroksydaza glutationowa) wystêpuj¹cy zarówno we frakcji rozpuszczalnej, jak te zwi¹zany z b³onowymi strukturami i œcian¹ komórkow¹: H 2 + AH 2 g 2H 2 O + A Powy sze enzymy, nazywane czêsto enzymatyczn¹ triad¹, stanowi¹ g³ówny uk³ad zabezpieczaj¹cy komórkê przed aktywnymi formami tlenu [1]. Drobnocz¹steczkowe antyoksydanty reaguj¹ bezpoœrednio z reaktywnymi formami tlenu lub z poœrednimi metabolitami reakcji oksydoredukcji, nie 16

dopuszczaj¹c do powstawania RFT. Zwi¹zki te s¹ mniej specyficzne ni enzymy i st¹d s¹ zaliczane do obroñców uniwersalnych, aktywnych zarówno w fazie hydrofilowej (kwas askorbinowy), jak te hydrofobowej (tokoferole, karotenoidy). Zwi¹zki fenolowe, w zale noœci od budowy, mog¹ przejawiaæ aktywnoœæ antyoksydacyjn¹ w obu fazach. Kwas askorbinowy, znany od dawna jako czynnik przeciwszkorbutowy (witamina C), posiada wysokie redukuj¹ce w³aœciwoœci, warunkuj¹ce antyoksydacyjn¹ aktywnoœæ tego zwi¹zku w reakcji z anionorodnikiem ponadtlenkowym, nadtlenkiem wodoru, tlenem singletowym, rodnikiem hydroksylowym i innymi rodnikami nadtlenkowymi. Bogatym Ÿród³em kwasu askorbinowego (tab.1) s¹ owoce i warzywa [2]. Tabela 1. Zawartoœæ witaminy C w wybranych produktach spo ywczych 5RG]DMSUR 3RU]HF]NLF].LZL 7UXVNDZNL *UHMSIUXW &\WU\Q\ $JUHVW G³ównym hydrofobowym antyoksydantem jest witamina E, stanowi¹ca mieszaninê 4 tokoferoli i 4 tokotrienoli. Zwi¹zki te uczestnicz¹ przede wszystkim w reakcjach zmiatania organicznych wolnych rodników, hamuj¹c peroksydacjê lipidów [2]. Wystêpowanie witaminy E przedstawiono w tabeli 2. 17

Karotenoidy (antyoksydanty hydrofobowe) maj¹ zdolnoœæ wi¹zania wolnych rodników tlenowych na skutek posiadania sprzê onych wi¹zañ podwójnych. Reaguj¹ tak e z tlenem singletowym oraz rodnikami organicznymi, powsta³ymi w wyniku peroksydacji lipidów. Do najbardziej efektywnych karotenoidów nale ¹ beta-karoten i wystêpuj¹cy w owocach pomidora likopen. Zgodnie z wynikami zamieszczonymi w tabeli 3, zwi¹zki te wystêpuj¹ obficie w marchwi, warzywach zielonych i niektórych owocach [2]. Tabela 2. Zawartoœæ witaminy E w wybranych produktach roœlinnych 5RG]DMSURGXNWX *URFK 0DUFKHZ 0LJGDá\ 2OHMNXNXU\G]LDQ\ 2OHMU]HSDNRZ\ 2U]HFK\ZáRVNLH 2 K L Tabela 3. Zawartoœæ ß-karotenu w wybranych produktach roœlinnych 5RG]DMSURGXNWX 0DUFKHZ 3LHWUXV]NDOL FLH -DUPX 6]SLQDN 3DSU\ND 0RUHOH 18

Badania ostatnich lat, dotycz¹ce mechanizmu antyoksydacyjnego dzia³ania polifenoli, pozwoli³y znaleÿæ zale noœæ pomiêdzy ich budow¹, a zdolnoœci¹ zmiatania RFT. Do najbardziej aktywnych zaliczono antocyjanidyny i flawonoidy, posiadaj¹ce liczne grupy OH w tzw. pierœcieniu B. Do aktywnych przeciwutleniaczy nale ¹ tak e fenylopropanoidy [3]. Wymienione sk³adniki wystêpuj¹ w tkankach wszystkich warzyw i owoców: owoce jagodowe s¹ obfitym Ÿród³em antocyjanidyn [4], w jab³kach wystêpuj¹ liczne flawonoidy [5], fenole z grupy fenylopropanoidów s¹ charakterystyczne dla warzyw liœciowych i korzeniowych (kapusta, broku³, marchew). Wysok¹ aktywnoœci¹ antyoksydacyjn¹, spowodowan¹ obecnoœci¹ ró norodnych sk³adników fenolowych, charakteryzuj¹ siê liœcie herbat, roœliny przyprawowe i lecznicze (zio³a) [6] a tak e niektóre produkty pasieczne [7]. Aktywnoœæ antyoksydacyjna roœlin mo e byæ wyra ona nie tylko jako zawartoœæ przeciwutleniaczy oznaczona w tkance, czy aktywnoœæ antyoksydacyjnych enzymów, ale równie jako zdolnoœæ zmiatania wolnych rodników (ang. RSA: radical scavenging activity), zdolnoœæ hamowania peroksydacji lipidów, czy zdolnoœæ inhibicji destrukcyjnego dzia³ania konkretnej formy RFT (np. rodnika hydroksylowego). W tabeli 4 przedstawiono wartoœci RSA dla wybranych ró nych obiektów roœlinnych (badania w³asne autorów). Tabela 4. Neutralizacja wolnego rodnika (DPPH) przez materia³ roœlinny 5RG]DMSURGXNWX %URNXá\ -DEáNDVNyUND.DSXVWDF]HUZRQD.DSXVWDELDáDJáRZLDVWD 3DSU\ND 3áDWNLUy \FXNURZHM 2UHJDQRLLQQH]LRáD Wysoka zawartoœæ sk³adników o w³aœciwoœciach antyoksydacyjnych, wystêpuj¹ca w roœlinach, w du ym stopniu decyduje o ich znacz¹cej roli w prewencji chorób cywilizacyjnych [8]. Wymienione wy ej zwi¹zki (poza 19

enzymami), nie s¹ syntetyzowane w organizmie ludzkim, wiêc dostarczanie ich w diecie ma istotne znaczenie w reakcjach obronnych przeciw wolnym rodnikom, które s¹ uznawane za czynniki wywo³uj¹ce schorzenia kardiologiczne czy onkologiczne. Syntetyczne witaminy nie zast¹pi¹ tych, które wystêpuj¹ w naturze. Tabletki z witaminami u ywane w nadmiarze mog¹ szkodziæ. Zatem najrozs¹dniejszym przes³aniem, jakie mo na skierowaæ do szerokiej opinii publicznej, jest zalecenie korzystania z antyoksydantów zawartych w naturalnych surowcach roœlinnych, a wiêc miêdzy innymi w warzywach czy owocach. Dieta bogata w produkty roœlinne, które tak e mog¹ zawieraæ sk³adniki wywieraj¹ce dzia³anie synergistyczne z antyoksydantami, potêguje ich dobroczynny wp³yw na organizm ludzki. Piœmiennictwo [1]Bartosz G., 2003. Druga twarz tlenu. PWN. [2]Moszczyñski P., Pyæ R., 1998. Biochemia witamin, cz. II. PWN. [3]Foti M., Piatelli M., Baratta M.T., Ruberto G., 1996. Flavonids, coumarins, and cinnamic acids as antioxidants in a micellar system. Structure-activity relationship. J. Agric. Food Chem., 44: 497-501. [4]Kalt W., Forney C.F., Martin A., Prior R., 1999. Antioxidant capacity, vitamin C, phenolics and anthocyanins after fresh storage of small fruits. J. Agric. Food Chem., 47: 4638-4644. [5]Leja M., Mareczek A., Ben J., 2003. Antioxidant properties of two apple cultivars during long-term storage. Food Chemistry, 80: 303-307. [6]Kakhonen M.P., Hopia A.I., Vuorela H.J., Raucha J.P., Pihlaja K., Kujala T.S., Heinonen M., 1999. Antioxidant activity of plant extracts containing phenolic compounds. J. Agric. Food Chem., 47: 3954-3962. [7] Nagai T., Sakai M., Inoue R., Inoue H., Suzuki N., 2001. Antioxidative activities of some commercially honeys, royal jelly, and propolis. Food Chem., 75: 237-240. [8]Tran T.L., 2001. Antioxidant suplements to prevent heart disease. Postgraduate Medicine, 109/1: 109-111. prof. dr hab. Maria Leja dr Anna Mareczek Katedra Fizjologii Roœlin Wydzia³ Ogrodniczy AR w Krakowie Al. 29 Listopada 54, 31-425 Kraków e-mail: mleja@bratek.ogr.ar.krakow.pl 20