Пищевые антиоксиданты. Окисление в биологических системах. Роль кислорода в энергетическом метаболизме

Клетки нашего организма постоянно подвергаются бомбардировке высокореактивными химическими веществами, известными как свободные радикалы. Свободные радикалы являются продуктами нормального метаболизма, но они также образуются при воздействии радиации на организм. Они присутствуют в высокой концентрации в сигаретном дыме. Свободные радикалы могут вызывать повреждение клеточных компонентов, что в конечном итоге может привести к сердечным заболеваниям, раку, артриту и катаракте. Биохимики убедительно доказали, что вещества, называемые антиоксидантами, способны эффективно устранять (или уничтожать) реактивные свободные радикалы в клетках.

Это позволило выдвинуть гипотезу о том, что рацион с высоким содержанием антиоксидантов может защитить нас от развития этих серьезных хронических заболеваний. За последние несколько лет многочисленные эпидемиологические, биохимические и диетологические исследования подтвердили эту гипотезу и побудили диетологов и других специалистов здравоохранения пропагандировать диеты, богатые антиоксидантами. Авторами одного из наиболее широко освещаемых исследований стали Глэдис Блок и ее коллеги из Калифорнийского университета в Беркли.

Они проанализировали около 200 эпидемиологических исследований, посвященных роли фруктов и овощей в риске развития рака. Почти во всех исследованиях высокое потребление фруктов и овощей было связано со снижением риска развития рака. Это согласуется с вышеизложенной гипотезой, поскольку фрукты и овощи являются особенно хорошими источниками антиоксидантов. Однако важно помнить, что другие соединения, содержащиеся в овощах и фруктах, могут влиять на развитие рака, не ингибируя окислительные реакции.

Окисление в биологических системах. Чтобы понять значение антиоксидантов в продуктах питания и принцип их действия, мы должны сначала понять, что такое окисление и почему некоторые формы окисления могут повреждать ключевые компоненты клеток. В этом разделе представлен краткий обзор сложной темы окисления, происходящего в продуктах питания и живых биологических системах. Определения понятий «окисление», «восстановление», «реактивные виды кислорода» и «свободные радикалы» приведены в глоссарии.

A. Роль кислорода в энергетическом метаболизме. Ранняя жизнь на планете Земля развивалась в бескислородной среде, пока на сцене не появились фотосинтезирующие организмы, которые начали вырабатывать молекулярный кислород (O₂). Как только кислород появился в окружающей среде, организмы выработали механизмы использования кислорода для более эффективной генерации АТФ из молекул топлива (например, углеводов и липидов).

АТФ - это высокоэнергетическая молекула, используемая клетками и организмами в качестве основного источника энергии для сокращения мышц, синтеза биомолекул (например, белков, ДНК, фосфолипидов, гормонов) и активного транспорта молекул и ионов в клетки и из клеток.

Большая часть АТФ, образующейся при окислении молекул топлива, генерируется при переходе электронов от NADH и FADH2 к O₂ через ряд переносчиков электронов, составляющих электронно-транспортную цепь в митохондриях. Процесс образования АТФ в результате переноса электронов называется окислительным фосфорилированием. NADH и FADH₂ образуются при гликолизе, окислении жирных кислот и цикле лимонной кислоты. Когда NADH окисляется до NAD+, высвобождаются два электрона для переноса на O₂. Очевидно, что в данном случае окисление включает в себя как потерю электронов, так и потерю водорода.

Система переноса электронов в клетках предназначена для передачи двух электронов каждому атому кислорода, чтобы полученный в результате восстановленный кислород мог соединиться с протонами и образовать безвредную воду: