В ходе эволюции клеточные системы выработали очень сложные механизмы поддержания окислительно-восстановительного гомеостаза и ликвидации избыточного количества ХАСК, продуцируемого при окислительном стрессе [216]. Живые организмы обладают множеством ферментов, минимизирующих образование НО•. Удаление О2•-обеспечивают ферменты супероксиддисмутазы (SOD),ускоряющие образование Н2О2.В митохондриях клеток млекопитающих присутствует фермент SOD,коферментом которого является марганец (MnSOD). SODс активным медно-цинковым центром (CuZnSOD)в значительных количествах присутствуют в цитозоли [126]. Ферменты SODработают совместно с ферментами, блокирующими Н2O2-(каталазой и глутатионпероксидазой, причем в последней имеется активный селеновый центр).

Важная дополнительная первичная антиокислительная защита - это присутствие транспортных и накапливающих ионы металлов протеинов – трансферрина, лактоферрина, гаптоглобина, церулоплазмина и металлотионеина, которые связывают переходные металлы в формах, ингибирующих катализ О2•- и Н2О2доНО• [197, 73]. Кроме того, важный вклад в антиокислительную защиту вносит ретинол, поддерживающий целостность клеток и тем самым ограничивающий декомпартментализацию каталитически активного железа [126].

Значительное число работ по механизмам антиокислительной защиты ограничено изучением антиоксидантов, прерывающих цепные реакции, – витаминов С и Е, а также каротиноидов (особенно β-каротина). Прерывать свободно-радикальные цепные реакции способны также лютеин и другие каротиноиды, убихинол-30, тиолы и уриновая кислота [72, 189]. В плазматических липидах важнейшим из этих соединений является витамин Е (в виде α-токоферола) (α-ТОН), поскольку он присутствует в концентрациях, по крайней мере в 15 раз более высоких, чем концентрации других соединений. Химия витамина Е довольно сложна, так как существует 8 структурно связанных его форм - 4токоферола (α-, β, γ-, δ-) и 4токотриенола (α-, β, γ-, δ-), которые синтезируются в клеточных оболочках растений из гомогентизиновой кислоты и изопентенилдифосфата. Витамин Е является обязательным компонентом биологических мембран и обладает мембрано-стабилизирующими свойствами. Его молекула крепится к высоко гидрофобной углеводородной части мембранного слоя с помощью изопреноидной цепи [132]. Хромоновое ядро находится на поверхности липопротеина или в мембрано-водном граничном слое, и именно эта фенольная гидроксильная группа блокирует свободные радикалы. В этом положении хромоновое кольцо обладает значительной подвижностью; оно способно блокировать пероксильные радикалы в этом сегменте водно-мембранного граничного слоя и регенерироваться за счет использования антиокислительной способности других растворимых в липидах антиоксидантов (например, убихинолов) и таких водорастворимых восстановителей, как аскорбат, глутатион [89], дигидролипоат и тиоредоксин [154]. Об общих механизмах перекисного окисления липидов и антиокислительной защиты см. обзоры [16, 125, 154].

16.3.1. Антиокислительная способность витамина Е

Антиокислительная способность антиоксидантов, прерывающих цепные реакции, определяется скоростью, с которой они связывают свободные радикалы, легкостью переноса водорода антиоксиданта к свободному радикалу и разницей в стандартных одноэлектронных восстановительных потенциалах [16]. Соединение с более низким восстановительным потенциалом по сравнению со свободным радикалом (пли окисленной формой соединения) может передать атом водорода этому свободному радикалу, если реакция кинетически осуществима (табл. 16.1). Так как пероксильные радикалы (Е0' = +1000 мВ) характеризуются более высоким восстановительным потенциалом, чем α-ТОН (Е0' = + 500 мВ), урат-ион (Е0' = +590 мВ) и аскорбат-ион (Е0' = +282 мВ), это означает, что перенос водорода между любым из этих антиоксидантов и ROO• энергетически осуществим [16, 128]. Если хромоновая фенольная группа α-ТОН блокирует ROO•, то образуется гидропероксид, и в ходе этого процесса возникает α-токофероксильный радикал (α-ТО•):

Формула 16.6 (с. 433).

Константа скорости k3 реакции ингибирования составляет 8 х 104 моль-1с-1 [16] или 2,35 х 106 моль-1с-1 [9], и она значительно выше, чем для других токоферолов и родственных им фенолов. Поскольку константа k2скорости реакции 16.3 продолжения цепи намного меньше k3 и составляет около 102 х моль-1с-1, α-токоферол связывает ROO примерно в 104 раз быстрее, чем RH реагирует с ROO. Концентрация α-ТОН в биологических мембранах составляет примерно 1 моль на 1000-2000 моль фосфолипидов (то есть ~1:103) [20]. Это означает, что α-TOH поглощает почти 90% ROO•, прежде чем они смогут атаковать другие RH [16, 128, 144]. Таким образом, кинетические характеристики антиоксидантов, особенно α-ТОH, позволяют им быть эффективными блокаторами радикалов, присутствуя в биологических системах в относительно малых количествах [16, 128]. Общая антиокислительная способность α-ТОH зависит также от утилизации α-ТО•, образующегося при реакции α-ТОН с липидным ROO•. Благодаря резонансной делокализации радикал α-ТО• довольно стабилен [143], а его низкий окислительный потенциал (Е0'= +500 мВ) снижает вероятность окисления других биомолекул. В биологических системах аскорбат может восстанавливать α-ТО• до α-ТОН с достаточно высокой скоростью (1,5 х 106 моль-1с-1).

Самый распространенный изомер в пищевых продуктах растительного происхождения – кукурузе, сое, пальмовом масле и орехах, особенно в грецких и арахисе, – γ-токоферол. В отличие от него α-токоферол является преобладающей формой витамина Е в мышечных тканях человека и животных [26, 86]. Известно, что добавка γ-токоферола предохраняет α-токоферол от разрушения, и это объясняет, почему добавка γ-токоферола приводит к сохранению содержания α-токоферола в тканях [26], Сообщается, что γ-токоферол проявлял большую антиокислительную способность, чем α-токоферол, в присутствии пероксинитритных (ONOO-) радикалов [210]. γ-Токоферол может действовать как ловушка для мембрано-растворимых электрофильных агентов (например, ХААС), образующих стабильные производные с атомом углерода в центре посредством нуклеофильного С5. Пероксинитрит оказывается заблокированным в γ-токофероле [25] (рис. 16.3). В тканях млекопитающих избыточное образование ХААС (ОNOО-, NO•, NO2•) евязывается с хроническими воспалительными процессами. γ-Токоферол оказывает значительное влияние на здоровье животного и качество мясопродуктов, контролирует образование пероксинитрита во время технологической обработки мяса и помогает улучшить параметры качества пищевого продукта – его вкус, цвет и функциональные свойства [13]. Вместе с тем для объяснения механизма его действия в пищевых продуктах и возможностей предотвращения окисления липидов и повышения стабильности цвета мяса необходимо проведение дальнейших исследований.

16.3.2. Антиокислительная способность аскорбиновой кислоты

Аскорбат-ион – обратимый биологическим восстановитель, обеспечивающий редуцирующие эквиваленты для разнообразных биохимических реакций. Его считают наиболее важным антиоксидантом во внеклеточных водных дисперсиях [183]. В термодинамическом отношении аскорбат-ион находится внизу списка одноэлектронныхвосстановительных потенциалов свободных радикалов (Е0'= +282 мВ, см. табл. 16.1), и поэтому аскорбат представляет собой первую линию защиты против ХАСК и ХААС в плазме крови [14]. Он эффективно утилизирует все окислители с большим одноэлектронным потенциалом (с более высокими значениями Е0'), включая О2•-(k3 = 2,7 х 105 моль-1с-1), HO•(k3 = ~109моль-1c-1), 1O2(k3= 107моль-1с-1), водорастворимые ROO• (k3 = 2 х 108 моль-1c-1), -ОСl и активные соединения серы [14]. В целом аскорбат достаточно химически активен, чтобы эффективно препятствовать действию оксидантов в водной среде, прежде чем они могут атаковать и наносить явный окислительный вред ДНК и липидам.

Аскорбат-ион способен также восстанавливать α-ТОН, снова редуцируя ТО• до его нативного состояния. Аскорбат характеризуется более низким окислительно-восстановительным потенциалом (Е0'= +282 мВ), чем α-ТОН (Е0' = +500 мВ); кроме того, α-ТО• локализуется в мембрано-водном граничном слое, что обеспечивает водорастворимому аскорбату (процесс 16.7) доступ к связанному с мембраной α-ТО•. Тем самым реализуется возможность повторного использования α-токоферола [16, 53, 117]:

Формула 16.7 (c. 435).

Константа скорости k5этой реакции – 1,5 х 106моль-1с-1.

Образующийся полудегидроаскорбиновый радикал (Asс•-) дисмутирует до дегидроаскорбата [16], а затем регенерируется до аскорбата с помощью глутатиона, дигидролипоата, тиоредоксина и других ферментных систем. Этот процесс позволяет «перекачать» радикальную нагрузку из липофильного компартмента в водный, где действует более эффективная ферментативная защита [32].

Являясь эффективным восстановителем, аскорбат способен восстанавливать Fe3+ до Fe2+ и Cu2+ до Сu+, увеличивая прооксидантную активность этих металлов и способствуя образованию НО•, О2•- и Н2О2.Тем самым он инициирует перекисное окисление липидов в биологических системах [17]. Проявление аскорбат-ионами прооксидантных свойств in vivoмаловероятно, поскольку общее количество «свободных» переходных металлов в здоровых млекопитающих весьма незначительно, так как они эффективно связываются белками, транспортирующими и накапливающими ионы металлов.

Антиоксидант «Униконс АнтиОксидин» - новая разработка НПО «Альтернатива».
«АнтиОксидин» легко растворяется в растительных маслах и жиру. Препарат не изменяет органолептические показатели готовых изделий.
По сравнению с некоторыми используемыми для этих целей препаратами (например, аскорбилпальмитатом) «АнтиОксидин» обладает рядом преимуществ. Его можно использовать в молочной сфере, при производстве масложировых продуктов и кондитерских изделий с содержанием жира. «АнтиОксидин» найдет свое применение в мясоколбасном производстве, рыбной отрасли, а также при изготовлении замороженных продуктов, сухих концентратов, чипсов, семечек, снэков и пр.

16.3.3. Прочие антиоксиданты

Антиокислительные свойства каротиноидов обусловлены их уникальной структурой и разветвленной системой двойных связей [188]. Антиоксидантная активность каротиноидов детально рассмотрены в работах [155, 182]. Каротиноиды – наиболее эффективные из встречающихся природе «гасителей» синглетного кислорода. Константы скорости его утилизации каротиноидами (k3порядка 1010 моль-1с-1) даже выше, чем у α-TOН (106 моль-1с-1) [151]. Считается, что β-каротин связывает ROO•, образуя при этом между β-каротином и ROO• комплекс с резонансно-стабилизированной структурой или каротиноидный радикал, что способствует эффективному ингибированию процесса перекисного окисления липидов [19]. Появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что β-каротин оказывает влияние на антиокислительные или прооксидантные механизмы, действующие в биологических системах. Баланс между прооксидантным и антиоксидантным поведением очень хрупок, и антиокислительная способность каротиноидов более явно выражена при низком парциальном давлении кислорода [18, 88]. С другой стороны, при давлении кислорода выше атмосферного и относительно высокой концентрации (> 500 мкМ) β-каротин теряет свою антиокислительную способность и проявляет прооксидантную активность [217, 218]. Анти- и прооксидантные свойства β-каротина рассмотрены в обзорных работах [102, 156], где делается вывод, что антиокислительная способность β-каротина и других каротиноидов может переходить в прооксидантный режим в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала каротиноидов и биологического окружения, в котором они действуют. В ряде исследований продемонстрирован синергический эффект между каротиноидами и токоферолами [135]. Вместе с тем имеются данные, что каротиноиды негативно влияют на абсорбцию и концентрацию α-токоферола в плазме и печени [159].

Флавоноиды представляют собой многофункциональные антиоксиданты и способны предотвращать перекисное окисление липидов путем утилизации ХАСК, липидных пероксильных и алкоксильных радикалов, образования хелатных комплексов с ионами переходных металлов или регенерации α-TOH через восстановление α-ТО• [168]. Тем не менее, антиокислительная роль флавоноидов в мясопродуктах нуждается в дальнейшем изучении.

Образование ХАСК и защитные механизмы животных от окисления мышечных тканей достаточно сбалансированы in vivo, но про- и антиоксидантный баланс можно легко склонить в пользу ХАСК, создав ситуацию окислительного стресса, который может стать причиной повреждения тканей. В качестве примеров неправильного рациона кормления скота можно привести высокое потребление СНЖК. сильно окисленных жиров и недостаточное обеспечение животных питательными веществами, необходимыми для поддержания системы клеточной антиоксидантной защиты [128, 131]. Известно, что потребности живого организма в витамине Ев зависимости от состава жирных кислот в тканях и особенностей рациона могут меняться в пятикратном размере [152]. Пищевые факторы, оказывающие влияние на антиокислительные механизмы и оптимальный про- и антиокислительный баланс, приведены в табл. 16.3 [131].

Таблица 16.3. Пищевые факторы, усиливающие антиокислительную защиту in vivo