Stress oxy hóa và các chất oxy hóa

Tạp chí Khoa học và Phát triển 2009: Tập 7, số 5: 667 - 677 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

667

STRESS OXI HãA Vμ ÇC CHÊT CHèNG OXI HãA Tù NHI£N

Oxidative Stress and Natural Antioxidants

Lại Thị Ngọc Hà, Vũ Thị Thư

Khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Địa chỉ email tác giả liên lạc: [email protected]

TÓM TẮT Sự tạo các chất hoạt động chứa oxi và nitơ (ROS và RNS) là quá trình tất yếu ở mọi cơ thể sống.

Tuy nhiên sự mất cân bằng trong việc tạo các hợp chất này và sự hoạt động của các chất chống oxi hóa gây nên stress oxi hóa và nhiều bệnh nguy hiểm. Việc tăng cường sử dụng các chất chống oxi hóa tự nhiên như các hợp chất phenol, vitamine C, E, các carotenoid có nhiều trong rau quả giúp ngăn ngừa sự xuất hiện stress oxi hóa. Cơ chế chống oxi hóa của các chất chống oxi hóa được trình bày cụ thể trong bài viết này.

Từ khóa: Chất chống oxi hóa, carotenoid, các hợp chất phenol, gốc tự do, stress oxi hóa, vitamine C, E.

SUMMARY

ROS (Reactive oxygen species) and RNS (Reactive nitrogen species) production is an unavoidable process in any living body. However, imbalance between ROS and RNS production and actions of antioxidants cause oxidative stress and many dangerous diseases. Consumption of fruits and vegetables rich in natural antioxidants (phenolic compounds, vitamin E, vitamin C and carrotenoids) can help prevent the oxidative stress. The action mechanisms of these natural antioxidants are presented in this paper.

Key words: Antioxidants, carotenoids, free radicals, oxidative stress, phenolic compounds, vitamin E, vitamin C.

§ÆT VÊN §Ò

Trong kho¶ng hai thËp niªn gÇn ®©y, giíi khoa häc nãi riªng vμ x· héi nãi chung giμnh sù quan t©m ®Æc biÖt cho çc “gèc tù do”, “stress oxi hãa” vμ çc “chÊt chèng oxi hãa”. “Stress oxi hãa” lμ hiÖn t−îng xuÊt hiÖn trong c¬ thÓ sinh vËt khi cã sù mÊt c©n b»ng gi÷a viÖc s¶n xuÊt çc gèc tù do vμ ho¹t ®éng cña çc chÊt chèng oxi hãa. HiÖn t−îng nμy lμ nguyªn nh©n cña rÊt nhiÒu bÖnh nguy hiÓm trong ®ã cã ung th−, çc bÖnh tim m¹ch, çc bÖnh suy gi¶m hÖ thÇn kinh (Alzheimer, Parkinson) vμ l·o hãa sím

(Favier, 2003; GardÌs - Albert & cs., 2003; Pincemail & cs., 1998; Fouad, 2006; Edeas, 2006). KÕt qu¶ cña nhiÒu nghiªn cøu cho thÊy cã mét mèi liªn hÖ nghÞch gi÷a kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn çc c¨n bÖnh trªn vμ chÕ ®é ¨n giμu rau qu¶ (Ziegler, 1991; Genkiger & cs., 2004). Gi¶i thÝch hîp lý cho mèi liªn hÖ nghÞch nμy lμ sù cã mÆt cña çc chÊt chèng oxi hãa tù nhiªn cã trong rau qu¶.

§Ó hiÓu râ h¬n lý gi¶i trªn, bμi viÕt nμy tæng hîp s¬ l−îc vÒ çc “gèc tù do”, “chÊt chèng oxi hãa” còng nh− vai trß, c¬ chÕ ho¹t ®éng cña chóng trong c¬ thÓ.

Stress oxi hóa và các chất chống oxi hóa tự nhiên

668

1. Çc ROS vμ RNS

Çc “gèc tù do” hay nãi chÝnh x¸c h¬n lμ çc chÊt ho¹t ®éng chøa oxi vμ nit¬ (Reactive Oxygen Species - ROS vμ Reactive Nitrogen Species - RNS) lμ çc dÉn xuÊt d¹ng khö cña oxi vμ nit¬ ph©n tö. Chóng ®−îc chia thμnh hai nhãm lín lμ çc “gèc tù do” vμ çc dÉn xuÊt kh«ng ph¶i gèc tù do (B¶ng 1). Çc “gèc tù do” lμ çc ph©n tö hoÆc nguyªn tö cã mét hoÆc nhiÒu ®iÖn tö ®éc th©n. Çc dÉn xuÊt kh«ng ph¶i gèc tù do nh− oxi ®¬n, hydroperoxide, nitroperoxide lμ tiÒn chÊt cña çc gèc tù do. Çc ROS vμ RNS ph¶n øng rÊt nhanh víi çc ph©n tö quanh nã do ®ã g©y tæn th−¬ng vμ lμm thay ®æi gi¸ trÞ sinh häc cña çc ®¹i ph©n tö sinh häc nh− DNA, protein, lipid (Proctor, 1989; Favier, 2003; Pincemail & cs., 1998; Minn, 2005; Fouad, 2006).

Çc ROS vμ RNS ®−îc t¹o ra mét çch tÊt yÕu trong qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt vμ tïy thuéc vμo nång ®é mμ chóng cã t¸c ®éng tèt hoÆc xÊu ®Õn c¬ thÓ. ë nång ®é thÊp, çc ROS vμ RNS lμ çc tÝn hiÖu lμm nhiÖm vô (1) ®iÒu hßa ph©n ly tÕ bμo (apoptosis); (2) kÝch ho¹t çc yÕu tè phiªn m· (NFkB, p38-MAP kinase,…) cho çc gen tham gia qu¸ tr×nh miÔn dÞch, kh¸ng viªm; (3) ®iÒu hßa biÓu hiÖn çc gen m· hãa cho çc enzyme chèng oxi hãa (Favier, 2003; Pincemail & cs., 1998; Pincemail, 2006). ë nång ®é cao, çc ROS vμ RNS oxi hãa çc ®¹i ph©n tö sinh häc g©y nªn: (1) ®ét biÕn ë DNA; (2) biÕn tÝnh

protein; (3) oxi hãa lipid (Favier, 2003; Pincemail & cs., 1998).

Sù ph¸ hñy çc ®¹i ph©n tö sinh häc bëi ROS vμ RNS lμ nguyªn nh©n cña rÊt nhiÒu bÖnh nguy hiÓm. Sù oxi hãa çc Low Density Lipoprotein (LDL) dÉn ®Õn sù h×nh thμnh çc v¹ch lipid trªn thμnh m¹ch m¸u, giai ®o¹n ®Çu tiªn cña bÖnh huyÕt ¸p cao vμ nhiÒu bÖnh tim m¹ch. Çc ROS vμ RNS tÊn c«ng phospholipide mμng tÕ bμo lμm thay ®æi tÝnh mÒm dÎo cña mμng, thay ®æi rÊt chøc n¨ng cña nhiÒu thô thÓ trªn mμng do ®ã ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh thÈm thÊu cña mμng còng nh− viÖc trao ®æi th«ng tin gi÷a tÕ bμo vμ m«i tr−êng. Sù oxi hãa çc DNA bëi çc ROS vμ RNS g©y nªn biÕn dÞ di truyÒn lμ mét trong nh÷ng nguy c¬ ph¸t triÓn ung th−. NhiÒu enzyme vμ protein vËn chuyÓn còng bÞ oxi hãa vμ v« ho¹t bëi çc ROS vμ RNS (Favier, 2003; GardÌs-Albert & cs., 2003; Pincemail & cs., 1998; Fouad, 2006). Sù tÝch lòy çc s¶n phÈm cña sù oxi hãa çc cÊu tö tÕ bμo g©y nªn hiÖn t−îng l·o hãa sím (Minn, 2005; Pincemail, 2006). Çc ROS vμ RNS còng tham gia vμo qu¸ tr×nh g©y çc bÖnh suy gi¶m hÖ thÇn kinh nh− Alzheimer, trong ®ã hiÖn t−îng chÕt cña çc tÕ bμo thÇn kinh g¾n liÒn víi hiÖn t−îng ph©n ly tÕ bμo g©y nªn bëi çc ROS vμ RNS (GardÌs-Albert & cs., 2003).

§Ó b¶o vÖ c¬ thÓ khái t¸c ®éng xÊu cña çc ROS vμ RNS, tÕ bμo ®−îc trang bÞ mét hÖ thèng b¶o vÖ bao gåm çc chÊt chèng oxi hãa.

B¶ng 1. Çc ROS vμ RNS trong c¬ thÓ sinh häc (Fouad, 2006)

ROS/RNS

O2° - Gốc superoxyde

°OH Gốc hydroxyl

ROO° Gốc peroxyde

H2O2 Hydrogenperoxide 1O2 Oxi đơn

NO° Oxide nitrice

ONOO- Peroxynitrite

HOCl Acid hypochlorique


669

2. Çc chÊt chèng oxi ho¸ Çc chÊt chèng oxi hãa lμ çc hîp chÊt

cã kh¶ n¨ng lμm chËm l¹i, ng¨n c¶n hoÆc ®¶o ng−îc qu¸ tr×nh oxi hãa çc hîp chÊt cã trong tÕ bμo cña c¬ thÓ (Jovanovic vμ Simic, 2000; Lachman & cs., 2000; Singh vμ Rajini, 2004). Dùa trªn nguyªn t¾c ho¹t ®éng, çc chÊt chèng oxi hãa ®−îc ph©n thμnh hai lo¹i: çc chÊt chèng oxi hãa bËc mét vμ çc chÊt chèng oxi hãa bËc hai. Çc chÊt chèng oxi hãa bËc mét khö hoÆc kÕt hîp víi çc gèc tù do do ®ã k×m h·m pha khëi ph¸t hoÆc bÎ g·y d©y chuyÒn ph¶n øng cña qu¸ tr×nh oxi hãa. Çc chÊt chèng oxi hãa bËc hai k×m h·m sù t¹o thμnh çc gèc tù do (hÊp thô çc tia cùc tÝm; t¹o phøc víi çc kim lo¹i kÝch ho¹t sù t¹o gèc tù do nh− Cu, Fe; v« ho¹t oxi ®¬n) (Singh vμ Rajini, 2004; Rolland, 2004). C¬ chÕ ho¹t ®éng tãm t¾t cña çc chÊt chèng oxi hãa ®−îc giíi thiÖu trong b¶ng 2.

HÖ thèng çc chÊt chèng oxi hãa cña c¬ thÓ ng−êi ®−îc cung cÊp bëi hai nguån: bªn trong vμ bªn ngoμi. Çc chÊt chèng oxi hãa bªn trong bao gåm çc protein (ferritine, transferrine, albumine, protein sèc nhiÖt) vμ çc enzyme chèng oxi hãa (superoxyde dismutase, glutathion peroxydase, catalase). Çc chÊt chèng oxi hãa bªn ngoμi lμ çc cÊu tö nhá ®−îc ®−a vμo c¬ thÓ qua con ®−êng thøc ¨n bao gåm vitamine E, vitamine C, çc carotenoid vμ çc hîp chÊt phenolic (Niki & cs., 1995; Lachman & cs., 2000; Pincemail & cs., 1998; Vansant & cs., 2004). Çc chÊt nμy cã nhiÒu trong rau vμ qu¶. Chóng ®−îc coi lμ çc chÊt chèng oxi hãa tù nhiªn. ViÖc sö dông nhiÒu rau qu¶ lμ con ®−êng ®¬n gi¶n vμ h÷u hiÖu nhÊt ®Ó t¨ng c−êng ho¹t ®éng cña hÖ thèng chèng oxi hãa vμ ng¨n ngõa çc bÖnh cã nguån gèc stress oxi hãa. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cô thÓ cña çc chÊt chèng oxi hãa tù nhiªn ®−îc giíi thiÖu ë phÇn sau.

3. C¬ chÕ ho¹t ®éng cña çc chÊt chèng oxi ho¸ tù nhiªn

3.1. Çc chÊt chèng oxi hãa hßa tan trong n−íc

3.1.1. Çc hîp chÊt phenol Çc hîp chÊt phenol lμ mét trong çc

nhãm s¶n phÈm trao ®æi chÊt bËc hai chñ yÕu cña thùc vËt, rÊt ®a ®¹ng vÒ cÊu tróc vμ chøc n¨ng. ë thùc vËt, çc hîp chÊt phenol t¹o mμu cho thùc vËt (anthocyanin); b¶o vÖ thùc vËt tr−íc tia cùc tÝm, chèng l¹i sù oxi hãa; lμ hîp chÊt tÝn hiÖu cho sù céng sinh gi÷a thùc vËt vμ vi khuÈn nèt sÇn; b¶o vÖ thùc vËt tr−íc sù tÊn c«ng cña vi sinh vËt g©y h¹i (nh− vi khuÈn g©y thèi rÔ ë khoai t©y); lμ vËt liÖu gãp phÇn vμo ®é bÒn chøc cña thùc vËt vμ sù thÊm cña thμnh tÕ bμo ®èi víi n−íc vμ khÝ (Chirinos & cs., 2007; Al-Saikhan & cs., 1995). §èi víi çc thùc phÈm, çc hîp chÊt phenol lμ nh÷ng chÊt ho¹t ®éng gi÷ vai trß chñ ®¹o quyÕt ®Þnh h−¬ng vÞ cña nhiÒu lo¹i s¶n phÈm cã nguån gèc tõ thùc vËt. Chóng ¶nh h−ëng ®Õn mμu s¾c vμ vÞ cña hÇu hÕt çc s¶n phÈm thùc phÈm vμ ë mét møc ®é nhÊt ®Þnh chóng tham gia vμo çc qu¸ tr×nh t¹o ra çc cÊu tö th¬m míi t¹o nªn h×nh th¬m ®Æc biÖt cho s¶n phÈm (Lª Ngäc Tó, 2003). VÒ mÆt y häc, viÖc sö dông çc thùc phÈm giμu çc hîp chÊt phenol nh− trμ, r−îu vang ®á ®−îc chøng minh lμ cã lîi cho søc kháe. T¸c dông tèt nμy cã ®−îc lμ do kh¶ n¨ng kh¸ng oxi hãa cña çc hîp chÊt phenol.

Çc hîp chÊt phenol rÊt ®a d¹ng vÒ cÊu tróc. Tïy vμo cÊu t¹o m¹ch carbon mμ çc hîp chÊt phenol ®−îc ph©n thμnh phenol ®¬n gi¶n (C6), acid phenolic, flavonoid (C6-C3-C6), stilbene (C6-C2-C6) vμ lignine (C6-C2)n

(Scalbert vμ Wiliamson, 2000). §Õn l−ît m×nh, cÊu tróc cña çc hîp chÊt phenol l¹i quyÕt ®Þnh c¬ chÕ ho¹t ®éng chèng oxi hãa.

Çc c¬ chÕ chèng oxi hãa cña çc hîp chÊt phenol nh− sau:

• Khö vμ v« ho¹t çc gèc tù do nhê thÕ oxi hãa khö thÊp

• T¹o phøc víi çc ion Fe2+ vμ Cu+ • K×m h·m ho¹t ®éng cña çc enzyme cã

kh¶ n¨ng t¹o çc gèc tù do nh− xanthine oxidase.


670

B¶ng 2. C¬ chÕ ho¹t ®éng cña çc chÊt chèng oxi hãa (Shi vμ Noguchi, 2001)

1. Các chất chống oxi hóa bậc 1: vô hoạt các gốc tự do Khử các gốc tự do L° + AH → LH + A° LOO° + AH → LOOH + A° LO° + AH → LOH + A° Tạo hợp chất với các gốc tự do A° + LOO° → LOOA A° + LO° → LOA 2. Các chất chống oxi hóa bậc hai: ngăn chặn sự tạo các gốc tự do 2.1. Phân giải hydroperoxide và hydrogen peroxide

Catalase Phân giải hydrogen peroxide 2 H2O2 → 2 H2O + O2

Glutathion peroxydase (tế bào)

Phân giải hydrogen peroxide và hydroperoxide của acid béo tự do 2 H2O2 + 2 GSH → 2 H2O + GSSG LOOH + 2 GSH → LOH + H2O + GSSG

Glutathion peroxydase (huyết tương)

Phân giải hydrogen peroxide và hydroperoxide của phospholipide 2 H2O2 + 2 GSH → 2 H2O + GSSG PLOOH + 2 GSH → PLOH + H2O + GSSG

Peroxydase Phân giải hydrogen peroxide và hydroperoxide của chất béo LOOH + AH2 → LOH + 2 H2O + A H2O2 + AH2 → 2 H2O + A

2.2. Tạo phức với kim loại gây phản ứng Fenton và Haber-Weiss Transferrin, lactoferrin Tạo phức với Fe Ceruloplassmin, albumin Tạo phức với Cu 2.3. Vô hoạt oxi đơn và ion superoxid Carotenoid Vô hoạt oxi đơn

Superoxide dimutase Biến đổi ion superoxide 2 O°-

2 + 2 H+ → 2 H2O + O2

Çc hîp chÊt flavonoid (Fl-OH) nhê thÕ oxi hãa khö thÊp cã thÓ khö çc gèc tù do nh− peroxyl, alkoxyle vμ hydroxyle b»ng çch nh−êng nguyªn tö hydro (Jovanovic vμ Simic, 2000).

Fl-OH + R → Fl-O + RH (Víi R lμ gèc tù do)

Gèc flavonoid tù do (Fl-O) sau ®ã l¹i kÕt hîp víi mét gèc tù do kh¸c ®Ó t¹o thμnh hîp chÊt bÒn (H×nh 1).

H×nh 1. V« ho¹t gèc tù do bëi flavonoid (Nicole, 2001; Marfak, 2003)

S¾t vμ ®ång lμ nh÷ng kim lo¹i ®¶m nhËn nh÷ng vai trß sinh lý nhÊt ®Þnh trong c¬ thÓ nh− tham gia vËn chuyÓn oxi (hemoglobin), cofactor cña nhiÒu enzyme (Fe ®èi víi catalase, Cu ®èi víi superoxyde dismutase). Tuy nhiªn, çc kim lo¹i nμy cã

thÓ tham gia ph¶n øng Fenton vμ Haber-Weiss ®Ó t¹o nªn çc gèc tù do (Favier, 2003; GardÌs - Albert & cs., 2003). Çc flavonoid cã kh¶ n¨ng t¹o phøc víi çc kim lo¹i nμy vμ h¹n chÕ t¸c dông xÊu cña chóng (H×nh 2).


671

Fe3+ + O2-° → Fe2+ + O2

H2O2 + Fe2+(Cu+) → °OH + OH- + Fe3+(Cu2+)

O2-° + H2O2 → °OH + OH- + O2

Phản ứng Fenton

Phản ứng Haber-Weiss

H×nh 2. C¬ chÕ t¹o phøc gi÷a çc flavonoid vμ çc ion kim lo¹i (Men+)

(Nicole, 2001; Marfak, 2003)

H×nh 3. Sù gièng nhau vÒ cÊu tróc cña flavonoid vμ xanthine (Nicole, 2001)

H×nh 4. Çc vïng cÊu tróc ®¶m b¶o kh¶ n¨ng chèng oxi hãa cña polyphenol (Amic & cs., 2003)


672

Ho¹t ®éng cña xanthine oxidase còng lμ mét nguån t¹o çc gèc tù do. Khi cã mÆt cña oxi, enzyme nμy xóc t¸c sù oxi hãa xanthine thμnh acid uric, ph©n tö oxi nhËn ®iÖn tö vμ trë thμnh ion superoxide. Xanthine + 2O2 + H2O Acide uric + 2O2

- + 2H+

Çc flavonoid cã cÊu t¹o vßng A gièng nh− vßng purin cña xanthine ®−îc coi nh− chÊt k×m h·m c¹nh tranh cña xanthine oxidase do ®ã ng¨n ngõa sù t¹o ion superoxide (Nicole, 2001).

Kh¶ n¨ng chèng oxi hãa cña çc hîp chÊt phenol phô thuéc chÆt chÏ vμo ®Æc ®iÓm cÊu t¹o cña chóng. Çc bé phËn ®¶m nhiÖm chøc n¨ng chèng oxi hãa cña phenol ®−îc giíi thiÖu ë h×nh 4 (Nicole, 2001; Amic & cs., 2003). §ã lμ:

• Çc nhãm hydroxyl ë d¹ng ortho cña vßng B cã kh¶ n¨ng cho ®iÖn tö.

• Liªn kÕt ®«i gi÷a C2 vμ C3 vμ nhãm ceton ë C4 ®¶m b¶o viÖc ph©n bè ®iÖn l¹i ®iÖn tö cho vßng B.

• Çc nhãm hydroxyl ë C3 vμ C5 cïng víi nhãm ceton ë C4 ®¶m b¶o kh¶ n¨ng t¹o phøc

víi kim lo¹i.

3.1.2. Vitamine C

Vitamine C cã kh¶ n¨ng v« ho¹t çc gèc tù do rÊt tèt do nã cã thÓ chuyÓn cho çc gèc tù do hai nguyªn tö hydro cña nã vμ khi ®ã nã trë thμnh dehydroascorbic acid (H×nh 5) (Pincemail & cs., 1998; Pincemail, 2006).

Ngoμi kh¶ n¨ng v« ho¹t trùc tiÕp çc gèc tù do, vitamine C cßn cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng hiÖp lùc víi çc chÊt chèng oxi hãa kh¸c trong c¬ thÓ nh− vitamine E, carotenoid vμ flavonoid. Khi cã sù tiÕp xóc gi÷a vitamine E vμ gèc tù do peroxide cña acid bÐo, vitamine E chuyÓn ®iÖn tö cña nã cho gèc tù do nh−ng ®ång thêi nã trë thμnh gèc tù do tocopheryl (vitamine E ë d¹ng oxi hãa). Vitamine C tiÕn hμnh khö gèc tocopheryl thμnh vitamine E nguyªn d¹ng, s½n sμng v« ho¹t çc gèc tù do peroxide míi. Çc carotenoid vμ çc flavonoid khi v« ho¹t çc gèc tù do còng ®−îc hoμn nguyªn víi c¬ chÕ t−¬ng tù bëi vitamine C. §iÒu nμy gãp phÇn h¹n chÕ sù tù kÝch ho¹t oxi hãa (pro-oxydante) cña çc gèc vitamine E vμ flavonoid (Burke & cs., 2001; Jovanovic vμ Simic, 2000).

H×nh 5. Khö çc gèc tù do bëi vitamine C

3.2. Çc chÊt chèng oxi hãa hßa tan trong chÊt bÐo

3.2.1. Çc carotenoid

Carotenoid lμ çc hîp chÊt mμu h÷u c¬ cã trong thùc vËt vμ mét sè sinh vËt cã kh¶

n¨ng quang hîp. Chóng ®em l¹i mμu vμng ®Õn ®á cho thùc vËt ®ång thêi tham gia qu¸ tr×nh quang hîp víi vai trß lμ s¾c tè phô. VÒ mÆt cÊu t¹o, çc carotenoid th−êng chøa mét m¹ch carbon dμi (35 - 40 carbon) mang nhiÒu nèi ®«i, kÕt thóc bëi mét cÊu tróc vßng

Xanthine oxidase


673

hoÆc kh«ng ; tïy thuéc vμo sù cã mÆt hay kh«ng cña nhãm hydroxyl ë cÊu tróc vßng mμ çc carotenoid ®−îc chia thμnh caroten vμ xanthophylle (H×nh 6). §èi víi con ng−êi, çc carotenoid lμ çc chÊt chèng oxi hãa quan träng v× nã cã mÆt trong rÊt nhiÒu lo¹i thùc phÈm ®ång thêi nã cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng trong m«i tr−êng chÊt bÐo lμ n¬i rÊt dÔ x¶y ra sù oxi hãa vμ g©y hËu qu¶ nghiªm träng (mμng tÕ bμo).

C¬ chÕ ho¹t ®éng chèng oxi hãa cña çc carotenoid bao gåm (Sergio vμ Robert, 1999; Mortensen & cs., 2001; Stahl vμ Sies, 2003; El-Agamey & cs., 2004; Stahl vμ Sies, 2005):

• V« ho¹t oxi ®¬n

• V« ho¹t çc gèc tù do

Oxi ®¬n (1O2) lμ s¶n phÈm phô cña qu¸ tr×nh oxi hãa sinh häc vμ lμ mét cÊu tö cã mÆt trong kh«ng khÝ (Jovanovic vμ Simic, 2000; Corol & cs., 2002; Baier & cs., 2006). D−íi t¸c dông cña tia cùc tÝm A (UVA, λ = 320 - 400 nm), çc ph©n tö riboflavine, flavinmononucleotid (FMN) vμ flavin adenine dinucleotid (FAD) hÊp thô n¨ng l−îng vμ chuyÓn lªn tr¹ng th¸i kÝch thÝch. Çc chÊt nμy chuyÓn n¨ng l−îng cho oxi ph©n tö ®Ó trë l¹i tr¹ng th¸i b×nh th−êng. Oxi khi nhËn n¨ng l−îng cña çc chÊt nμy trë thμnh oxi ®¬n (Krinsky, 1998; Baier & cs., 2006). §Ó chuyÓn mét ph©n thö oxi b×nh th−êng thμnh oxi ®¬n cÇn mét n¨ng l−îng 22 kcal. Ph©n tö oxi ®¬n kh«ng ë d¹ng thuËn tõ nh− b×nh th−êng mμ ë d¹ng nghÞch tõ. ChÝnh do vËy chóng rÊt dÔ dμng ph¶n øng víi DNA, lipid, çc ph©n tö kh«ng no cña mμng tÕ bμo vμ g©y bÖnh (Corol & cs., 2002; Baier & cs., 2006).

Trong sè tÊt c¶ çc chÊt chèng oxi hãa tù nhiªn, çc carotenoid cã kh¶ n¨ng v« ho¹t oxi ®¬n m¹nh nhÊt (Krinsky, 1998) bëi mét c¬ chÕ vËt lý. N¨ng l−îng d− cña oxi ®¬n ®−îc chuyÓn cho carotenoid, oxi trë vÒ tr¹ng

th¸i b×nh th−êng cña nã trong khi carotenoid ®−îc chuyÓn lªn tr¹ng th¸i kÝch thÝch. Çc carotenoid nμy sau ®ã quay trë l¹i tr¹ng th¸i b×nh th−êng cña nã b»ng çch ph¸t ra m«i tr−êng n¨ng l−îng d− thõa mμ nã nhËn ®−îc tõ oxi ®¬n. Kh¶ n¨ng v« ho¹t oxi ®¬n cña carotenoid phô thuéc vμo sè liªn kÕt ®«i cã trong m¹ch C cña nã. Mçi ph©n tö carotenoid cã kh¶ n¨ng v« ho¹t 1.000 ph©n tö oxi ®¬n tr−íc khi tham gia vμo çc ph¶n øng hãa häc vμ bÞ biÕn ®æi thμnh çc hîp chÊt kh¸c (Krinsky, 1998).

1O2 + Car 3O2 + 3Car

3Car Car + nhiÖt

Ngoμi kh¶ n¨ng v« ho¹t oxi ®¬n, çc carotenoid cßn v« ho¹t çc gèc tù do b»ng çch kÕt hîp víi çc gèc nμy theo mét trong çc c¬ chÕ sau (Britton, 1995; Mortensen & cs., 2001; El-Agamey & cs., 2004):

1- ChuyÓn ®iÖn tö: Car + ROO → Car+ + ROO-

2- ChuyÓn hydro: Car + ROO → Car + ROOH

3- Céng hîp: Car + ROO → ROOCar

Trong c¬ thÓ, çc carotenoid häat ®éng hiÖp lùc víi çc chÊt chèng oxi hãa kh¸c. Çc gèc tocopheryl ®−îc khö thμnh d¹ng ho¹t ®éng tocopherol nhê nhËn ®−îc hydro tõ vitamine C víi chÊt vËn chuyÓn trung gian lμ carotenoid (Niki & cs., 1995; Stahl vμ Sies, 2003).

Kh¸c víi polyphenol vμ vitamine C kh«ng ®−îc tÝch lòy trong c¬ thÓ mμ bÞ thμi ra ngoμi qua con ®−êng n−íc tiÓu (Jovanovic vμ Simic, 2000; Tapiero & cs., 2002), çc carotenoid víi ®Æc ®iÓm hßa tan trong chÊt bÐo ®−îc tÝch lòy trong c¬ thÓ, x©m nhËp dÔ dμng vμo çc vÞ trÝ dÔ bÞ oxi hãa nh− mμng tÕ bμo do ®ã hiÖu qu¶ chèng oxi hãa cña chóng cao h¬n çc chÊt oxi hãa hßa tan trong n−íc (Huang & cs., 2002; Brown & cs., 2003).


674

H×nh 6. Mét sè hîp chÊt carotenoid

3.2.2. Vitamine E

Vitamine E tån t¹i ë t¸m d¹ng trong tù nhiªn: bèn d¹ng tocopherol vμ bèn d¹ng tocotrienol (H×nh 7). C¶ t¸m d¹ng nμy ®Òu chøa mét vßng th¬m vμ mét chuçi m¹ch th¼ng 16 carbon. Çc hîp chÊt tocotrienol kh¸c víi çc tocopherol lμ cã thªm ba nèi ®«i ë chuçi m¹ch C th¼ng. Nhãm hydroxyl g¾n víi vßng th¬m quyÕt ®Þnh tÝnh chèng oxi hãa cña vitamine E trong khi m¹ch carbon ®¶m b¶o kh¶ n¨ng hßa tan trong chÊt bÐo cña chóng (Huang & cs., 2002).

TÝnh chÊt hßa tan trong chÊt bÐo cña vitamine E gióp chóng cã kh¶ n¨ng th©m nhËp s©u vμo çc mμng sinh häc vèn chøa nhiÒu acid bÐo kh«ng no vμ ng¨n c¶n chuçi ph¶n øng oxi hãa lipid. Çc vitamine E sÏ chuyÓn hydro cña nã cho gèc tù do peroxide. Gèc tocopheryl t¹o thμnh ®−îc khö vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu nhê vitamine C (Niki & cs., 1995; Huang & cs., 2002; Pincemail, 2006).

Tocopherol-OH + LOO0 → Tocopherol-O + LOOH

Víi LOO: gèc tù do peroxide.

Kh¶ n¨ng chèng oxi hãa cña vitamine E phô thuéc vμo møc ®é c¶n trë kh«ng gian cña çc nhãm methyl ë vÞ trÝ ortho ®èi víi nhãm hydroxyl ë vßng th¬m. Nhãm hydroxyl cμng bÞ c¶n trë Ýt (tr−êng hîp δ-tocopherol vμ δ-tocotrienol), kh¶ n¨ng chèng oxi hãa cμng cao (Huang & cs., 2002).

C¬ chÕ ho¹t ®éng chèng oxi hãa cña çc chÊt chèng oxi hãa nh− polyphenol, vitamine E, vitamine C, carotenoid ®· ®−îc lμm s¸ng tá. Tuy nhiªn, nhiÒu thÝ nghiÖm dÞch tÔ häc chØ ra r»ng, viÖc sö dông çc chÊt chèng oxi hãa ë d¹ng vèn cã cña nã trong thùc phÈm (r−îu vang ®á, trμ xanh...) cã t¸c dông tèt ®èi víi c¬ thÓ nh−ng viÖc sö dông çc chÊt oxi hãa ë d¹ng tæng hîp th× kh«ng cã t¸c dông. §iÒu nμy cã lÏ bÞ ¶nh h−ëng bëi con ®−êng chuyÓn hãa cña çc chÊt ë çc d¹ng kh¸c nhau lμ kh¸c nhau ®ång thêi çc chÊt chèng oxi hãa th−êng ho¹t ®éng ë d¹ng hiÖp ®ång.


675

R1 R2 R3

α-tocopherol α-tocotrienol

CH3 CH3 CH3

β-tocopherol β-tocotrienol

CH3 H CH3

γ-tocopherol γ-tocotrienol

H CH3 CH3

δ-tocopherol δ-tocotrienol H H CH3

H×nh 7. CÊu tróc cña vitamine E

4. KÕT LUËN Sù t¹o ra çc chÊt ho¹t ®éng chøa oxi vμ

nit¬ lμ mét qu¸ tr×nh tÊt yÕu cña mäi tÕ bμo sinh häc. §Ó gi÷ cho c¬ thÓ kháe m¹nh, ®iÒu quan träng cÇn ph¶i duy tr× lμ sù c©n b»ng gi÷a viÖc t¹o çc hîp chÊt nμy vμ sù ho¹t ®éng cña hÖ thèng çc chÊt chèng oxi hãa trong c¬ thÓ. §iÒu nμy ®−îc ®¶m b¶o b»ng mét chÕ ®é ¨n giμu çc chÊt chèng oxi hãa tù nhiªn (nhiÒu rau, qu¶) mμ c¬ chÕ ho¹t ®éng chèng oxi hãa cña chóng ®· ®−îc lμm râ.

Tμi liÖu tham kh¶o

Al-Saikhan M. S., Howard L. R. and Miller J. C. (1995). Antioxidant activity and total phenolics in different genotypes of potato (Solanum tuberosum, L.). Journal of food science, 60 (2), p. 341-343.

Amic D., Davicdovic-Ami D., Beslo D. and Trinajstic N. (2003). Structure-Radical Scavenging Activity Relationships of Flavonoids. Croatica chemica ACTACCACAA, 76 (1), p. 55-61.

Baier J., Maisch T., Maier M., Engel E., Landthaler M. and Baumler W. (2006). Singlet oxygen generation by UVA light exposure of endogenous photosensitizers. Biophysical Journal-Biophysical Letters, . Cited 13/7/2006.

Britton G. (1995). Structure and properties of carotenoids in relation to function. FASEB Journal, 9, p. 1551- 1558.

Brown C. R., Culley D., Yang C.-P. and Navarre D. A. (2003). Breeding Potato with High Carotenoid Content. Proceedings Washington State Potato Conference, February 4-6, 2003, Moses Lake, Wa., p. 23-26.

Burke M., Edge R., Land E. J., Truscott T. G. (2001). Characterization of carotenoid radical cations in liposomal environments: interaction with vitamin C. Journal of photochemistry and photobiology B: Biology, 60, p. 1-6.

Corol D., Dorobantu I.I., Toma N. and Nitu R. (2002). Diversity of Biological Functions of Carotenoids. Roumanian Biotechnological Letters, 8 (1), pp. 1067 – 1074.

Chirinos, R., Campos, D., Arbizu, C., Rogez, H., Rees, J-F., Larondelle, Y., Noratto, G., Cisneros-Zevallos, L. (2007). Effect of genotype, maturity stage and postharvest storage on phenolic compounds, carotenoid content and antioxidant capacity, of Andean mashua tubers (Tropaeolum tuberosum Ruiz & Pavãn). Journal of the Science of Food and Agricultural 87, p. 437-446.

El-Agamey A., Lowe G. M., McGarvey D. J., Mertensen A., Phillip D. M., Truscott T. G. and Young A. J. (2004). Carotenoids radical chemistry and antioxidant/pro-antioxidant properties. Archive of biochemistry and biophysics, 430, p. 37 -48.


676

Edeas M. (2006). Les antioxydants dans la tourmente. Newletter de SociÐtÐ franaise des antioxydants, 9, p. 1-2.

Favier A. (2003). Le stress oxydant: IntÐrÐte conceptuel et expÐrimental dans la comprÐhension des mÐcanismes des maladies et potentiel thÐrapeutique. L’actualitÐ chimique, novembre-dÐcembre 2003, 108-115, . Cited 15/4/2006.

Fouad T. (2006). Free radicals, types, sources and damaging reactions. http://www. thedoctorslounge.net/medlounge/articles/freeradicals/index.htm. Cited 14/4/2006.

GardÌs-Albert M., Bonnefont-Rousselot D., Abedinzadeh Z. et Jore D. (2003). EspÌces rÐactives de l’oxygÌne. Comment l’oxygÌne peut-il devenir toxique? L’actualitÐ chimique, novembre-dÐcembre 2003, 91-96, . Cited 2/3/2009.

Genkinger J. M., Platz E. A., Hoffman S. C. and Comstock G. W. (2004). Fruit, vegetable and antioxydant intake and all-cause, cancer and cardiovascular disease mortality in a community-dwelling population in Washington country, Maryland. American Journal of Epidemiology, 160 (12), p. 1223-1233.

Huang D., Ou B., Hampsch-Woodill M., Flanagan J. A. and Deemer E. K. (2002). Development and validation of oxygen radical absorbance capacity assay for lipophilic antioxidants using randomly methylated β-cyclodextrin as the solubility enhancer. Journal of agricultural and food chemistry, 50, p. 1815 – 1821.

Jovanovic S. V. and Simic M. G. (2000). Antioxidants in nutrition. Annals of the New York Academy of Sciences, 899, p. 326-334.

Krinsky N. I. (1998). The Antioxidant and Biological Properties of the Carotenoids. Annals of the New York Academy of Science, 854, p. 443 - 447.

Lª Ngäc Tó (2003). Hãa häc thùc phÈm. NXB Khoa häc vμ Kü thuËt, p. 221-291.

Lachman J., Hamouz K., Orsak M. and Pivec V. (2000). Potato tuber as a significant source of antioxidants in human nutrition. Rostlinna vyroba, 46, p. 231-236.

Marfak A. (2003). Radiolyse gamma des flavonoides. Etude de leur rÐactivitÐ avec les radicaux issus des alcools: formation des depsides. ThÌse doctorat, UniversitÐ de Limoges, France, 220 pp.

Minn A. (2005). Les radicaux libres. Cited 14/4/2006.

Mortensen A., Skibsted L. H. and Truscott T. G. (2001). The interaction of dietary carotenoids with radical species. Archive of biochemistry and biophysics, 385 (1), p. 13-19.

Nicole C. (2001). Role of Flavonoids in Oxidative Stress. Current Topics in Medicinal Chemistry, 1 (6), p. 569-590.

Niki E., Noguchi N., Tsuchihashi H. and Gotoh N. (1995). Interaction among vitamin C, vitamin E, and beta-carotene. American Journal of Nutrition, 62, p. 1322-1326.

Pincemail J. (2006). Le stress oxydant. http://www.probiox.com/html/body_stressoxydant.htm. Cited 15/4/2006.

Pincemail J., Dafraigne, Meurisse M. et Limet R. (1998). Antioxydants et prÐvention des maladies cardiovasculaires, 1Ìre partie: la vitamine C. MÐdi-Sphere, 89, p. 27-30.

Proctor P. H. (1989). Free radicals and human disease. CRC handbook of free radicals and antioxidants, 1, 209-221. Cited 14/4/2006

Rolland Y. (2004). Antioxydants naturels vÐgÐtaux. OCL, 11 (6), 419-424. Cited 15/4/2006.

Scalbert A. and Williamson G. (2000). Dietary intake and bioavailability of polyphenols. Journal of Nutrition, 130, p. 2073-2085.


677

Sergio A.R. Paiva, and Robert M. Russell (1999). -Carotene and Other Carotenoids as Antioxidants. Journal of the American College of Nutrition, 18 (5), p. 426-433.

Shi, H., and Noguchi, N. (2001). Introducing natural antioxidants. In: Woodhead publishing Ltd., Antioxidants in foods. Practical applications. Boca Raton: CRC Press LLC.

Singh N. and Rajini P. S. (2004). Free radical scavenging activity of an aqueous extract of potato peel. Food chemistry, 85, p. 611-616.

Stahl W. and Sies H. (2003). Antioxidant activity of carotenoids. Molecular Aspects of Medicine, 24, p. 345-351.

Stahl W. and Sies H. (2005). Bioactivity and protective effects of natural carotenoids. Biochimica et biophysica acta, 1740, p. 101-107.

Tapiero H., Tew K. D., Nguen Ba G. and MathÐ G., (2002). Polyphenols: Do they play a role in the prevention of human pathologies? Editions scientifiques et mÐdicales Elsevier SAS, 56, p. 200-207.

Vansant G., Pincemail J., Defraigne J. O., Van Camp J., Goyens P. et Hercberg S. (2004). Antioxidants et alimentation. Institut Danone, 67 p.

Ziegler R. G. (1991). Vegetables, fruits and carotenoids and the risk of cancer. American Journal of Clinical Nutrition, 53, p. 251-259.


678

Health & Medicine

Stress oxy hóa và các chất oxy hóa