Antioxidantien

Kategorien: Stress

Das Netzwerk antioxidativer Verteidigungssysteme des Organismus und Substanzen zur Vorbeugung, Abwehr und Reparatur von Schäden durch oxidativen Stress

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Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Allgemein werden als Antioxidantien (auch: Antioxidanzien) Stoffe bezeichnet, die in Lebensmitteln, Arzneimitteln und Kunststoffen eingesetzt werden, um die Oxidation empfindlicher Moleküle zu verhindern, also die Reaktion mit Luftsauerstoff oder anderen oxidierenden Chemikalien. Auf biologische Organismen bezogen bezeichnet der Begriff bestimmte Substanzen, die zum Netzwerk antioxidativer Verteidigungssysteme des Organismus gehören, d.h. der Vorbeugung, Abwehr und Reparatur von Schäden durch oxidativen Stress dienen. Oxidativer Stress kann durch Oxidation von Zellmembranen, DNA, Lipiden und Proteinen Funktionseinschränkungen und Schäden hervorrufen, die eine Rolle bei der Entstehung verschiedener Erkrankungen spielen und als Schlüsselprozesse des Alterns angesehen werden.

Die antioxidativen Verteidigungssysteme lassen sich unterteilen in primäre antioxidative Systeme, das sind

  • endogene (im Körperinneren entstehende) Scavenger-Enzymsysteme (engl. Scavenger für Straßenkehrer, Müllmann, Reinigungsmittel)
  • das endogene Glutathion-System
  • exogene (außerhalb des Organismus entstehende) bzw. alimentäre (über die Nahrung zugeführte) Antioxidantien

und sekundäre antioxidative Systeme, die für Reparatur oder Abbau oxidativ geschädigter Zellbestandteile zuständig sind.

Zu den endogenen antioxidativen Substanzen zählen auch einige Proteine (z.B. Transferrin, Albumin, Coeruloplasmin, Haptoglobin, Metallothionein), das Hormon Melatonin (spielt nach Kuklinski im Zusammenhang mit nitrosativem Stress eine Rolle, da es vor Peroxinitrit schützt und ein Gegenspieler des freien Radikals Stickstoffmonoxid ist) und möglicherweise die Harnsäure.

Scavenger-Enzymsysteme

Die Zellen besitzen ein eigenes Radikalfängersystem in Form von Enzymen, um die während der physiologischen Stoffwechselaktivität entstehenden freien Radikale zu neutralisieren. Die antioxidative Funktion dieser Enzyme ist von verschiedenen Spurenelementen als Kofaktoren abhängig. Eine besondere Rolle spielen dabei Selen, Zink, Eisen, Kupfer und Mangan. Diese sogenannten Redoxfaktoren dienen als «Elektronen-Reservoir» für Redoxreaktionen (Reduktions-Oxidations-Reaktionen; chemische Reaktionen, bei der ein Reaktionspartner Elektronen auf den anderen überträgt, die Elektronenabgabe wird als Oxidation bezeichnet, die Elektronenaufnahme als Reduktion).

Wichtige Scavenger-Enzymsysteme:

  • Superoxid-Dismutase (SOD): Macht das Hyperoxid-Anion unschädlich. Enzym mit drei Isoenzymen (Enzyme, die formal die gleiche biochemische Reaktion beeinflussen, sich aber in ihrer Eiweißstruktur und ihren physikalische Eigenschaften unterscheiden): SOD1 – zytosolische SOD mit den Kofaktoren Kupfer und Zink, SOD2 – mitochondriale SOD mit Kofaktor Mangan, SOD3 – extrazelluläre SOD.
  • Katalase: Enzym mit Kofaktor Eisen
  • Glutathionperoxidase (GPX): Enzym mit Kofaktor Selen
  • Glutathion-Reduktase (GR)
  • Glutathion-S-Transferase (GST)
  • Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase (G6PDH)

Glutathion-System

Das zentrale Molekül des Glutathion-Systems ist Glutathion (GSH), ein Tripeptid, bestehend aus Glutamin, Glycin und Cystein, das in praktisch allen Zelltypen in hohen Konzentrationen vorhanden ist und eine Art Redoxpuffer darstellt. Neben dem GSH gehören die Enzyme GPX, GR und GST zum GSH-System. GSH spielt besonders in den Erythrozyten eine wichtige Rolle, indem sie die Oxidation von Eisen (Fe-II) im Häm verhindert und die bei der Methämoglobinbildung entstehenden Hyperoxidradikale einfängt. Das Glutathion-System verhindert zudem die Oxidation von Sulfhydrylgruppen in Proteinen. Das dabei oxidierte GSH wird anschließend durch die GR wieder reduziert bzw. regeneriert. Das Verhältnis von reduziertem und oxidiertem GSH ist ein Maß für den antioxidativen Status des Organismus. Weitere Funktionen hat GSH in der zellulären Entgiftung (Umweltgifte, Medikamente, Xenobiotika) und in der Immunabwehr (Einfluss auf die für die Abwehr von Viren und Tumorzellen wichtige T-zelluläre Aktivität).

Alimentäre Antioxidantien

Als die «großen 5 Antioxidantien» bezeichnet Dr. Lester Packer (Universität Berkeley) die Vitamine C und E, Coenzym Q10, Glutathion und Liponsäure. Die Liponsäure nennt er «das mächtigste Antioxidans, das der Mensch kennt». Antioxidantien können sich über bestimmte chemische Interaktionen nach Oxidation regenerieren, d.h. ihre antioxidative Kapazität durch gegenseitige Reduktion wieder herstellen. In diesem Sinne wirken sie synergistisch. Eine ausreichende Zufuhr an Antioxidantien und Redoxfaktoren, d.h. den Kofaktoren Selen, Zink, Kupfer, Mangan und Eisen für die Scavenger-Enzyme, über die Nahrung ist für die Funktion des antioxidativen Schutzsystems im Organismus von entscheidender Bedeutung. Unter Umständen ist auch eine Nahrungsergänzung sinnvoll.

Vitamine

Die wichtigsten antioxidativ wirkenden Vitamine sind die Vitamine C und E, die synergistisch wirken. Vitamin C ist vergleichsweise leicht oxidierbar, schützt so andere Substanzen vor Oxidation und wirkt dadurch antioxidativ. Es ist das wichtigste Antioxidans im Plasma und ist zudem an der Körperentgiftung beteiligt. Die Wirkung von Vitamin C wird allerdings im Hinblick auf den Eisenstoffwechsel kontrovers beurteilt, da es durch die Reduktion von Eisenmolekülen (Fe(III) zu Fe (II)) in Anwesenheit von Wasserstoffperoxid zur Entstehung von hochreaktiven und hochtoxischen Hydroxylradikalen kommen kann.

Vitamin E ist ein fettlösliches Antioxidans, das mehrfach ungesättigte Fettsäuren in Membranlipiden, Lipoproteinen (wie dem LDL) und Depotfett vor einer oxidativen Zerstörung (Lipidperoxidation) schützen kann. Es lagert sich u.a. in Zellmembranen ein und schützt dort Membranlipide und -proteine. Dabei wird es selbst zu einem reaktionsträgen Radikal oxidiert. Dieses wird mit Hilfe von Vitamin C zu einem Ascorbatradikal reduziert, welches anschließend mit Hilfe von GSH regeneriert wird. Bei der Regeneration von Vitamin E spielt auch Coenzym Q10 eine Rolle, das wiederum durch Alpha-Liponsäure regeneriert wird.

B-Vitamine haben als Koenzyme (Stoffe, die durch ihre Interaktion mit Enzymen biochemische Reaktionen beeinflussen) wichtige Funktionen im Immunsystem und im Energie- und Baustoffwechsel der Zellen. Einige B-Vitamine haben möglicherweise auch antioxidative Wirkungen. Nach Kuklinksi ist z.B. Vitamin B12 ein wirksamer Gegenspieler von Stickstoffmonoxid und spielt damit im Zusammenhang mit nitrosativem Stress eine wichtige Rolle.

Sekundäre Pflanzenstoffe

Zu den antioxidativ wirkenden sekundären Pflanzenstoffe zählen u.a. Carotinoide und Polyphenole.

Das Carotinoid Beta-Carotin hat ausgeprägte antioxidative Eigenschaften und insbesondere die Fähigkeit, den besonders reaktiven Singulett-Sauerstoff abzufangen. Dieser tritt verstärkt bei Entzündungen oder als Folge erhöhter Homocysteinspiegel auf, schädigt Zellmembranen und DNA und wird als ein auslösender Faktor für Herz- und Gefäßerkrankungen angesehen. Als das Nahrungscarotinoid mit dem größten antioxidativen Potenzial gilt Lycopin. In Studien gab es Hinweise, dass Lycopin die Wahrscheinlichkeit, an bestimmten Krebsarten zu erkranken, reduzieren kann. In Leber, Augen, Haut und Fettgewebe kommen bestimmte Carotinoide in besonders hoher Konzentration vor, beispielsweise Lutein und Zeaxanthin als Pigmente in der besonders oxidationsempfindlichen Netzhaut. Sie schützen diese vor zu hoher Lichteinstrahlung und beugen möglicherweise durch ihre antioxidative Wirkung bestimmten Formen von Degeneration wie der altersabhängigen Makuladegeneration (AMD) vor.

Weitere Vitalstoffe

Weitere Vitalstoffe mit antioxidativer Wirkung sind u.a. Coenzym Q10 und Alpha-Liponsäure, die Aminosäuren Methionin und Cystein (wichtige Bausteine bzw. Vorstufen von Glutathion) und freie Fettsäuren wie Linolsäure. Alpha-Liponsäure ist ein starkes Antioxidans, das im Körper verbrauchte Antioxidantien wie Vitamin C, Vitamin E, Coenzym Q10 oder Glutathion regenerieren kann. Die Einnahme von Glutathion-Vorstufen oder von Alpha-Liponsäure kann den intrazellulären Glutathionsspiegel anheben. Eine linolsäurereiche Ernährung wirkt auch auf die Aktivität von Glutathion-haltigen Enzymen stimulierend.

Quellen

  1. Kuklinski, Doz. Dr. sc. med. Bodo: Praxisrelevanz des nitrosativen Stresses (pdf-Datei)
  2. Laborzentrum Ettlingen, Karlsruhe: Oxidativer Stress und Antioxidanzien – mit Erläuterungen der einzelnen ROS (verwendete Version ist nicht mehr online; eine neue Version gibt es hier)
  3. Laborzentrum Ettlingen, Karlsruhe: Stress und antioxidative Kapazität (nicht mehr online)
  4. Sies, Helmut und Stahl, Wilhelm und Klotz, Lars-Oliver und Brenneisen, Peter (2004) Oxidativer Stress: vom molekularen Mechanismus zur Klinik. In: Jahrbuch der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf 2003. Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Düsseldorf, pp. 101-116
  5. Vitalstofflexikon: Freie Radikale – oxidativer Stress
  6. Wikipedia Antioxidans, Oxidativer Stress, Zeaxanthin

Siehe auch

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Weblinks

Autor: Kate, letzte Aktualisierung (Links): 07.2023

 

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