Токохроманолы

Эти соединения обладают наиболее высокой антиоксидантной активностью среди терпеноидных хинонов. Их делят на две группы: токоферолы и токотриенолы, которые отличаются только степенью насыщенности гидрофобного хвоста (рис. 53). Токоферолы имеют полностью насыщенный хвост, происходящий из фитилдифос- фата, а токотриенолы — ненасыщенный хвост, происходящий из геранилгеранилди- фосфата. Токохроманолы а, (3, у и б отличаются числом и положением метильных заместителей ароматического кольца.

In vitro антиоксидантная активность токотриенолов выше, чем у токоферолов, а активность их производных а, (3, у и б примерно одинакова. Однако в нашем организме активность а-токоферола многократно выше, чем всех других токохроманолов

Строение токохроманолов

Рис. 53. Строение токохроманолов

Таблица 6. Антиоксидантная активность токохроманолов в организме человека, % (по: Jiang, 2014)

Токоферолы

Токотриенолы

а

100

а

20-50

Р

25-50

Р

5

Y

10-20

Y

0

б

<3

б

0

(табл. 6). Это связано с тем, что а-токоферол наиболее полно усваивается нашим организмом.

У животных и человека все токохроманолы всасываются в кровь и транспортируются в печень в хиломикронах (см. рис. 19). Они поглощаются клетками печени и затем вновь секретируются в плазму крови, но уже в составе VLDL — липопротеинов очень низкой плотности (рис. 19). В этой секреции участвует переносчик витамина Е — а-ТТР (а-tocopherol transfer protein). Мыши без а-ТТР погибают. Сродство а-ТТР к а-токоферолу значительно выше, чем к другим токохроманолам. Поэтому в печени в кровь загружается в основном а-токоферол и транспортируется по всему организму.

Из-за этой избирательности относительное содержание а-токоферола в сумме всех потребленных токохроманолов увеличивается в 20-30 раз. Иными словами, у а-токоферола биодоступность максимальная, поэтому название «витамин Е» обычно применяется только к тем токохроманолам, которые обладают активностью а-токоферола.

В зеленых тканях растений токохроманолы (в основном а-токоферол) сосредоточены в мембранах хлоропластов, где они защищают липиды от АФК, образующихся в процессе фотосинтеза, особенно при высоких интенсивностях света. Кроме того, много токохроманолов (в основном а-, у-токоферола, а также пластотокоферола — гомолога у-токоферола, с более длинным гидрофобным «хвостом») содержится в жировых каплях семян масличных культур.

В организме животных и человека они входят в состав всех клеточных мембран. Одна молекула а-токоферола приходится на 100-1000 молекул фосфолипида, в зависимости от типа мембраны. Наибольшее количество а-токоферола содержится в жировой ткани и в надпочечниках, меньше в почках, сердце, печени, менее всего — в эритроцитах. В коже накапливается относительно много у-токоферола.

Гидрофобный «хвост» токохроманолов глубоко погружен в мембрану, а более гидрофильная «головка» локализуется ближе к поверхности мембраны, однако глубже фосфолипидных фосфатных групп. У токохроманолов высокое сродство к поли- ненасыщенным жирным кислотам, так как хроманольная «головка» взаимодействует с двойными связями жирных кислот.

Токохроманолы (Тос) предотвращают пероксидацию липидов. Самая эффективная реакция — реакция с пероксил-радикалами липидов, которые восстанавливаются до гидроперекисей:

Они также взаимодействуют с LO' и L':

Кроме того, они гасят синглетный кислород и защищают от окисления сульф- гидрильные группы белков, так как могут восстанавливать сульфур-радикал (-S*).

У растений антиоксидантное действие токоферолов наиболее ярко иллюстрируется на примере не способных синтезировать токоферолы мутантов vte2 (vitamin Е 2) арабидопсиса, в семенах которых во время покоя и прорастания происходит массированное окисление липидов. У мутантов vte2 накапливается много продуктов пероксидации липидов: гидроксижирных кислот, малонового диальдегида, фитопро- станов. В результате существенно снижается всхожесть семян.

Функции токохроманолов не ограничены их антиоксидантным действием. У растений они снижают синтез жасмоновой кислоты и тем самым изменяют гормональный баланс. Гормоны, в свою очередь, влияют на их синтез: ферменты синтеза токоферолов имеют АБК-респонсивный элемент. Предполагается, что у растений токохроманолы могут влиять на углеводный обмен. В нашем организме они влияют на синтез сигнальных молекул липидной природы, на генную экспрессию и ассоциированные с мембранами сигнальные пути.

Токохроманолы синтезируются только организмами, осуществляющими окси- генный фотосинтез: высшими растениями, водорослями, цианобактериями. Причем токоферолы есть у всех этих организмов, а токотриенолы — только у некоторых. В целом токотриенолов относительно много в семенах и плодах, особенно у однодольных: пшеницы, риса, ячменя. В листьях больше всего а-токоферола, а в семенах — у-токоферола.

Синтез токохроманолов, как и терпеноидных хинонов, основан на конденсации ароматической и полиизопрениловой структур. Для синтеза токохроманолов

Биосинтез токохроманолов

Рис. 54. Биосинтез токохроманолов.

Ферменты биосинтеза: 1 — тирозинаминотрансфераза,2 — гидроксилаза р-гидро- ксифенилпирувата, 3 — гомогентизат-фитилтрансфераза, 4 — гомогентизат-геранил- геранилтрансфераза, 5— метилтрансфераза 2-метил-6-фитил-1,4-бензохинола, 6 — токоферолциклаза, 7 — у-токоферолметилтрансфераза; SAM — S-аденозилметионин (по: DellaPenna, 2005)

растения используют метаболизм ароматических аминов, протекающий в цитозоле, и пластидный дезоксиксилулозо-5-фосфатный путь образования изопреноидов. Ароматический компонент синтезируется из аминокислоты тирозина. Из тирозина под действием тирозинаминотрансферазы образуется р-гидроксифенилпируват (рис. 54). Затем он окисляется до гомогентизиновой кислоты с помощью специфической диоксигеназы, которая для своей активности нуждается в аскорбиновой кислоте. Далее происходит пренилирование гомогентизиновой кислоты. Донором изопре- нилового остатка может быть либо геранилгеранилдифосфат, либо фитилдифосфат.

В первом случае образуется предшественник токотриенолов, во втором — токоферолов. Затем проходят реакции циклизации и метилирования бензольного кольца.

Первым клонированным ферментом на пути синтеза токохроманолов была ги- дроксилаза р-гидроксифенилпирувата арабидопсиса. Мутации доказали, что этот фермент нужен для синтеза не только токохроманолов, но и пластохинонов. Чтобы у арабидопсиса многократно повысилось содержание токохроманолов, требуется одновременная сверхэкспрессия генов, кодирующих тирозинаминотрансферазу и гидроксилазу р-гидроксифенилпирувата. Надо отметить, что такая сверхэкспрессия имеет в качестве побочного эффекта накопление гомогентизиновой кислоты в концентрациях, в 800 раз превосходящих нормальную, и ее окислительную полимеризацию, приводящую к образованию черных пигментов. В результате семена арабидопсиса приобретают черный цвет, а их всхожесть снижается.

Мутация в гене УТЕ2 арабидопсиса, кодирующем гомогентизат-фитилтранс- феразу, приводит к полному исчезновению токоферолов в листьях и семенах

Рециклизация окисленного а-токоферола в растительных и животных клетках (по

Рис. 55. Рециклизация окисленного а-токоферола в растительных и животных клетках (по: Piller е. а., 2014) арабидопсиса, а сверхэкспрессия УТЕ2 повышает содержание токоферолов в несколько раз. У ряда злаковых много токотриенолов. Если ген, кодирующий ячменную гомогентизат-геранилгеранилтрансферазу, сверхэкспрессировать в растениях кукурузы, обычно не накапливающих токотриенолов, то их уровень возрастет в 4-6 раз.

Окисленный а-токоферол реутилизируется как в растительных, так и в животных организмах (рис. 55). Радикал а-токоферола восстанавливается за счет аскорбиновой кислоты и коэнзимов О (см. рис. 48). Если такого восстановления не происходит, то радикал а-токоферола окисляется глубже — до а-токоферил-хинона. Это сопряжено с гидратацией и раскрытием гетероцикла. В стрессовых условиях в растительных и животных клетках а-токоферил-хинон может накапливаться и запускать программу клеточной смерти.

а-Токоферил-хинон может восстанавливаться до а-токоферил-хинола. Есть данные, что восстановление достигается за счет ЫАЭ(Р)Н при участии хинонредуктазы. Далее происходит дегидратация а-токоферил-хинола, приводящая к образованию триметилфитилбензохинола (или триметилфитилбензохинона), который цикли- зуется под действием токоферолциклазы (УТЕ1 у арабидопсиса) и превращается в а-токоферол.

Необходимость для человека получать с пищей витамин Е была доказана в 1920-х годах. Недостаток витамина Е приводит к заболеваниям нервной системы, мышечной слабости, бесплодию. Витамин Е защищает от онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний, дегенерации макулы, замедляет старение, поддерживает иммунную систему. Особенно тяжело сказывается недостаток этого витамина на эмбриональном развитии. Дневная норма витамина Е — 20 мг. В плазме крови здорового человека его концентрация составляет 22-28 рМ.

Основной источник витамина Е для нас — семена масличных культур (табл. 7). Наиболее высокое содержание токохроманолов в масле зародышей пшеницы: до 300 мг/100 г масла, причем преобладает а-токоферол. Пальмовое масло отличается высоким содержанием токотриенолов. В кукурузном, соевом и рапсовом масле преобладает у-токоферол. Зеленые ткани, например листья шпината, содержат 1-5 мг токохроманолов в 100 г сырой массы, причем это в основном а-токоферол. Источником токоферола в нашей диете могут быть плоды авокадо, капуста брокколи, сливочное

Таблица 7. Содержание токохроманолов в растительных маслах, мг/100 г (по: Jiang, 2014)

Масло

Токоферолы

Токотриенолы

а

Р

Y

б

а

Р

Y

б

Пальмовое

10

-

2

-

10

-

30

10

Соевое

10

1

100

40

-

-

-

-

Кукурузное

30

5

100

5

5

1

15

1

Подсолнечное

70

3

1

-

-

-

-

-

Рапсовое

20

6

50

1

-

-

-

-

Оливковое

25

2

4

Зародышей

пшеницы

250

10

Арахисовое

15

1

10

5

масло, морепродукты: форель, креветки, рыбная икра, в которых содержание витамина Е составляет 2-3 мг/100 г продукта.

В процессе рафинирования масел большая часть витамина Е разрушается. Коммерческий витамин Е получают химическим путем, используя триметилгидрохинон и фитилбромид в качестве предшественников.

К группе терпеноидных хинонов (фенолов) с высокой антиоксидантной активностью относится также карнозиновая кислота (рис. 56), которую не следует путать с дипептидом карнозином. Карнозиновая кислота не является универсально распространенным веществом. Ею богаты листья некоторых растений семейства губоцветных, например розмарина и шалфея. В сухих листьях розмарина и шалфея до 2,5% карнозиновой кислоты.

Липофильные фенолы с высокой антиоксидантной активностью

Рис. 56. Липофильные фенолы с высокой антиоксидантной активностью: природный (карнозиновая кислота) и синтетические (ионол, пропилгаллат)

В качестве пищевых добавок с функцией витамина Е используются химически синтезированные токоферолы (Е306-309), а также ионол (Е321) и липофильный антиоксидант пропилгаллат (Е310) (рис. 56).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >