Antioxidanter

Definition av antioxidanter

Antioxidanter eller antioxidationsmedel är kemiska substanser och enzymer med förmågan att motverka oxidation av reaktiva syreföreningar (ROS) och reaktiva kväveföreningar (RNS). När  syre används för andning och energiförbränning bildas destruktiva fria radikaler. Varje cell innehar strikta system som kontrollerar mängden radikaler för att undvika en förhöjd produktion. Ett överskott av ROS och RNS, till exempel NO, förorsakar så kallad oxidativ stress och kan leda till skadliga cellförändringar inklusive celldöd. Därför har antioxidanter en viktig funktion för att skydda och balansera cellens redoxstatus.

Reaktiva syreintermediärer är dock inte enbart skadliga som tidigare antagits, utan används också i normal cellsignalering; exempelvis väteperoxid vid hormon- och tillväxtfaktorfunktion. Därför är sambandet komplicerat mellan mängden reducerande medel eller antioxidanter och mängden oxidanter, som genereras i cellen. Ett överskott av oxiderande ämnen vid oxidativ stress är skadligt, men även överskott av reducerande ämnen är inte bra.

Reaktiva syreföreningar och fria syreradikaler

Den luft vi andas innehåller cirka 20 procent syrgas (O₂). I mitokondrierna används O₂ i den enzymatiska elektrontransportkedjan och reduceras till vatten. Samtidigt bildas ATP och energi. Ett problem är att någon procent av syret läcker ur andningskedjan och istället bildar syreradikaler. En radikal innehåller en oparad elektron och är instabil. Den strävar efter att få ett elektronpar genom att donera en elektron och skapa en ny radikal, eller att ta upp en elektron från en annan molekyl som då blir en instabil radikal. Det har uppskattats att upp till en miljon reaktiva radikaler per sekund uppstår i en cell med fullt aktiv mitokondriefunktion. Dessa reaktiva syreradikaler måste således tas om hand för att inte skada cellen.

Det finns olika typer av reaktiva syreintermediärer (ROS):

syrgas (O₂)→superoxidradikal (O₂ -.)→väteperoxid (H₂O₂)→hydroxylradikal (OH.)→(H₂O₂)

Enzymet superoxiddismutas (SOD) omvandlar superoxidradikalen till väteperoxid, som inte är en radikal, men ett oxidationsmedel. Väteperoxiden kan sedan brytas ned via katalas, glutationperoxidas och thioredoxinperoxidaser, även kallade peroxiredoxiner. Väteperoxid och andra peroxider används i cellsignalering via temporal oxidation av cysteine-resters SH-grupper, med delvis okända mekanismer. Från väteperoxid i närvaro av fria metalljoner kan hydroxylradikaler bildas. Denna radikal är synnerligen reaktiv och destruktiv för alla biologiska molekyler. Från superoxid och kvävemonoxid (NO) kan peroxinitrit bildas som lätt skadar lipoproteiner och orsakar lipidperoxidation eller skadliga mutationer i DNA. De senare mekanismerna är kopplad till sjukdomar som arteroskleros, Alzheimers sjukdom eller cancer.

Kroppens eget försvar mot
oxidativ stress via antioxidantfunktioner

Vår kropp har ett synnerligen komplext försvar mot oxidativ stress som samverkar med antioxidanter från kosten. Detta genetiskt bestämda system samverkar med miljöfaktorer för att ge långsiktigt skydd mot radikalbildning och skador i våra celler. Särskilt kosten innehåller en stor mängd antioxidanter, som anses ha en stor betydelse för att förhindra sjukdomar kopplade till ökad oxidativ stress och radikalbildning. Pesticider, cigarettrök, luftföroreningar, strålning från solen och radioaktiv strålning samt röntgenstrålar bidrar till en ökad oxidativ stress. Höga halter av glukos ger upphov till inflammation och oxidativ stress, som kan skada lipoproteiner och öka bildningen av skadliga radikaler i blodkärl.

Viktiga kroppsegna antioxidanter

Kroppen har således ett inbyggt försvar mot oxidativ stress i form av en stor mängd enzymer och lågmolekylära ämnen, som samverkar. Ett av de viktigaste enzymerna är superoxiddismutas, som finns i flera former, både i cytosolen, mitokondrierna och extracellulärt. Detta enzym omvandlar radikalen superoxid till väteperoxid. Katalas är ett annat enzym som bryter ned väteperoxid. Glutationperoxidas finns i flera olika former i cytosolen och mitokondrierna och är ett selenenzym med en aktiv selenocysteine (en cysteine med Se istället för S), varför selen betraktas som en viktig antioxidant. Peroxiredoxiner är en viktig grupp enzymer som använder cysteiner för att neutralisera väteperoxid. Peroxiredoxinerna finns i stor mängd i cytosolen och mitokondrierna (peroxiredoxin 3) och reducerar H₂O₂ till H₂O och har även funktion som skyddsmedel mot proteindenaturering.

Glutation

Bland lågmolekylära antioxidanter är glutation (GSH) den viktigaste. Denna molekyl syntetiseras med två enzymer och består av aminosyrorna glutaminsyra, cystein och glycin (γ-Glu-Cys-Gly). Koncentrationen av GSH, som alltså är en tripeptid, är mycket hög från 1 till 10 mM i våra celler. Den har en viktig funktion som antioxidant, men avgiftar även många giftiga alkylerande ämnen via enzymet glutation-S transferas. Glutation kan tillsammans med enzymet glutaredoxin reducera disulfider, men kontrollerar särskilt mängden blandade disulfider mellan proteiners tiol-grupper och glutation. Glutationylering är således en oxidationsprodukt som reversibelt kan reglera enzymers aktivitet.

Liponsyra

Liponsyra är en annan viktig kroppsegen antioxidant, som bildas i både växter och djur. Liponsyran finns i pyruvat-dehydrogenas samt liknande enzymer och är en ditiol (octanoic acid). Tillförsel av liponsyra som antioxidant för att skydda mot oxidativ stress har prövats vid till exempel diabetes, där förekomsten av hög glukos kan leda till oxidativ stress och skador.

Coenzym Q10

Coenzym Q10 är en fettlöslig antioxidant med 10 isopren-enheter med 5 kolatomer vardera i sidokedjan. Q10 är absolut livsnödvändigt för cellens energiförsörjning och är särskilt viktig som fettlöslig antioxidant. Q10 stoppar kedjereaktioner med fleromättade fettsyror, som kallas för lipidperoxidation, vilket är en viktig del av oxidativ stress. Tillförsel av Q10 har använts vid oxidativa stresssjukdomar och även prövats vid diabetes typ 1 och typ 2.

Antioxidanter i kosten

Livsmedel innehåller en stor mängd antioxidanter naturligt, men antioxidanter tillsätts även i exempelvis oljor för att förhindra oxidation och härskning. Många vitaminer får vi i oss naturligt via kosten som A-, D-, E- och B2-vitamin. Tillsatser av antioxidationsmedel i livsmedel bidrar således en hel del till mängden antioxidanter som vi får i oss via födan.

Askorbinsyra

Askorbinsyra eller C-vitamin är den mest kända och fullt vattenlösliga antioxidanten som finns särskilt mycket i färsk frukt, bär eller juice. Människan tillsammans med marsvin kan inte tillverka C-vitamin och vi är därför beroende av att få in C-vitamin för en väl fungerande kollagensyntes. C-vitamin är en stark antioxidant som tillsammans med tokoferoler (E-vitaminer) kan motverka oxidation.

Karotenoider

Karatenoider är fettlösliga antioxidanter som finns i många färgglada frukter och bär. Till karotenoider hör alfakaroten, betakaroten, gammakaroten, xantofyler, astaxantin och lutein. Karotenoider reagerar direkt med fria radikaler och har en viktig funktion i att skydda mot fria radikaler, till exempel i ögats näthinna. Astaxantin är en karotenoid som erhålls ur alger och har använts som kosttillskott för att öka antioxidantförsvaret.

Polyfenoler

Polyfenoler är en stor grupp där till exempel flavonoider ingår. Till polyfenolerna hör catechiner som finns i grönt te, exempelvis epigallocatechingalat (EGCG) vilken tillskrivs en stark antioxidantfunktion och anses vara betydelsefull vid intag av te, särskilt grönt te. Flavonoider från vin har också tillskrivits en antioxidativ funktion.

Tokoferoler

Tokoferoler eller E-vitaminer är betydelsefulla för att stoppa lipidperoxidation. Flera olika E-vitaminer är fettlösliga och interagerar med C-vitamin för att stoppa skadlig oxidation, särskilt av membraner och blodfetter. Tokoferoler finns i växter och överförs sedan till djur. Via levern transporteras E-vitaminer med lipoproteiner till vävnader och skyddar fleromättat fett.

Selen

Selen är betraktat som en antioxidant och tillförs via kosten. Selen är livsnödvändigt och ingår i 25 olika enzymer i form av aminosyran selenocystein som dels finns i antioxidantenzymet glutationperoxidas. Det finns även i människans thioredoxinreduktas där en essentiell selenocysteinrest utgör den katalytiska funktionen i alla tre isoenzymer vi har, och som behövs för att reducera thioredoxin med NADPH. Thioredoxin och thioredoxinreduktas samverkar med peroxiredoxiner och utgör en mycket effektiv och viktig försvarsmekanism mot väteperoxid och peroxider, inklusive den starkt oxiderande fria radikalen peroxynitrit som kan bildas från signalmolekylen NO och superoxid.

Hälsoeffekter och kosttillskott av antioxidanter

Det är uppenbart från senare tids forskning att antioxidanter samverkar i ett komplicerat system och att en naturlig källa till antioxidanter är frukt och grönsaker, som därför rekommenderas. Man är klar över att tillräcklig konsumtion av frukt och grönsaker kommer att minska mängden oxidativ stress och sådana sjukdomar som kan relateras till detta tillstånd. Däremot har tillförsel av enskilda antioxidanter av typen E-vitamin eller C-vitamin inte visat sig ge några större skyddande effekter mot exempelvis cancer. Tvärtom har kosttillskott med enstaka antioxidanter som betakaroten visat sig kunna öka cancerrisken, särskilt för rökare.

Glutation som antioxidant

En sänkning av cellens halt av glutation är ett tidigt tecken på oxidativ stress och resultatet av många inflammatoriska och metabola sjukdomar. Tillförsel av glutation har därför prövats med viss framgång. Ett problem är att glutation tas upp relativt dåligt i celler. Aminosyran cystein är begränsande för glutationsyntesen och N-acetyl-cysteine används därför för att stimulera glutationsyntesen då denna prekursor för cystein tas upp i cellen.

Functional foods

En stor mängd antioxidanter finns i vegetabilier, som tillskrivits mycket goda egenskaper för att skydda mot oxidativ stress och degenerativa sjukdomar. Dit hör blåbär, grönt te, gurkmeja, jordgubbar, lingon, nötter, svarta vinbär samt örter och kryddor av flera olika typer.

Sambandet mellan intag av antioxidanter, via födan eller som kosttillskott, och sjukdomar är ett rikt forskningsområde. Men tillförseln av en enskild antioxidant i hög dos har ofta varit en besvikelse gällande effekt. Däremot kommer den komplexa blandningen av antioxidanter, som finns i livsmedel och särskilt i ”functional foods”, att ha goda hälsoeffekter. Av särskilt intresse är att motverka cancer, åderförkalkning eller demenssjukdomar. Även åldrande anses ha en stark koppling till mängden antioxidanter, då skador på cellen orsakade av fria radikaler anses utgöra en viktig del i de degenerativa processerna vid åldrande. Att antioxidanter därför beskrivits som cellens rostskyddsmedel är en rimlig pedagogisk förenkling.