Антиоксидант

Антиоксидант (от др.-греч. ἀντί — против и лат. oxygenium — кислород), также антиокислитель, — это вещество, способное замедлять или предотвращать процесс окисления органических соединений, вызванный свободными радикалами или активными формами кислорода. В широком смысле антиоксидантами называют как природные, так и синтетические соединения, которые защищают клетки живых организмов от окислительного стресса, а также предохраняют от порчи продукты питания, топливо и полимеры. Механизм действия антиоксидантов основан на их способности связывать свободные радикалы, прерывая цепные реакции окисления, или на восстановлении уже окисленных молекул.

История открытия и изучения

Первые научные наблюдения, связанные с антиоксидантной активностью, относятся к концу XIX века, когда химики заметили, что некоторые вещества, например, фенолы, замедляют прогоркание жиров. В 1910-х годах русский химик Николай Николаевич Зелинский и его ученики изучали роль природных антиоксидантов в процессах старения органических материалов. Систематическое изучение антиоксидантов в биологии началось в 1940-х годах, когда американский биохимик Денхам Харман выдвинул свободнорадикальную теорию старения. Он предположил, что накопление повреждений, вызванных свободными радикалами, является одной из основных причин старения клеток. В 1956 году Харман опубликовал работу, в которой впервые предложил использовать антиоксиданты для продления жизни. В 1960-х годах были открыты ключевые ферменты антиоксидантной защиты — супероксиддисмутаза, каталаза и глутатионпероксидаза. В последующие десятилетия исследования сосредоточились на изучении роли антиоксидантов в профилактике сердечно-сосудистых, онкологических и нейродегенеративных заболеваний. В России и СССР значительный вклад в изучение антиоксидантов внесли академики Н. М. Эмануэль, В. А. Барабой и другие.

Классификация антиоксидантов

Антиоксиданты классифицируют по нескольким признакам: по происхождению, по механизму действия, по растворимости и по химической природе.

По происхождению

• Природные (эндогенные и экзогенные). Эндогенные антиоксиданты синтезируются в организме человека и животных. К ним относятся ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза) и низкомолекулярные соединения (глутатион, убихинон, мочевая кислота). Экзогенные антиоксиданты поступают в организм с пищей или в виде добавок. Основные источники — растения, фрукты, овощи, зелень, ягоды, чай, кофе, какао.
• Синтетические. Получаются химическим синтезом. Используются в пищевой промышленности (бутилгидроксианизол, бутилгидрокситолуол, трет-бутилгидрохинон), в косметике и в производстве полимеров (фенольные стабилизаторы, фосфиты).

По механизму действия

• Прямые (ловушки свободных радикалов). Непосредственно взаимодействуют со свободными радикалами, превращая их в стабильные соединения. Примеры: витамин E (токоферол), витамин C (аскорбиновая кислота), каротиноиды, флавоноиды.
• Непрямые (ферментативные). Участвуют в работе антиоксидантных ферментов, например, селен входит в состав глутатионпероксидазы, а цинк и марганец — в состав супероксиддисмутазы.
• Хелаторы металлов. Связывают ионы переходных металлов (железо, медь), которые катализируют образование свободных радикалов. Примеры: лимонная кислота, этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), фитаты.

По растворимости

• Водорастворимые. Действуют в цитоплазме клеток, в крови и межклеточной жидкости. Примеры: витамин C, глутатион, катехины зелёного чая.
• Жирорастворимые. Защищают клеточные мембраны, липопротеины и другие липидные структуры. Примеры: витамин E, витамин A, каротиноиды, коэнзим Q10.

Природные антиоксиданты

Ферменты антиоксидантной защиты

• Супероксиддисмутаза (СОД). Катализирует дисмутацию супероксид-аниона (O₂⁻) в перекись водорода и кислород. В организме человека существует три формы: цитозольная (Cu,Zn-СОД), митохондриальная (Mn-СОД) и внеклеточная (Cu,Zn-СОД).
• Каталаза. Разлагает перекись водорода (H₂O₂) на воду и кислород. Содержится в пероксисомах клеток, особенно много её в печени и эритроцитах.
• Глутатионпероксидаза. Восстанавливает перекись водорода и органические гидропероксиды, используя глутатион в качестве донора электронов. Для активности фермента необходим селен.

Низкомолекулярные антиоксиданты

• Глутатион. Трипептид (глутаминовая кислота, цистеин, глицин), главный внутриклеточный антиоксидант. Участвует в восстановлении других антиоксидантов (витамина C и E) и в детоксикации ксенобиотиков.
• Витамин C (аскорбиновая кислота). Водорастворимый антиоксидант, восстанавливает витамин E, участвует в синтезе коллагена, в иммунном ответе. Содержится в цитрусовых, шиповнике, чёрной смородине, сладком перце.
• Витамин E (α-токоферол). Жирорастворимый антиоксидант, защищает полиненасыщенные жирные кислоты в мембранах от перекисного окисления. Основные источники — растительные масла, орехи, семена, зелёные листовые овощи.
• Каротиноиды (β-каротин, ликопин, лютеин). Жирорастворимые пигменты, нейтрализуют синглетный кислород и свободные радикалы. β-каротин является провитамином A. Ликопин (содержится в томатах) особенно эффективен против радикалов, связанных с окислением липопротеинов низкой плотности.
• Флавоноиды (кверцетин, катехины, антоцианы). Большая группа полифенольных соединений, содержащихся в растениях. Обладают выраженной антиоксидантной активностью, также влияют на активность ферментов и сигнальные пути клеток.

Синтетические антиоксиданты

Синтетические антиоксиданты широко применяются в промышленности для предотвращения окислительной порчи продуктов, топлива, смазочных материалов, пластмасс и резин. Наиболее распространённые:

• Бутилгидроксианизол (BHA) и бутилгидрокситолуол (BHT). Фенольные соединения, добавляемые в жиры, масла, сухие завтраки, упаковочные материалы. В России и других странах их использование регламентируется пищевыми стандартами.
• Трет-бутилгидрохинон (TBHQ). Эффективный антиоксидант для растительных масел и животных жиров.
• Пропилгаллат. Используется в жирах и маслах, часто в комбинации с BHA и BHT.
• Фосфиты и тиоэфиры. Применяются в полимерной промышленности для стабилизации полипропилена, полиэтилена и других пластиков.

Роль в организме человека

Антиоксидантная система организма поддерживает баланс между образованием свободных радикалов и их нейтрализацией. Свободные радикалы (активные формы кислорода и азота) образуются в процессе нормального метаболизма, особенно в митохондриях, а также под действием внешних факторов — ультрафиолетового излучения, загрязнения воздуха, курения, алкоголя, некоторых лекарств. При избытке свободных радикалов развивается окислительный стресс, который повреждает липиды мембран, белки и ДНК. Хронический окислительный стресс связывают с развитием атеросклероза, ишемической болезни сердца, сахарного диабета 2 типа, нейродегенеративных заболеваний (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона), онкологических заболеваний и преждевременного старения.

Антиоксиданты, поступающие с пищей, могут усиливать собственную защиту организма. Однако их эффективность в профилактике заболеваний остаётся предметом научных дискуссий. Многочисленные клинические испытания (например, исследования с высокими дозами β-каротина, витамина E и C) не подтвердили однозначного положительного эффекта добавок в снижении риска сердечно-сосудистых заболеваний и рака. В некоторых случаях (например, при приёме высоких доз β-каротина курильщиками) наблюдалось даже увеличение риска рака лёгких. Это объясняется тем, что антиоксиданты действуют не изолированно, а в сложной сети взаимодействий, и их избыток может нарушать нормальные физиологические процессы, включая апоптоз (запрограммированную гибель) повреждённых клеток.

Применение в медицине и косметологии

В медицинской практике антиоксиданты используются в составе комплексной терапии некоторых заболеваний:

• Сердечно-сосудистые заболевания. Коэнзим Q10, витамин E, ресвератрол применяются для улучшения функции эндотелия и снижения окислительного стресса при атеросклерозе.
• Нейродегенеративные заболевания. Витамин E, селегилин, некоторые флавоноиды изучаются как средства, замедляющие прогрессирование болезни Альцгеймера и Паркинсона.
• Офтальмология. Лютеин и зеаксантин используются для профилактики возрастной макулярной дегенерации.
• Дерматология. Витамин C, витамин E, коэнзим Q10, ресвератрол входят в состав косметических средств для защиты кожи от фотостарения, уменьшения морщин и осветления пигментных пятен.

Применение в пищевой промышленности

Антиоксиданты добавляют в продукты питания для предотвращения окисления жиров, которое приводит к прогорканию, изменению цвета и вкуса. Наиболее часто используются:

• Аскорбиновая кислота (E300) и её соли (E301–E304). Добавляются в мясные продукты, соки, пиво, вино для предотвращения потемнения и сохранения цвета.
• Токоферолы (E306–E309). Натуральные антиоксиданты, используемые в растительных маслах, маргаринах, соусах.
• Бутилгидроксианизол (E320) и бутилгидрокситолуол (E321). Синтетические антиоксиданты, применяемые в жирах, сухих завтраках, жевательной резинке.
• Лимонная кислота (E330). Хелатор металлов, усиливает действие других антиоксидантов.

Критика и ограничения

Несмотря на широкое распространение антиоксидантов в питании и медицине, их роль в здоровье человека остаётся неоднозначной. Основные критические замечания:

• Отсутствие доказанной эффективности в профилактике заболеваний. Крупные рандомизированные исследования не показали, что приём антиоксидантных добавок снижает смертность или риск хронических заболеваний.
• Потенциальный вред высоких доз. Избыток антиоксидантов может нарушать естественные защитные механизмы, подавлять апоптоз раковых клеток и даже способствовать росту опухолей в определённых условиях.
• Проблема биодоступности. Многие антиоксиданты из пищи плохо всасываются или быстро метаболизируются, что снижает их эффективность.
• Взаимодействие с лекарствами. Некоторые антиоксиданты (например, витамин E в высоких дозах) могут усиливать действие антикоагулянтов, повышая риск кровотечений.

Источники

1. Харман Д. «Свободнорадикальная теория старения» // Journal of Gerontology, 1956.
2. Эмануэль Н. М. «Антиоксиданты и старение» // Успехи химии, 1975.
3. Барабой В. А. «Биохимия и физиология антиоксидантов» // М.: Наука, 1989.
4. Halliwell B., Gutteridge J. M. C. «Free Radicals in Biology and Medicine» // Oxford University Press, 2015.
5. Bjelakovic G. et al. «Antioxidant supplements for prevention of mortality in healthy participants and patients with various diseases» // Cochrane Database of Systematic Reviews, 2012.