A kaukázusi növényvilág: még mindig felfedezésre váró gazdag antioxidáns-forrás

Cikkek áttekintése

Teljes cikk
Ábrák és adatok
Hivatkozások
Idézetek
Metrikák
Engedélyezés
Újranyomtatások és engedélyek
PDF

Absztrakt

A sejtes redox homeosztázis egyensúlyi állapot a általában reaktív oxigén- és/vagy nitrogénfajták (ROS/RNS), az endogén antioxidáns védekező rendszerek és az exogén diétás antioxidánsok képződése között. A redox homeosztázis zavara az endogén ROS/RNS túltermelésével növelheti az úgynevezett civilizációs betegségek kialakulásának kockázatát. Úgy tűnik, hogy a megoldás vagy az endogén megnövekedett termelése, vagy az exogén antioxidánsok fogyasztása. A növényi eredetű antioxidánsok különböző kémiai és molekuláris mechanizmusokon keresztül hatnak, például csökkentik az oxidatív károsodás szintjét a sejtekben közvetlenül ROS/RNS-sel reagálva vagy közvetve - a szabad gyököket generáló enzimek aktivitásának és expressziójának gátlásával vagy az aktivitás fokozásával vagy intracelluláris antioxidáns védekező enzimek expressziója. Annak ellenére, hogy a kaukázusi növényvilág gazdag egészséget elősegítő ehető/gyógynövényekben, ezeknek a növényeknek a biológiai aktivitásával kapcsolatos legújabb tanulmányok nagyon ritkák. Ez az áttekintés összefoglalja a kaukázusi flórát képviselő növények egészségfejlesztési potenciáljának korszerűségét, amelyek antioxidáns kapacitását különféle in vitro modellek.

A redox homeosztázis jelentősége

A 19. században Claude Bernard francia fiziológus (1813–1878) rámutatott a „ környezet belső tér ”vagy„ a belső környezet ”, amely minden élő szervezet egészségének szempontjából fontos. Az intracelluláris homeosztázis fenntartása módot jelenthet egyes betegségek megelőzésére vagy akár gyógyítására [1]. Ez a redox homeosztázisra is vonatkozik, amelyet könnyen megzavarhatnak az oxigénből (reaktív oxigénfajok - ROS), nitrogénből (reaktív nitrogénfajták - RNS), kénből (reaktív kénfajok - RSS) vagy szelénből (reaktív szelénfajok - RSeS) [2–5].

A sejt különböző részein reaktív fajok termelődnek (pl. Plazmamembránok, kloroplasztok, mitokondriumok, peroxiszómák, endoplazmatikus retikulum, apoplasztok és sejtfalak) mind normál, mind stressz körülmények között (pl. Mikrobiális fertőzések, nagymértékű testmozgás vagy a szennyező anyagok hatása/toxinok, különböző típusú sugárzás) [6]. A mitokondriumok az oxidálószerek egyik fő endogén forrását jelentik mitokondriális elektrontranszport-láncukkal és NADPH-oxidáz (NOx) reakciójukkal. A szabad gyökök nem-mitokondriális forrásai közé tartoznak a mikroszómás citokróm P450 enzimek, a Fenton reakció, a peroxiszomális béta-oxidáció és a fagocita sejt légződurranása [7]. Bizonyos esetekben sejtes „redox-kaszkádok” is elindulnak, ennek eredményeként például RSS képződik [2, 3]. A reaktív fajok túltermelése felidézi a sejtek stressz állapotát, amelyeket általában „oxidatív stressznek” neveznek. (OS).

A ROS azonban koncentrációjától függően kettős szerepet játszik a sejtanyagcserében. Alacsony vagy közepes koncentrációban másodlagos hírvivőként szolgálnak az intracelluláris jelátviteli kaszkádokban, míg nagy koncentráció esetén különféle károsodásokat okozhatnak a biomolekulákban [8]. Nem meglepő, hogy az egészséges sejtek egyensúlyt tartanak fenn az ROS/RNS képződése és felhasználása között, amelyet a reaktív fajok képződése megzavarhat, ami idővel fokozza a sejtkárosodást [9].

A szervezetben a redox homeosztázis helyreállítható intracelluláris antioxidáns molekulák, fehérjék és enzimek hatására, valamint diétás antioxidánsok bevitelével [10]. A szövetekben mind a sejtek, mind az extracelluláris mátrix számos további belső enzimatikus védekező mechanizmus aktiválásával reagál az ROS sértésére, amelyek elősegítik az ROS és származékaik kioltását. A nem enzimatikus antioxidánsokat molekulák képviselik, amelyek képesek inaktiválni a különböző reaktív fajokat. Kis molekulájú antioxidánsokkal, fémmegkötőkkel és redox aktív fehérjékkel együtt biztosítják az első védelmi vonalat a ROS ellen [11].

Az emlősök antioxidáns védelmi rendszerei nem korlátozódnak az endogén antioxidánsokra [12]. Az étrendi antioxidánsok, például vitaminok (E-vitamin és C-vitamin) karotinoidok, polifenolok (flavonoidok, fenolsavak, lignánok és stilbenének) és egyes ásványi anyagok (Zn, Se, Mn és Cu) befolyásolhatják az endogén antioxidánsok aktivitását. Az endogén és exogén antioxidánsok szinergikusan hathatnak a szervezet redox homeosztázisának fenntartása vagy helyreállítása érdekében [13]. Ezek a megfontolások arra a kérdésre vezetnek bennünket, hogy a világszerte megtalálható „legjobb összetevőkből” kiegyensúlyozott étrend hasznos lehet-e a civilizációs betegségek megelőzésében.

Növényi eredetű antioxidánsok

A növények különféle antioxidáns mechanizmusokat tartalmaznak a saját redox homeosztázisuk fenntartása érdekében. Az állati sejtekhez hasonlóan a növényi sejtek enzimes és nem enzimatikus antioxidánsokat egyaránt képesek előállítani. A katalázok, a szuperoxid-diszmutáz (SOD), a peroxidázok és néhány más enzim, amelyek az aszkorbát-glutation ciklusban szerepelnek, mint például az aszkorbát-peroxidáz, a monodehidroaszkorbát-reduktáz, a dehidroaszkorbát-reduktáz és a glutation-reduktáz, a növényekben található enzimatikus antioxidánsokhoz tartoznak [8]. ]. Ezeket az enzimeket nemenzimás növényi antioxidánsok, például aszkorbát, glutation (GSH), karotinoidok, tokoferolok, antocianinok és különféle fenolos vegyületek támogatják [14]. Valójában a növényi alapú antioxidánsok nagyon hatékonyan szabályozzák az ROS/RNS szintjét, mivel az enzimatikus aktivitásokat is módosíthatják [15].

Az antioxidáns tulajdonságokkal rendelkező növényi eredetű anyagok legelterjedtebb csoportja a polifenolok [16, 17]. Antioxidáns aktivitásuk értékeléséhez általában számos kísérleti modellt alkalmaznak, az egyszerű kémiai módszerektől kezdve (például. vas-redukáló antioxidáns erő (FRAP), 2,2′-azino-bisz-3-etil-benziaziazolin-6-szulfonsav (ABTS) és 1,1-difenil-2-pikrilhidrazil (DPPH) tesztek biológiailag relevánsabb sejt- alapú vizsgálatok, például a celluláris antioxidáns aktivitás vizsgálata, a legpontosabb állatmodellekhez és az emberen végzett klinikai vizsgálatokhoz. In vitro a vizsgálatok gyakoriak, mivel viszonylag egyszerűek, gyorsak és olcsók, ezek a tanulmányok azonban mégsem veszik figyelembe az anyagcsere, a biokémiai és egyéb fiziológiai paramétereket [17, 18]. In vivo a vizsgálatokat főként prokarióta és eukarióta sejteken vagy laboratóriumi állatokon végzik, és a klinikai vizsgálatokat tartalmazó vizsgálatok továbbra is szűkösek [18].

Az egyszerű kémiai vizsgálatok a legnépszerűbbek a növényi kivonatok és azok bioaktív alkotóelemeinek antioxidáns aktivitásának előzetes értékeléséhez. A in vitro tesztek a redoxhoz kapcsolt kolorimetriás vizsgálatokat jelentik. A polifenolok ideális kémiai szerkezetet biztosítanak a szabad gyökök eltávolításához fenolos hidroxilcsoportjaik miatt, amelyek hidrogénatomot vagy elektront adományozhatnak egy szabad gyököknek. Továbbá számíthatnak egy kiterjesztett konjugált aromás rendszerre is a párosítatlan elektronok delokalizálásához [19].

Ennek ellenére a in vitro és in vivo a polifenolok mint antioxidánsok hatékonysága továbbra is vita tárgya, ráadásul az ebben a témában végzett humán vizsgálatok rendkívül ritkák, még az állatokon végzett vizsgálatokhoz képest is. Egy másik probléma a polifenolok biohasznosulása. Potenciális egészségügyi előnyeik emberben és állatmodellekben a felszívódástól, eloszlástól, anyagcserétől és eliminációtól függenek. Az emberi étrendben előforduló leggyakoribb polifenolok nem feltétlenül a legaktívabbak a testben, akár alacsonyabb belső aktivitásuk miatt, akár azért, mert rosszul szívódnak fel a bélből, erősen metabolizálódnak vagy gyorsan eliminálódnak [20, 21].

E látszólagos hátrányok ellenére az antioxidánsokban gazdag étrend gyakran az epidemiológiai vizsgálatok középpontjában áll, amelynek célja egyes étkezési szokások és helyi sajátosságok összefüggése az egészség fenntartásával és bizonyos betegségek megelőzésével. Manapság ezeket a tanulmányokat gyakran a demográfiai változások vagy a népesség elöregedése motiválja [22]. A „NutRedOx” hálózat (EU COST 16112 cselekvés) az „egészséges életmód és az öregedés egészséges életmóddal és egészséges táplálkozással” megközelítés egyik jó példája [23, 24]. A híres „mediterrán étrend” körüli tények - és mítoszok - egy másik történet [25–28]. Érdekes módon az ilyen helyi étrendre való összpontosítás gyakran a globális piac mögött mozog vagy következik, ami elméletileg lehetővé teszi különösen vonzó új étrendek tervezését válogatott összetevőkkel a világ minden tájáról. Ezért nem meglepő, hogy a kulináris és tudományos szakértők manapság egyre inkább összefognak, hogy különböző helyeken fogyasszák és vizsgálják az étrendeket és az étrend-összetevőket.

A kaukázusi növényvilág botanikai sokfélesége

Ebben az összefüggésben úgy tűnik, hogy a Kaukázus, valamint itt Örményország és Grúzia régiói különösen gazdagok az egészséget elősegítő ehető vagy gyógynövényekben. Örményország több biogeográfiai zóna találkozásánál helyezkedik el. Ezeket a területeket elképesztő botanikai sokféleség jellemzi, csak Örményországban mintegy 3600 növényfaj található. Örményországban ezek a biogeográfiai zónák szorosan összekapcsolódnak, ami viszonylag kevés endemikus fajt eredményez az örmény flórában. Összességében 123 endemikus növényfajt írnak le, amely a teljes örmény flóra mindössze 3% -át teszi ki, amely összességében nagyon gazdag farmakológiai jelentőségű növényekben [29]. Ezeket a növényeket általában a hagyományos orvoslásban alkalmazzák különféle betegségek megelőzésére és kezelésére. Amirdovlat Amasiatsi (XX-YY), a 15. századi örmény orvos például a vadon termő növényeket részesítette előnyben kábítószer-forrásként. Javasolta a sáfrány, a mandragóra és a hasis használatát fájdalomcsillapító és alvást kiváltó gyógyszerként [30, 31]. Ezen ígéretes botanikai gazdagság ellenére az elmúlt években csak korlátozott számú szakirodalom jelent meg az örmény flórához tartozó növények biológiai aktivitásával kapcsolatban.

Örmény szőlő és bortermelés

Az antioxidánsokban gazdag örmény növények közül a szőlő (Vitis vinifera) jól látható. Örményországot a szőlőtermesztés és a legkorábbi „borkultúra” hazájának tekintik. Az Areni-1 barlangkomplexumban (Délkelet-Örményország) (szélesség: 39,730361 ° É hosszúság: 45,203722 ° K) a közelmúltban végzett régészeti feltárások fontos műtárgyakat és létesítményeket tártak fel, amelyek a Kr. E. 4000 körüli bortermelésre utalnak [32].

Az örmény szőlőfajtákat hagyományosan évezredek óta választották ki, és a hibridek ebből adódó változékonyságát keresztezéssel tovább bővítették. Jelenleg a szőlőtermesztés az örmény mezőgazdaság egyik legfontosabb ága, a bor és a pálinka előállítása pedig jelentősen hozzájárul az ország gazdaságához. Három ampelográfiai gyűjteményben 140 szőlőfajtát őriznek meg, közülük 125 helyi, 15 pedig külföldi eredetű fajta. Körülbelül 70 helyi fajta régi autochton fajta. A vadszőlő elterjedési területei (Vitis vinifera ssp. sylvestris) Örményországban a közelmúltban meredeken csökkent. Mégis sok vad populáció növekszik Dél-Örményországban [33].

A szőlőfajták antioxidáns aktivitása

Az utóbbi években az ilyen szőlőben jelenlévő polifenolok tudományos és alkalmazott érdeklődésre tartottak számot. A szőlő héja és magjai egyaránt gazdag fenolos vegyületekben és flavonoidokban. Tartalmuk a szőlőben a szőlő fajtájától függ, és a szőlészeti és környezeti tényezők, például a magasság és a talajviszonyok is befolyásolják; Aroutiounian, et al. például nagyszámú örmény őslakos fajta, interspecifikus és intraspecifikus hibridek és különböző genetikai háttérrel és földrajzi eredetű vadfajok teljes fenoltartalmát és antioxidáns tulajdonságait értékelte (1. táblázat) [33].