¿Qué hace un buen antioxidante?

Question

Estoy haciendo un proyecto escolar sobre antioxidantes y me gustaría saber qué es un buen antioxidante. Conozco ejemplos de antioxidantes como la vitamina A, C y E, pero me preguntaba qué similitud existe entre ellos en términos de estructura química y de unión.

Soy un novato en química por lo que se agradecería una respuesta simple pero informativa (poca nomenclatura).

Answer 1

Los antioxidantes son moléculas que ayudan a la par de electrones en la célula.

La forma en que lo veo, antioxidante en el cuerpo, se trata de llegar a los electrones a la par. dioxígeno, $\ce{O2}$ es una molécula con un número par de electrones (12), pero los dos más altos de la energía de los electrones se encuentran en diferentes orbitales moleculares, por lo que es en realidad un diradical. Las especies con electrones no apareados, como el estado del suelo de oxígeno, no puede reaccionar con el cuerpo aún electrones recuento de las moléculas orgánicas. Esta es la razón por la que el cuerpo debe de emplear los metales, que tienen pares de electrones desapareados en el fin de reducir el oxígeno en el agua para formar energía celular en las mitocondrias. En su camino a ser reducido a agua, el oxígeno puede formar especies reactivas que pueden reaccionar con biomoléculas orgánicas, como $\ce{O2-}$, $\ce{HO-OH}$, y $\ce{HO.}$ Estos son conocidos como Especies Reactivas de Oxígeno (ROS).

ROS causar estrés oxidativo, que es un proceso que daña importante biomoléculas como lípidos y ácidos nucleicos a través de la oxidación. Inestable ROS como los peróxidos pueden iniciar reacciones en cadena de radicales, que conduce a la oxidación de moléculas importantes en la célula. Dos buenos ejemplos de daños ROS son la peroxidación de lípidos, que daña la membrana celular y la nucleobase de oxidación, lo que conduce a daños en el ADN. Voy a mostrar mecanicista ejemplos de ambos:

La peroxidación de lípidos: (1)

formación de 8-oxoguanina: (2)

Esto crea un enlace de hidrógeno situación en la que guanina puede coincidir con la adenina en lugar de cisteína: (3)

Este es un ejemplo de pares de bases de desajuste, una forma común de daño en el ADN, que podría dar lugar a mutaciones genéticas.

Debido a estas posibilidades, es muy importante para que el cuerpo tiene mecanismos de seguridad para protegerse contra estos (y otros), formas de daño oxidativo. Siempre habrá una cierta concentración de ROS en las células del cuerpo, pero el cuerpo anti-oxidación de los sistemas debe ayudar a minimizar este.

"Antioxidante" es una amplia clase de productos químicos, incluyendo tanto las pequeñas moléculas de péptidos. La idea general es que son moléculas que prevenir o revertir la oxidación de biomoléculas importantes, o que terminar radical reacciones en cadena. En la peroxidación de los lípidos de la reacción que se muestra arriba, el paso final es la propagación de los radicales de la reacción en cadena. Desde los radicales siempre de forma nueva los radicales cuando reaccionan con los no radicales, la reacción en cadena que va a terminar en una de dos maneras: o bien la concentración de ROS recibe soo alto que dos radicales se unen (muy malo), o un antioxidante como la vitamina E o la Vitamina C se "apaga" la reacción en cadena. La vitamina E se "limpian" ROS en un proceso junto con la reducción por el ascorbato (vitamina C anión): (4)

Dado que la vitamina E es soluble en grasa, puede ayudar a proteger de la bicapa lipídica. El semidehydroascorbyl radical que se produce es bastante estable, con una vida media de $10^-5$ s. Ahora, tenemos una reactivas menos radical. Los procesos de este tipo son conocidos como radicales de "enfriamiento". dos moléculas de semidehydroascorbyl radical rápidamente desproporcionada a deshidroascorbato y ascorbato. Este es un proceso donde dos números impares de los electrones se convierten en dos números. 1 + 1 -> 0 + 2

Otro tipo de antioxidante que es el tipo que dimeriza. Debido a que un electrón se necesita para ser donados a cada radical para formar un no radical, de una manera de la eliminación de ellos es convertir dos radicales y no radicales en tres no radicales. Este es un proceso en dos impares y dos números pares de electrones se convierten en tres números -> 1 + 1 + 2 + 2 -> 2 + 2 + 2

El glutatión es probablemente el más importante antioxidante en el cuerpo del anti-ROS arsenal. El glutatión puede convertir una molécula de de $\ce{HO-OH}$ a de agua en un proceso catalizado por la enzima glutatión peroxidasa. Un peróxido no es un radical, pero es una energía de alta ROS que pueden formar fácilmente dos $\ce{HO.}$. El general de la ecuación de la reacción es la siguiente:

$$\ce{2GSH + H2O2 → GS–SG + 2H2O}$$

El glutatión también puede girar la deshidroascorbato hemos mencionado anteriormente de nuevo en el ascorbato (vitamina C) a través de la catálisis de la enzima deshidroascorbato reductasa. Todos los oxidados (dimerizado a la SG-SG) glutatión, se convierte finalmente de vuelta a glutatión reducido por la glutatión reductasa.

Dependiendo de su nivel de conocimiento de la química y la bioquímica, algunos de los detalles que aquí puede ser difícil de entender, pero la clave es simple: La coincidencia entre todos los antioxidantes que son capaces de convertir un número impar de electrones en un número par de electrones en los procesos como estos:

1 + 1 -> 0 + 2

o

1 + 1 + 2 + 2 -> 2 + 2 + 2

y probablemente muchos otros.

Los antioxidantes son sólo las moléculas que ayudan par de electrones.

ROS entra en juego principalmente como un escape de la mitocondria, la ubicación donde el oxígeno se convierte en agua. Los antioxidantes tomar el cuidado de él, y muchos de ellos están regulados a través de la acción de la glutatión, que es dimerizado en la oxidación, a continuación, se separan de nuevo durante enzimática de reducción (junto con el cofactor NADPH). A través de un sistema de enzimas y junto reacciones, el cuerpo trata de mantener baja la concentración de ROS.

(1) Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Antioxidant#/media/File:Lipid_peroxidation.svg

(2) de Jena, N. R.; Mishra, P. C. "Mecanismos de Formación de 8-Oxoguanina Debido a las Reacciones de Uno y Dos OH. Los radicales y la molécula de H2O2 con la Guanina: Un Cuántica Computacional Estudio" J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 14205-14218

(3) Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/8-Oxoguanine#/media/File:8-oxoG_forming_Hoogsten_base_pair_with_dA.svg

(4)Valko, M.; Izakovic, M.; Mazure, M.; Rodas, C. J.; Telser, J. "el Papel de los radicales de oxígeno en el daño del ADN y la incidencia de cáncer" de la Facultad de tecnología de los alimentos de la Universidad Técnica, 2004