3. Ngày giao nhiệm vụ luận án: 2011.
1.5.1.Nguyên nhân [36,37,38]
Bình thường, phân tử oxygen tham gia vào quá trình chuyển hoá để tạo ra năng lượng giúp cơ thể hoạt động. Tuy nhiên có khoảng 2% oxygen tham gia vào quá trình này đã không tạo ra năng lượng mà tạo ra các gốc tự do. Có thể nói gốc tự do là một loại sản phẩm không hoàn hảo trong chu trình biến dưỡng bình thường của cơ thể. Gốc tự do càng gia tăng nhiều hơn trong điều kiện ăn uống hoặc sinh hoạt trong môi trường bị ô nhiễm khói thuốc lá, bức xạ hoặc những hoá chất độc hại hoặc căng thẳng tâm lý. Về mặt hoá học, gốc tự do là những thành phần phân tử có những nguyên tử bị thiếu mất một điện tử ở vòng ngoài cùng. Do đó, phân tử này có khuynh hướng di chuyển tự do và lấy một điện tử của một phân tử khác để tự ổn định. Điều nguy hiểm của gốc tự do không phải là huỷ diệt tế bào mà là làm tổn thương tế bào để đến phiên tế bào bị tổn thương một gốc tự do mới lại oxy hoá một tế bào khác và phản ứng dây chuyền cứ tiếp tục xảy ra.
1.5.2. Cơ chế [36,38]
Đây là cơ chế chủ yếu đối với sự oxy hóa của các phân tử lipid Giai đoạn khơi mào
RH R● + H● (1.1)
( R●: gốc tự do của lipid tại vị trí CH2 của nhóm allylic) Giai đoạn phát triển mạch:
R● + O2 ROO● (1.2)
ROO● + RH ROOH + R● (1.3)
Ở giai đoạn này, nồng độ gốc tự do peroxyl ROO● sinh ra cao gấp nhiều lần nồng độ của các gốc tự do alkoxyl RO● và R●. Các phản ứng xảy ra liên tiếp đối với nhiều phân tử lipid tạo thành một chuỗi phản ứng dây chuyền và cuối cùng chuyển thành dạng hydroperoxide ( ROOH) làm hỏng các acid béo.
Hình 1.8: Sơ đồ tóm tắt quá trình oxy hóa lipid trong cơ thể
1.5.3. Hậu quả [36,37,39]
Qua cơ chế trên, các gốc tự do đã tham gia phản ứng với các chất hữu cơ gây tổn thương màng tế bào, làm biến đổi protein, làm rối loạn quá trình trao đổi chất giữa tế bào với bên ngoài. Ngoài ra, các gốc tự do còn có thể làm thay đổi cấu trúc DNA của tế bào. Do đó các gốc tự do là mầm mống quan trọng dẫn đến nhiều loại bệnh khác nhau như tim mạch, Parkinson, Alzheimer, ung thư và nhất là hiện tượng lão hóa. Đáng lưu ý là cách ăn uống và sinh hoạt sai lầm làm hư hại tế bào và thay đổi gen có thể di hại sang thế hệ kế tiếp. Điều này giải thích tại sao tỷ lệ người mắc bệnh ung thư gia tăng còn có cả những trẻ em. Trong cuộc đời của một người sống tới 70 tuổi, thì có khoảng 17 tấn gốc tự do được tạo ra như vậy.
1.6. CHẤT KHÁNG OXY HÓA
1.6.1. Khái niệm
Là hoạt chất có khả năng ngăn ngừa hay làm chậm quá trình oxy hóa. Nó có khả năng cắt đứt mạch phản ứng dây chuyền gốc tự do trong quá trình oxy hóa lipid. Độc chất thuộc nhóm oxy hóa có một nhược điểm, đó là tuổi thọ rất ngắn. Nếu sửa nhẹ cấu trúc của các chất oxy hóa thì chúng không kịp triển khai tác dụng và sẽ bị đào thải. [36,37]
1.6.2. Phân loại
Có 2 cách phân loại hoạt chất kháng oxy hóa là phân loại theo nhóm hoạt động và phân loại hóa sinh thông thường
1.6.2.1. Phân loại theo nhóm hoạt động [36]
Bao gồm 5 nhóm sau:
♦ Chất kháng oxy hóa sơ cấp: là những chất cho H và e-, kết thúc quá trình phản ứng chuỗi như các butyl hydroxyl anisole (BHA), butyl hydroxyl toluene (BHT), tert-butyl hydroquinone, …
♦ Chất kháng oxy hóa thứ cấp: là những chất có khả năng phân hủy các hydroperoxyde của chất béo thành các sản phẩm bền như dilauryl thiopropionate và acid thiodipropionic.
♦ Các chất bắt giữ oxy: chứng phản ứng với oxy và loại oxy ra khỏi hệ thống như acid ascorbic (vitamin C), ascorbyl palmitate, acid erythobic và muối của chúng.
♦ Các enzyme kháng oxy hóa: các enzyme này có khả năng loại oxy hoặc các chất có tính oxy hóa khỏi hệ thống sinh học. Đó là glucosidase, superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase, …
♦ Các tác nhân tạo phức vòng: chúng có khả năng tạo phức vòng với các ion kim loại như sắt và đồng. Đó là các acid amine, acid citric, acid ethylene-diamine-tetra-acetic (EDTA),…
1.6.2.2. Phân loại theo hóa sinh [37,40]
Người ta thường phân thành 2 loại:
♦ Chất kháng oxy hóa nội sinh:
Trong cơ thể khoẻ mạnh, gốc tự do sinh ra có giới hạn, không quá thừa để gây hại. Bởi vì bên cạnh các gốc tự do luôn có hệ thống các chất chống oxy hoá "nội sinh" (tức có sẵn trong cơ thể) cân bằng lại, vô hiệu hoá các gốc tự do có hại. Hệ thống các chất chống oxy này gồm các enzym như glutathione peroxidase, superoxide dismutase, glutathione peroxidase, catalase, các peroxide kim loại, ... đặc biệt là vitamin C, vitamin E, beta-carotene (tiền vitamin A), khoáng chất selen "nội sinh" có sẵn trong cơ thể, xúc tác các phản ứng khử để vô hiệu hoá gốc tự do (còn gọi là "bẫy" gốc tự do) giúp cơ thể khoẻ mạnh.[40]
♦ Chất kháng oxy hóa ngoại sinh
Là các hợp chất kháng oxy hóa có trong tự nhiên hoặc được tổng hợp. Khi gốc tự do sinh ra quá nhiều (do ô nhiễm môi trường, do tia cực tím từ ánh nắng, do khói thuốc lá, do viêm nhiễm trong cơ thể, thậm chí do dùng một số dược phẩm...) và hệ thống chất oxy hoá nội sinh không đủ sức cân bằng, cơ thể sẽ sinh ra rối loạn bệnh lý. Vì thế, có thể phòng tránh nhiều căn bệnh nghiêm trọng một cách hiệu quả và tương đối đơn giản bằng cách cung cấp kịp thời cho cơ thể các chất kháng oxy hóa ngoại sinh từ nguồn thức ăn hay dược liệu có chứa tiền vitamin A, vitamin C, E hoặc khoáng tố như selen, kẽm, vanadium hay hoạt chất trong thực vật như flavonoid.[40]
1.6.3. Cơ chế [36]
1.6.3.1. Cơ chế chuyển proton (HAT) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở giai đoạn phát triển mạch, phản ứng (1.2) xảy ra rất nhanh ( k ÷ 109 M-1s-1 ) nhưng phản ứng (1.3) lại xảy ra chậm hơn ( k ÷ 101 M-1s-1) nên có thể kiểm soát dễ hơn. Các chất kháng oxy hóa, ví dụ các hợp chất kháng oxy hóa họ phenolic ArOH có thể thực hiện phản ứng ngăn chặn sự hình thành các ROOH để cắt đứt mạch phản ứng dây chuyền theo cơ chế chuyển H như sau:
ROO● + ArOH ROOH + ArO●
Để thể hiện tốt vai trò kháng oxy hóa thì điều kiện cần thiết là gốc tự do ArO● phải bền, gốc tự do này có thể phản ứng chậm với phân tử lipid nhưng phải phản ứng nhanh với gốc peroxyl ROO● để phá vỡ phản ứng dây chuyền. Gốc tự do α – tocopherol (thành phần chính của vitamin E) và vitamin C trong máu người phản ứng với gốc ROO● với k ÷ 106 M-1s-1 nên chúng là một chất kháng oxy hóa rất hữu hiệu cho cơ thể.
1.6.3.2. Cơ chế chuyển electron (SET)
Các chất kháng oxy hóa có thể làm giảm hoạt tính các gốc tự do theo cơ chế chuyển electron bằng cách hình thành gốc tự do cation ở giai đoạn đầu, giai đoạn này diễn ra thật nhanh, kế đó là phản ứng tách proton thuận nghịch:
ROO● + ArOH ROO- + ArOH●+ ArOH●+ + H2O ArO● + H3O+ ROO- + H3O+ ROOH + H2O
Gốc tự do cation ArOH●+ cũng có thể tấn công phân tử lipid nhưng không đáng kể. Năng lượng ion hóa càng nhỏ thì khả năng chuyển electron càng dễ, khả năng kháng oxy hóa càng cao. Tuy nhiên ở đây chúng ta không bàn sâu về vấn đề này.
1.6.4. Tác dụng và tác hại [41,42]
Như đã nói ở trên, việc sử dụng các hoạt chất kháng oxy hóa có thể tránh được nhiều loại bệnh do các gốc tự do gây ra. Tuy vậy, nếu sử dụng các hoạt chất này với liều lượng quá mức có thể gây ra nhiều tác hại đáng lo ngại. Ví dụ: khi thừa vitamin A sẽ gây đau bụng, buồn nôn, bơ phờ, chậm chạp, phù gai thị, bong da toàn thân. Ngộ độc có thể xảy ra khi uống trên 40.000 đơn vị mỗi ngày, gây đau xương khớp, rụng tóc, môi khô nứt nẻ, chán ăn, gan lách to…Vitamin C tuy ít tích luỹ nhưng nếu dùng liều cao lâu ngày, có thể tạo sỏi oxalate (do dehydroascorbic chuyển thành acid oxalic), hoặc sỏi thận urate, đi lỏng, rối loạn tiêu hóa, giảm độ bền hồng cầu,…
Chính vì vậy, việc sử dụng chất kháng oxy hóa cần phải điều chỉnh đúng liều lượng và phù hợp với nhu cầu của cơ thể để phát huy tác dụng cao nhất.