Tokoferole i tokotrienole jako witamina E

Witaminy to związki wchodzące w skład koenzymów i będące składnikami niebiałkowymi enzymów. Dzięki nim możliwe jest życie i prawidłowe funkcjonowanie organizmu.

Trwa rejestracja uczestników na nasz tegoroczny Europejski Kongres Gospodarczy. Zapraszamy! Udział możecie potwierdzić pod tym linkiem.

Wstęp

Witaminy to związki wchodzące w skład koenzymów i będące składnikami niebiałkowymi enzymów. Dzięki nim możliwe jest życie i prawidłowe funkcjonowanie organizmu. Witaminy dostarczane są wraz z pożywieniem, bowiem sam organizm nie jest w stanie samodzielnie ich wytworzyć [1]. W wyniku nieprawidłowego odżywiania, zakłóceń wchłaniania albo przyjmowania odżywek typu kofeina, nikotyna, a także leków, może dochodzić do hipowitaminozy, która stanowi oznakę niedoboru witamin. skutkiem tego jest osłabienie, zmniejszona odporność, ból mięśni i stawów, kruchość ścian naczyń krwionośnych, apatia, zmiany skórne. Przyspieszony jest również proces starzenia. Jednym z najskuteczniejszych przeciwutleniaczy (antyoksydantów), hamujących starzenie się komórek, jest witamina E. Potrafi ona wnikać w skórę i wbudowywać się w cement międzykomórkowy, dzięki czemu chroni przed niszczeniem naskórka i zmniejsza jego wrażliwość na promieniowanie UV [1, 2]. Mianem witaminy E określana jest grupa związków pochodnych a-tokoferolu, o zbliżonej aktywności fizjologicznej [2].

Historia witaminy E

Na początku XX w., po raz pierwszy dowiedziono o istnieniu witaminy E. stało się to na skutek prowadzonych wówczas badań wpływu różnych czynników na reprodukcję zwierząt. Związek ten otrzymał w krótkim czasie miano czynnika odżywczego, dobrze rozpuszczalnego w tłuszczach [3]. Witamina E (a-tokoferol, a-T) została wyizolowana z oleju z kiełków pszenicy przez grupę badawczą Evansa w 1936 r. [4]. Nazwa „tokoferol" pochodzi od greckich słów: tocos (ozn. urodzić)

1 pherein (ozn. nieść), mających podkreślić istotną rolę tego związku dla życia młodych szczurów [5]. Przyrostek „-ol" wskazuje na przynależność związku do grupy alkoholi [6]. W 1937 r. wyizolowano z oleju roślinnego |3- i y-tokoferol (|3-, y-T) [7]. Rok później zdefiniowano strukturę a-tokoferolu [8, 9], następnie określono dla niego proces syntezy [10] oraz udowodniono, że jest on najskuteczniejszym z poznanych toko-feroli w profilaktyce niedoboru witaminy E [11]. W 1947 r. otrzymano 5-tokoferol (5-T) metodą izolacji z oleju sojowego [12]; w tym samym roku naukowcom udało się zidentyfikować cztery naturalnie występujące tokotrienole (α-T3, |3-T3, γ-T3, 6-T3) [13, 14].

Budowa i właściwości chemiczne

Witamina E jest nazwą grupy organicznych związków chemicznych, rozpuszczalnych w tłuszczach, w skład których wchodzą tokoferole (T) i tokotrienole (T3). Ich wspólną cechą jest obecność dwupierścieniowego szkieletu 6-hydroksychromanu oraz łańcucha bocznego zbudowanego z 3 jednostek izoprenowych. Związkiem macierzystym dla rodziny witaminy E jest tokol, chemicznie zwany 2-metylo-2-(4',8',l2'-trimetylotridecylo)-chroman-6-olem [15] (Rys. 1). Nomenklatura ta została przyjęta przez IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) - Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej [I6-H8].

Obecnie znanych jest 8 naturalnie występujących homologów zaliczanych do rodziny witaminy E. Są nimi a-, |3-, y-, 5-tokoferole odznaczające się nasyconym bocznym łańcuchem węglowym i składające się z trzech jednostek izoprenoidowych oraz ich odpowiedniki w postaci nienasyconych a-, |3-, y-, 5-tokotrienoli [15]. Tokotrienole posiadają w swej budowie podwójne wiązanie, występujące w bocznym łańcuchu węglowym przy 3, 7 i ll atomie węgla (Rys. 2). Wzajemne powiązania strukturalne tokoferoli i tokotrienoli zostały przedstawione w Tablicach I i 2.

Homologi tokoferolu i tokotrienolu różnią się strukturalnie pod względem liczby i lokalizacji grup metylowych w pierścieniu chromanolu. a-Homologi zawierają trzy grupy metylowe, |3- oraz y-homologi są wzajemnymi izomerami o dwóch grupach metylowych, natomiast a-tokoferol (a-T) i 5-tokotrienol (8-3T) są mo-nometylowe. Tokoferole mają trzy asymetryczne węgle (centra chiralne) w pozycji 2 w pierścieniu chromanolu oraz w pozycji 4' i 8' w bocznym nasyconym łańcuchu fitylowym. Syntetyczny a-T (all-roc-a-T) jest mieszaniną racemiczną poszczególnych stereoizo-merów. Dlatego też każdy z tokoferoli ma osiem (23) izomerów optycznych. Przykładowo dla a-tokoferolu odmiany wszystkich ośmiu izomerów, tzw. all-roc-a-T przedstawiają się następująco: RRR-, RSR-, RRS-, RSS-, SRR-, SSR-, SRS-, SSS-. W przyrodzie występują jedynie RRR-tokoferole [15]. Z kolei tokotrienole powstające z 2-metylo-2-(4',8',l2'-trimetylotrideka-3',7',M'-trienylo)-chro-man-6-olu, niemetylowanej struktury pierścienia, mają tylko jedno centrum chiralne w pozycji 2. W rezultacie możliwe jest utworzenie dwóch stereoizomerów: 2R oraz 2S. Nienasycony łańcuch fitylowy przy węglu 3' i 7' umożliwia powstanie czterech izomerów geometrycznych typu cis-trons. Osiem potencjalnych izomerów tokotrie-noli podano w Tablicy 3. W przyrodzie istnieją tylko izomery 2R, 3'-trons oraz 7'-trons [l5]. Zarówno wyizolowanie wszystkich form tokotrienoli, jak i wyjaśnienie ich właściwości strukturalnych zostało zrealizowane w 1960 r. przez Pennocka i współpr. oraz przez grupę badawczą prowadzoną przez Islera [16-20].

Związki witaminy E zaliczane są do najważniejszych naturalnych przeciwutleniaczy. Występują najpowszechniej w surowcach i produktach roślinnych. Ich właściwości antyoksydacyjne wynikają przede wszystkim z obecności grupy hydroksylowej w pierścieniu chromanolu (pozycja 6), która jest związana z węglem o hybrydyzacji sp2, a więc charakteryzuje się obecnością wodoru w położeniu allilowym. Antyoksydacyjna aktywność tokoferoli in vivo zmienia się w następującej kolejności: a-T > |3-T > y-T > 5-T. Z kolei ich aktywność in vitro kształtuje się dokładnie odwrotnie: 5-T > y-T ~ |3-T > a-T [21]. Działanie homologów |3-, y- i 5-T w organizmie człowieka jest ograniczone, ponieważ w wątrobie są one natychmiast metabolizowane i wydalane z żółcią lub moczem [21]. Ponadto stwierdzono, że α-T3 charakteryzuje się znacznie większą aktywnością prze-ciwutleniającą niż a-T [21]. Wszystkie postaci witaminy E z wyglądu przypominają bezbarwne lub jasnożółte i lepkie oleje, a dodatkowo rozpuszczalne są w tłuszczach lub organicznych rozpuszczalnikach tłuszczowych [l5].

Zasady nazewnictwa

Z uwagi na złożoną nomenklaturę tokoferoli i tokotrienoli, od 1981 r. stosuje się zasady nazewnictwa przedstawione wg IU-PAC-IUB (Joint Commission on Biochemicol Nomencloture) [15-18]. Określenie „witamina E" powinno być stosowane do ogólnego nazewnictwa wszystkich tokoli i tokotrienoli oraz ich pochodnych, wykazujących podobieństwo, zarówno pod względem jakościowym jak i aktywności biologicznej, do a-tokoferolu. Termin „to- kol" jest uproszczonym określeniem dla związku o nazwie 2-mety-lo-2-(4',8',l2'-trimetylotridecylo)-chroman-6-ol [Rys.l], w którym R| = R2 = R3 = H. Słowo „tokoferol(e)" powinno być używane jako nazwa ogólna dla wszystkich mono-, di- oraz trimetylotokoli. Tym samym określenie to nie jest synonimem dla „witaminy E". Związek na Rysunku 2, gdzie R| = R2=R3 = H, tj. 2-metylo-2-(4',8',l2'-trime-tylotrideka-3',7',ll'-trienylo)-chroman-6-ol, jest oznaczany jako tokotrienol (tylko all-trons-(E,E)-tokotrienole występują w przyrodzie). Jedynie naturalnie występujący stereoizomer dotychczas poznanego a-tokoferolu ma konfigurację 2R,4'R,8'R zgodną z zasadą zachowania kolejności. Dlatego też jego nazwa systematyczna brzmi (2R,4'R,8'R)-a-tokoferol. Ten sam system nazewnictwa może być stosowany dla wszystkich innych pojedynczych form stereoizomerów tokoferoli. Używanie uproszczonych oznaczeń jest zalecane do zwięzłego określania konfiguracji ważnych stereoizomerów a-tokoferolu, zwłaszcza w przypadku mieszanin tych związków. Przykładowo, dla wspomnianego wcześniej a-tokoferolu (a-T), mającego konfigurację 2R,4'R,8'R, znanego dawniej pod nazwą d-a-tokoferol, powinno się stosować zapis RRR-a-T. Estry tokoferoli oraz estry tokotrienoli nazywa się przykładowo: octan a-tokoferolu, octan a-tokotrienolu.

Znaczenie witaminy E dla zdrowia i urody

Witamina E jest silnym antyoksydantem wielonienasyconych kwasów tłuszczowych i fosfolipidów, wchodzących w skład błon komórkowych. Bierze również udział w procesach metabolicznych [2, 22]. Jej niedobór może być przyczyną zaburzeń neurologicznych, powstałych w wyniku peroksydacji błon komórkowych neuronów i procesów degeneracyjnych w mózgu, które nasilają się w procesie starzenia [5, 15, 19]. U osób dorosłych deficyt witaminy E jest najczęściej uwarunkowany zaburzeniami wchłaniania tokoferoli, np. w przypadku biegunki tłuszczowej lub też usunięcia części jelita cienkiego [11, 15]. Natomiast jej deficyt endogenny może powstać w przypadku 3-lipoproteinemii (choroby dziedzicznej), jak również podczas wydzielania lipoproteidów, transportujących tokoferole z wątroby do innych tkanek [l9]. Brak witaminy E jest szczególnie niebezpieczny u dzieci, a zwłaszcza noworodków, bowiem może stać się przyczyną rozwoju niedokrwistości, zaburzeń wzroku (re-tinopatii, fibroplazji), dysplazji oskrzelowo-płucnej, a także nagłego zgonu [l5]. W przypadku niedoboru witaminy E w organizmie, wzrasta ryzyko wystąpienia chorób infekcyjnych, sercowo-naczy-niowych oraz procesów zapalnych [22]. Z kolei obecność tokoferoli i tokotrienoli, zawartych pod postacią witaminy E, chroni organizm przed starzeniem, ponieważ związki te potrafią skutecznie neutralizować wolne rodniki [6, 13]. Warto wiedzieć, że bogatym źródłem tokoferoli są zwłaszcza oleje roślinne i ryby, ale także kiełki pszenicy, pełne ziarna zbóż, nasiona, zielony groszek [15]. Witamina E stosowana jest m.in. do leczenia zaburzeń mięśniowych oraz chorób serca. Co więcej, zmniejsza ona ryzyko wystąpienia dusznicy bolesnej i zawału serca, a jej podanie krótko po zawale serca może zapobiec rozszerzaniu się strefy uszkodzenia mięśnia. Ponadto dowiedziono, że związek ten hamuje powstawanie miażdżycy i przeciwdziała rozwojowi nowotworów [19]. Witamina E obniża degradację erytrocytów, ułatwiając jednocześnie dostarczanie zawartego w nich tlenu do wszystkich komórek organizmu [l5, l9]. Dodatkowo wzmacnia i uelastycznia naczynia krwionośne, a także obniża krzepliwość krwi. Co ciekawe, zawartość tej witaminy w osoczu krwi u ludzi waha się w granicach od 0,8 do 2 mg/dl (średnio 1 mg/dl). Objawy niedoboru pojawiają się zwykle przy stężeniu tokoferoli poniżej 0,5 mg/dl [15]. Witamina E nie jest syntezowana w organizmie człowieka, dlatego też dostarczane z pożywieniem tokoferole gromadzą się głównie w tkance tłuszczowej. Wchłanianie witaminy E w jelitach zależy od obecności tłuszczów w pożywieniu. Proces ten ulega zaburzeniu w przypadku niedostatecznego wydzielania żółci [15]. Biologiczna aktywność witaminy E mierzona jest w mikro-gramach RRR-a-tokoferolu lub w jednostkach międzynarodowych, zatem I j.m. odpowiada aktywności I mg octanu D,L-a-tokoferolu, wprowadzanego doustnie w próbie zahamowania resorpcji płodu u szczurów, pozbawionych tego związku [5-7,I5].

W kosmetykach witamina E pełni rolę doskonałego przeciwu-tleniacza, który stabilizuje strukturę tłuszczów nienasyconych [2]. Dzięki fizykochemicznym oddziaływaniom, zachodzącym między bocznym łańcuchem izoprenoidowym cząsteczki danego tokofe-rolu a węglowodorowym łańcuchem wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, które wchodzą w skład fosfolipidów membranowych, możliwe jest działanie stabilizujące tokoferoli na błony biologiczne. Ponadto wraz z witaminą A stosowana jest w leczeniu trądziku pospolitego i egzemy [2]. Nie bez znaczenia jest fakt, że witamina E jest odporna na działanie wysokich temperatur, natomiast ulega rozkładowi pod wpływem światła i tlenu [2I, 22]. Jednak najbardziej odpornym związkiem z rodziny tokoferoli na oba te czynniki jest estrowa forma witaminy E - octan tokoferylu, będący składnikiem aktywnym często stosowanym w filtrach przeciwsłonecznych. Zapewnia on efektywną ochronę przed utlenieniem i degradacją lipidów naskórka [6, 22]. Witamina E łagodzi także podrażnienia i poparzenia skóry, powstałe na skutek działania promieni słonecznych. Dodatkowo działa przeciwzapalnie oraz przeciwobrzękowo. Ponadto, dobrze przenika przez naskórek i wbudowuje się w cement międzykomórkowy, zapewniając odżywienie i poprawę elastyczności skóry. Jako składnik aktywny kosmeceutyków, witamina E nie tylko koi, nawilża, wygładza i ujędrnia skórę, ale także wspomaga leczenie przebarwień i łagodzi objawy kontaktowego zapalenia skóry [I-3].

Niezwykle skuteczne w działaniu są także pochodne tokoferoli, w tym m.in. linolenian a-tokoferolu, który wbudowuje się w lipidy naskórka, wykazując długotrwały efekt nawilżający i promienio-chronny. Inną, bardzo często stosowaną pochodną tokoferoli jest wspomniany wcześniej octan tokoferolu. Związek ten sanowi trwały, składnik aktywny, odporny na światło i działanie tlenu. Coraz częściej w produktach promieniochronnych stosowany jest również acetylosalicylan tokoferolu, będący łatwo wchłanianym związkiem zarówno przez skórę jak i przez włosy [I, 6, 22].

Zawartość witaminy E określana jest poprzez oznaczenie zawartości stężenia tokoferoli w surowicy i osoczu krwi. Do tego celu używa się metod spektrofotometrycznych, które polegają na utlenieniu tokoferoli chlorkiem żelaza(III), a następnie określeniu ilości powstającego Fe2+ w postaci barwnego kompleksu z 2,2'-di-pirydylem lub 3-fenantroliną. W ostatnich latach coraz częściej zaczęto stosować metody spektrofluorymetryczne, charakteryzujące się większą czułością i pozwalające określić zawartość tokoferoli w 0,1 cm3 surowicy krwi. Dodatkowo, w celu wykrycia ewentualnych niedoborów witaminy E, bada się ilość keratyny wydalanej z moczem oraz wrażliwość erytrocytów na hemolizę nadtlenkową w środowisku izotonicznym. Oba te wskaźniki znacznie wzrastają w przypadku deficytu witaminy E. W ostatnich latach zaproponowano także badanie zawartości w wydychanym powietrzu pentanu i etanu przy użyciu chromatografii gazowej. W przypadku niedoboru witaminy E, ilość obu związków wzrasta na skutek nadtlenkowe-go utlenienia nienasyconych kwasów tłuszczowych [15, 19].

Podsumowanie

Tokoferole (a-T, P-T, y-T, 5-T) oraz ich odpowiedniki w postaci tokotrienoli (α-T3, β-T3, γ-T3, δ-T3) zaliczane są do tzw. rodziny witaminy E. W organizmach żywych związki te pełnią rolę biologicznych antyoksydantów, które inaktywują wolne rodniki i tym samym hamują rozwój nadtlenkowego utlenienia nienasyconych lipidów. Z uwagi na fakt, że nienasycone lipidy stanowią jeden z ważniejszych składników błon biologicznych, wymieniona funkcja

tokoferoli ma duże znaczenie w utrzymaniu spójności strukturalnej i aktywności funkcjonalnej błon lipoproteinowych komórek oraz organelli subkomórkowych. Ze względu na swoje dobroczynne właściwości, tokoferole i tokotrienole znalazły szerokie zastosowanie w medycynie. Wspomagają leczenie, m.in. zaburzeń mięśniowych oraz chorób serca, a także przeciwdziałają rozwojowi miażdżycy czy nowotworów. Oprócz tego, a-, y-, 5-tokoferole znalazły uznanie w kosmetyce, gdzie pełnią funkcję bardzo silnych przeciw-utleniaczy. Związki te, znane głównie jako witamina E („witamina młodości") wykazują działanie kojące, nawilżające, uelastyczniające, ochronne oraz przeciwstarzeniowe. Dzięki temu stosowane są najczęściej w preparatach o działaniu promieniochronnym, w kremach nawilżająco-regenerujących oraz w preparatach do pielęgnacji włosów.

Literatura

1. Jurkowska S.: Chemia surowców kosmetycznych. Wydanie II. Ośrodek Informatyczno-Badawczy „Ekoprzem" Sp. z o.o., Dąbrowa Górnicza 2007.

2. Lamer-Zarawska E., Chwała C., Gwardys A.: Rośliny w kosmetyce i ko-smetologii przeciwstarzeniowej. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 20I2.

3. Friedrich W.: Vitamin E, In Vitamins. Walter de Gruyter, Berlin I988, 4.

4. Evans H.M., Emerson O.H., Emerson G.A.: The isolation form wheat germ oil of an alcohol, alpha tocopherol, having the properties of vitamin E. J Biol. Chem. I936, 113, 3I9.

5. Sokol R.J.: Vitamin E, In Present Knowledge in Nutrition. 7th ed., ILSI Press Washington, D.C., I996, 13.

6. Papas A.: The Vitamin E Factor. HarperCollins, New York I999.

7. Emerson O.H., Emerson G.A., Mahammad A., Evans H.M.: The chemi-stry of vitamin E: tocopherols from various sources. J Biol. Chem. I937, 122, 99.

8. Fernholz E.: The thermal decomposition of a-tocopherol. J Am Chem. Soc. I937, 59, II54.

9. Fernholz E.: On the constitution of alpha-tocopherol. J Am Chem. Soc. I938, 60, 700.

10. Karrer P, Frizche H., Ringier B.H., Solomon A.: Synthese des alpha-tocopherol. Helv Chim Acta I938, 21, 820.

11. Olcott H.S., Emerson O.H.: Antioxidants and the autoxidation of fats. IX. The antioxidant properties of tocopherols. J Am Chem. Soc. I937, 59, I008.

12. Stern M.G., Robeson C.D., Weisler L., Baxter J.G.: b-Tocopherol I: isolation from soybean oil and properties. J Am Chem. Soc. I947, 69, 869.

13. Pennock J.F., Hemming FW., Kerr J.D.: Reassessment of tocopherol che-mistry. Biochim Biophys Res Commun, I964, 17, 542.

14. Whittle K.J., Dunphy PJ., Pennock J.F.: The isolation and properties of b-tocotrienol from Hevea latex. Biochem J, I966, 100, I38.

15. Eitenmiller R.R., Ye L., Landen W.O.: Vitamin analysis for the health and food sciences. Second Edition. Taylor & Francis Group, 2008.

16. IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature, Nomenclature of tocopherols and related compounds. Recommendations 1937. Eur J Biochem I974, 46, 2I7.

17. IUPAC-IUB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN), Nomenclature of tocopherols and related compounds: recommendations 1981. Eur J Biochem I982, 123, 473.

18. AIN Committee on Nomenclature, Nomenclature policy: generic descrip-tors and trivial names for vitamins and related compounds. J Nutr I990, 120, I2.

19. Diplock A.T.: Antioxidants and disease prevention. Mol Aspects Med I994, 15, 293.

20. Mayer H., Metzger J., Isler O.: Die stereochemic von naturlichem y-tocotrienol (plastochromanol-3), plastochromanol-8 und plastochroma-nol-8 Helv Chim Acta I967, 50, I376.

21. Nogala-Kałucka M., Siger A.: Tocochromonols - biooctive compounds of oilseeds. From biosynthesis to biomorkers. Oilseed Crops, 2011, 32.

22. Szymańska R., Nowicka B., Kruk J.: Witomino E — metobolizm i funkcje. Problemy Nauk Biologicznych, 2009, 58.