Tokoferole i tokotrienole jako witamina E

Tokoferole i tokotrienole jako witamina E
Fot. Adobe Stock. Data dodania: 20 września 2022

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

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.
×

DALSZA CZĘŚĆ ARTYKUŁU JEST DOSTĘPNA DLA SUBSKRYBENTÓW STREFY PREMIUM PORTALU WNP.PL

lub poznaj nasze plany abonamentowe i wybierz odpowiedni dla siebie. Nie masz konta? Kliknij i załóż konto!

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu

Podaj poprawny adres e-mail
W związku z bezpłatną subskrypcją zgadzam się na otrzymywanie na podany adres email informacji handlowych.
Informujemy, że dane przekazane w związku z zamówieniem newslettera będą przetwarzane zgodnie z Polityką Prywatności PTWP Online Sp. z o.o.

Usługa zostanie uruchomiania po kliknięciu w link aktywacyjny przesłany na podany adres email.

W każdej chwili możesz zrezygnować z otrzymywania newslettera i innych informacji.
Musisz zaznaczyć wymaganą zgodę

KOMENTARZE (0)

Do artykułu: Tokoferole i tokotrienole jako witamina E

NEWSLETTER

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu.

Polityka prywatności portali Grupy PTWP

Logowanie

Dla subskrybentów naszych usług (Strefa Premium, newslettery) oraz uczestników konferencji ogranizowanych przez Grupę PTWP

Nie pamiętasz hasła?

Nie masz jeszcze konta? Kliknij i zarejestruj się teraz!