Was sind Antioxidantien und freie Radikale?

Antioxidantien und freie Radikale

Die ganze Welt redet von Antioxidantien und freien Radikalen. Jeder kennt sie und alle tragen sie mit sich rum. Aber was sind eigentlich Antioxidantien und freie Radikale, wie entstehen sie und welche Rolle spielen sie in unseren Zellen? Im Folgenden soll die Wirkung von Antioxidantien und freien Radikalen genauer erläutert werden.

Die Entstehung von freien Radikalen

In unseren Zellen herrscht ein ständiger Dauerbetrieb: Chemische Verbindungen werden milliardenfach in den Zellen gespalten, verändert und neu zusammengesetzt. Bei den komplexen Abläufen der Energiegewinnung in den Kraftwerken unserer Zellen, den Mitochondrien, könnte man glatt an die hochspezialisierten Chemielabore eines Pharmakonzerns denken:

Acetyl-CoenzymA kondensiert mit Oxalacetat zu Citrat. Das Enzym Aconitase isomerisiert Citrat zu Isocitrat. Die Isocitrat-Dehydrogenase decarboxyliert das Isocitrat zu dem Reduktionsäquivalent NADH und es entsteht α-Ketoglutarat als Nebenprodukt.

Was sich hier nach einem verrückten Chemieprofessor anhört, sind lediglich die ersten drei Teilschritte des Citratzyklus, der einen Teil der vierstufigen Zellatmung darstellt. Bei so viel Chemie wundert es nicht, dass auch immer wieder Abfall entsteht, der an Chemiemüll erinnert.

Insbesondere die reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und reaktiven Stickstoffspezies entstehen in der Atmungskette als Abfallprodukte und werden als freie Radikale bezeichnet.

Was ist so gefährlich an den freien Radikalen?

Freie Radikale liegen in verschiedenen Formen vor und können die Zelle in verschiedenen Formen schädigen: Sie können die DNA angreifen und Lipidperoxidation und Proteinoxidation auslösen.

Diese verschiedenen Arten der Zellschädigung werden durch eine erhöhte Anzahl von freien Radikalen ausgelöst und als oxidativer Stress bezeichnet. Die reaktiven Sauerstoffspezies lösen diesen aus, da ihnen ein Elektron fehlt. 

Da Sauerstoff ein sehr aggressives Element mit hoher Elektronegativität ist, versucht die reaktive Sauerstoffspezies mit allen Mitteln, das fehlende Elektron von anderen Molekülen abzuziehen. Dieser Vorgang führt zu den erwähnten Zellschäden und fördert den Alterungsprozess.

Neben der reaktiven Sauerstoffspezies kann auch die reaktive Stickstoffspezies Zellschäden auslösen. Die reaktive Stickstoffspezies setzt sich aus der ROS und dem Stickstoffmonoxid, einem wichtigen Signaltransmitter, zusammen. Aus der reaktiven Stickstoffspezies entsteht durch weitere Umwandlungsprozesse Peroxinitrit.

Peroxinitrit ist eine hochgradig reaktive Verbindung, die starke Schäden am Erbgut hinterlassen kann. Das erhöhte Vorkommen von reaktiven Stickstoffspezies wird als nitrosativer Stress bezeichnet.

Sowohl reaktive Sauerstoff- als auch reaktive Stickstoffspezies können Zellschäden insbesondere an der DNA verursachen und sind somit für den Alterungsprozess des Menschen mitverantwortlich. 

Ebenfalls zur Diskussion steht eine Mitverantwortung für degenerative Erkrankungen wie Schlaganfall, Morbus Parkinson und Morbus Alzheimer. Zur Abwehr der freien Radikale bestehen zahlreiche Enzyme und die Antioxidantien.

Wie helfen Antioxidantien gegen freie Radikale?

Antioxidantien sind Stoffe, die freie Radikale neutralisieren können. Bei diesem Vorgang trifft ein Antioxidans auf ein freies Radikal und geht mit diesem eine Bindung ein.

Da reaktive Sauerstoffspezies aufgrund ihrer hohen Elektronegativität beständig auf ein zusätzliches Elektron aus sind, erweist sich die Bindung von Antioxidans und reaktiver Sauerstoffspezies als selbstverständlich. Die tägliche Zufuhr von Antioxidantien kann daher zur Vermeidung von Zellschäden beitragen und ein vorschnelles Altern verhindern.

Die Antioxidantien werden aufgrund dieser Wirkung als nichtenzymatische Radikalfänger bezeichnet. Neben den Antioxidantien sind in der Zelle noch viele Enzyme vertreten, die darauf spezialisiert sind, dem oxidativen und nitrosativen Stress entgegen zu wirken. Diese Enzyme werden logischerweise als enzymatische Radikalfänger bezeichnet.

Welche Stoffe wirken als Antioxidantien?

Als natürliche Antioxidantien liegen vor allem die Vitamine C und E vor. Vitamin C kann besonders über Obst und Gemüse reichhaltig aufgenommen werden. Das Vitamin E ist besonders stark in pflanzlichen Ölen vorhanden. Polyphenolische Antioxidantien sind Stoffe wie Resveratrol und Flavonoide. 

Diese Stoffe sind in Kaffee,Tee und Kakao enthalten, können aber auch über Obst und Gemüse aufgenommen werden. Die Carotinoide Lycopin, Betacarotin und Lutein sind ebenfalls Antioxidantien, die über eine gesunde Ernährung mit Obst und Gemüse zugeführt werden können.

Sind freie Radikale immer schlecht und Antioxidantien immer gut?

Der Körper des Menschen ist immer um ein Gleichgewicht bemüht. In der Medizin wird diese andauernde Gleichgewichtsbestrebung als Homöostase bezeichnet. So haben auch freie Radikale in unseren Zellen sinnvolle Aufgaben:

Sie haben in niedriger Konzentration essentielle Funktionen als Botenstoffe und stimulieren das Abwehrsystem der Zelle. Die gesundheitsfördernde Wirkung von Ausdauersport wurde in mehreren Studien auf die Wirkung von freien Radikalen zurückgeführt.

Eine geringe Anzahl an freien Radikalen ist also auch sinnvoll für den Organismus. Ebenso kann sich eine übermäßige Anzahl an Antioxidantien auch negativ auf die Gesundheit des Menschen auswirken, da Antioxidantien nicht zwischen einer erhöhten Anzahl und einem gesunden Vorkommen von freien Radikalen unterscheiden können.