Glikacja – nowe spojrzenie na starzenie się skóry

• Strona główna
• Artykuły
• Glikacja – nowe spojrzenie na starzenie się skóry

Data publikacji: 2016-10-20 / Autor: Anna Frydrych, Łukasz Pyzioł, Cederroth Polska SA

Chemia jest jedną z dziedzin nauk podstawowych, wyjaśnia zjawiska otaczającego świata i prowadzi do lepszego zrozumienia rzeczywistości. Jest początkiem, wkładem w nauki stosowane, których celem jest opracowanie praktycznych rozwiązań problemu znajdujących zastosowanie w życiu codziennym. Taką właśnie drogę przebyło odkrycie Louisa Camilla Maillarda, francuskiego chemika i fizyka. Ten naukowiec rozpoczął swoją uniwersytecką karierę w wieku 16 lat, a w wieku 25 lat został profesorem. W kręgu jego zainteresowań leżały zjawiska wiążące zapach, smak i barwę z procesami prażenia ziaren kakao, kawy, wypieku chleba… Maillard odkrył, że charakterystyczne dla tych procesów brązowienie to wynik reakcji pomiędzy cukrem (cukrem redukującym, który jest związkiem karbonylowym –R-C=O(-R)) a aminokwasem peptydu lub białka. Te dwa związki łącząc się, dają produkty, których efektem jest aromat i smak. Dla młodego naukowca badanie tego zjawiska było jak podróż przez labirynt, ponieważ proces ten okazał się bardzo złożony i wieloetapowy, a ówczesne narzędzia analityczne nie pozwalały na rozdział i identyfikację produktów etapów przejściowych. Maillard dzięki swoim doświadczeniom dowiódł, że łańcuch reakcji rozpoczyna się samoistnie i bez udziału enzymów pomiędzy grupą karbonylową cukrów a grupą aminową aminokwasów lub peptydów. Wiedział też, że w odróżnieniu od karmelizacji, która zachodzi w temperaturze pomiędzy 120-150ºC, przemianom które badał sprzyja już temperatura pokojowa. W 1912 roku opisał równanie, które leży u podstaw prac prowadzonych do dziś. Dalsze badania prowadzone przez naukowców skupiły się na poznaniu dokładnego przebiegu reakcji. Proces opisany przez Maillarda odnosi się do współczesnego pojęcia glikacji, która zachodzi nie tylko podczas przetwarzania żywności, co leżało u podstaw badań Maillarda, ale też naturalnie w organizmach żywych. Końcowe produkty przemian określa się wspólną nazwą AGEs (ang. Advanced Glycation End-Products) i są to związki zarówno endogenne, czyli te powstające wewnątrz organizmu, jak i te pochodzące z produktów spożywczych. Z upływem czasu produktów glikacji w organizmie człowieka przybywa, co jest przyczyną niektórych schorzeń i naturalnym procesem związanym ze starzeniem się organizmu.

Biochemia glikacji w skrócie
W przebiegu procesu glikacji można wyróżnić trzy fazy. We wczesnym etapie cukier redukujący (np. glukoza, fruktoza, galaktoza) reaguje z peptydem lub białkiem zawierającym wolną grupę aminową. Wynikiem tej reakcji jest labilna zasada Schiffa (aldoimina). Etap ten przebiega dosyć szybko. Następnym krokiem jest powolne wewnątrzcząsteczkowe przegrupowanie do tzw. produktów Amadoriego, związków z reaktywną chemicznie wolną grupą karbonylową. Niekiedy nazywane również jako wczesne produkty glikacji (ang. Early Glycation Products, EGP), związki te są prekursorami substancji odpowiedzialnych za zapach i/lub barwę wielu produktów spożywczych. Dalsze reakcje, którym ulegają EGP, jak np. dehydratacja i utlenianie mogą prowadzić do uwalniania reaktywnych form tlenu, rodników organicznych oraz do bardzo reaktywnych związków α-dikarbonylowych (glioksal, metyloglioksal, 3-deoksyglukozon). W wyniku ich reakcji z aminokwasami, w trzecim etapie, tworzą się właśnie AGEs, czyli zaawansowane końcowe produkty glikacji. Badania struktur AGEs wciąż trwają. Dotychczas udało się wyizolować AGEs głównie dzięki badaniom modelowym. Ich cechą charakterystyczną jest specyficzna fluorescencja, wynikająca z połączenia pomiędzy cukrami a lizyną występującą w białkach. Do AGEs zalicza się m.in. furoilo-furanylo-imidazol (FFI), karboksymetylolizynę (CML), piralinę i pentozydynę.

Wpływ glikacji na starzenie się skóry
Powstawanie AGEs u ludzi jest następstwem starzenia oraz wynikiem chorób, jak np. cukrzycy. Należy jednak wyraźnie zaznaczyć, że AGEs w organizmie powstają też dzięki większej dostępności węglowodanów (fruktoza in vitro jest bardziej reaktywna od glukozy). Ponadto w organizmach kumulują się także AGEs pochodzące ze spożywanych pokarmów, a wszystkie razem zaostrzają stres oksydacyjny i przyspieszają starzenie. Naturalnie istnieją fizjologiczne (nerki, enzymy trawienne, bakterie jelitowe) i metaboliczne (proteosomy) drogi usuwania AGEs z organizmu. Jednak w sytuacjach, gdy nasila się tworzenie AGEs w organizmie, cząsteczki te wywierają istotne efekty, bezpośrednio zmieniając białka, a więc i ich funkcje. Bezpośrednia glikacja ma największe znaczenie dla białek macierzy zewnątrzkomórkowej, przede wszystkim kolagenu. To główne białko tkanki łącznej, zbudowane z trzech polipeptydowych łańcuchów, zawiera m.in glicynę, argininę, prolinę, hydroksyprolinę i hydroksylizynę. Związki α-dikarbonylowe mają duże powinowactwo do argininy, a fruktoza i glukoza do lizyny obecnej w strukturze pro-kolagenu. Wiązanie krzyżowe cząsteczek kolagenu przez AGEs sieciuje strukturę macierzy międzykomórkowej, powoduje zmianę konformacji przestrzennej i spowalnia proteolizę. W efekcie dochodzi do utraty pierwotnych właściwości białka oraz zaburzenia pełnionych przez nie funkcji. W przypadku kolagenu w skórze skutkiem będzie utrata własności biomechanicznych, spadek jędrności i sprężystości skóry.

Obecnie wiadomo, że działaniu AGEs poddaje się także fibronektyna, laminina i elastyna, a sam proces glikacji protein zwiększa ilość wolnych rodników[6]. Końcowe produkty zaawansowanej glikacji wpływają na komórki wielu tkanek, także skóry, poprzez specyficzne receptory zlokalizowane na ich powierzchni. Najlepiej poznanym receptorem wiążącym AGEs jest receptor RAGE (ang. receptor for advanced glycosylation end-products). Interakcja AGEs-RAGE wyzwala szereg procesów w komórce lub tkance – stymuluje transkrypcję genów cytokin, indukuje migrację makrofagów, a także stymuluje uwalnianie reaktywnych form tlenu i indukuje stres oksydacyjny.

Co ciekawe obecności AGEs w skórze sprzyja brak ochrony przeciwsłonecznej, co oznacza że promieniowanie słoneczne sprzyja glikacji, a glikacja fotostarzeniu.

CAŁY ARTYKUŁ ZNAJDĄ PAŃSTWO W NR 3/2016 KWARTALNIKA "CHEMIA I BIZNES. RYNEK KOSMETYCZNY I CHEMII GOSPODARCZEJ". ZAPRASZAMY.

przemysł kosmetycznyglikacjafotostarzenie