נוגד חמצון

נוגד חִמצון (באנגלית: Antioxidant, ובתעתיק: אנטיאוקסידנט) הוא חומר כימי בעל יכולות חיזור גבוהות, המקטין את קצב תגובות החמצון של חומרים אחרים בסביבתו. נהוג לסווג נוגדי חמצון בהתאם למנגנון הפעולה שלהם, כאשר מבדילים בין נוגדי חמצון ראשונים לנוגדי חמצון שניוניים. מתוך נוגדי החמצון הראשוניים, ישנם כאלו ממקור טבעי (כמו ויטמין E ופולי-פנולים (אנ')) וכאלו שאינם טבעיים. ישנם גם אנזימים שמתפקדים כנוגדי חמצון וישנם אנזימים שיכולים לשחזר נוגדי חמצון לצורתם הפעילה, כמו glutathione reductase (אנ'). נוגדי חמצון מופקים ממקור צמחי או מן החי, שם הם אחראים על נטרול רדיקלים חופשיים ובכך מגנים על האורגניזם מנזקי חמצון שפוגעים בקרום הפלזמה, בחלבונים ובדנ"א. נוכחות נוגדי חמצון במזון מסייעת להאריך את חיי המדף ולשמור על איכותו במגוון דרכים. במזון, הרכיבים הרגישים ביותר לחימצון הם השומנים, ובפרט חומצות שומן רב-בלתי רוויות מסוג אומגה 6 ואומגה 3. נוגדי חמצון משמשים גם כחומרים משמרים במוצרי קוסמטיקה, וכמעכבי-חמצון בדלק. חמצון הוא תגובה כימית שבה אלקטרונים עוברים מחומר מסוים למחמצן. תגובות חמצון יכולות ליצור רדיקלים חופשיים, שמתחילים תגובות שרשרת שפוגעות בתאי הגוף. נוגדי החמצון בולמים את תגובות השרשרת האלה באמצעות הסרה של רדיקל חופשי הנמצא באמצע. הם עושים זאת על ידי חיזור של מחמצנים בסביבתם ובכך הם בעצם מתחמצנים בעצמם. תכונתם החשובה של נוגדי החמצון היא שבמצבם המחומצן הם יציבים יחסית ובכך הם לא גורמים נזק. על אף שתגובות חמצון הן הכרחיות לחיים, הן יכולות גם להזיק. לכן, לצמחים ולבעלי חיים יש מערכות מורכבות של נוגדי חמצון מסוגים שונים, למשל גלוטטיון, ויטמין C, ויטמין E, אנזימים כמו קטלאז, סופראוקסיד דיסמוטאז. רמה נמוכה של נוגדי חמצון, או פעילות של מעכבי האנזימים של נוגדי החמצון, תפגע בתאים או תהרוס אותם. הזדקנות של יצורים חיים מתרחשת, בין השאר, עקב ההתקפה המתמדת של מחמצנים על מולקולות התא; לנוגדי החמצון, לפיכך, יש השפעה מאריכת חיי תא. נוגדי חמצון מסווגים לנוגדי חמצון ראשוניים ושניוניים בהתאם למנגנון הפעולה שלהם. לנוגדי חמצון מסוימים יש יותר ממנגנון פעילות אחד ואלו מכונים נוגדי חמצון מרובי פעולה. אופן הפעולה הכימי משתנה מאוד מכיוון שחומרים אלו מסוגלים לתפקד בכל שלבי תגובת החמצון. תהליך החימצון כולל שלושה שלבים: אתחול, בו נוצרים רדיקלים חופשיים בעיקר בנוכחות אור ומולקולות רגישות לעירור, שלב השרשרת בו התגובה מאיצה ומזינה את עצמה כתוצאה מנוכחות רכיבים רגישים לחימצון, ושלב הסיום בו הרדיקלים מגיבים זה עם זה ונוצרות תרכובות יציבות. נוגדי חמצון ראשוניים, המכונים גם סוג 1 או נוגדי חמצון שוברי שרשרת, מעכבים או מאטים את שלב ההתפשטות (שרשרת) של תהליך החמצון על ידי מסירת אלקטרון וייצוב הרדיקלים. נוגדי החמצון הראשוניים העיקריים המוספים למזון הם תרכובות סינתטיות כמו: BHT-Butylated Hydroxytoluene , BHA- Butylated hydroxyanisole, ופרופיל גלאט-Propyl gallate המותרים להוספה לשמנים המשמשים לעיבוד מזון, כגון, טיגון, צלייה ואפייה. קיימים גם מרכיבים טבעיים הפועלים כנוגדי חמצון ראשוניים אשר מוספים למזונות, כמו נגזרות של ויטמין E (טוקופרול). לנוגדי חמצון שניוניים יש מנגנוני פעולה רבים. הם יכולים לקשור מתכות אשר מזרזות חמצון, לנטרל חמצן סינגלט מעורר או להגיב עם החמצן האטמוספירי, להוריד את החומציות לעיכוב אנזימים מחמצנים, ולהגיב עם הרדיקלים החופשיים. חלק מנוגדי חמצון אלה פועלים באופן סינרגיסטי(אנ') מכיוון שהם מקדמים את הפעילות נוגדת החמצון של נוגדי החמצון הראשוניים. דוגמאות לחומרים כאלו יהיו חומצה ציטרית וחומצה אסקורבית (ויטמין C). לוויטמין C (נקרא גם חומצה אסקורבית) תפקידים רבים בגוף האדם, בין היתר כנוגד חמצון. ויטמין C אינו מיוצר בגוף האדם ועל כן יש לצרוך אותו מהתזונה, למשל על ידי אכילת פירות הדר (כמו לימון, תפוז ואשכולית). ויטמין C מהווה נוגד חמצון שכן הוא מייצב את הרדיקלים החופשיים אשר גורמים לנזקים לרכיבי התא ממערכת הדם. יתר על כן, לוויטמין C יש תפקיד חשוב בחידוש הצורה נוגדת החמצון של ויטמין E על ידי הפחתת Tocopheroxyl radicals. לאחר שוויטמין C ניטרל רדיקל חופשי על ידי ייצובו, הוא מחומצן לחומצה דה-הדרוסקורבית, שיכולה בתורה להפוך בחזרה לחומצה אסקורבית ולפעול שוב כנוגד חמצון. ויטמין E הוא ויטמין מסיס בשומן שקיים בשמונה צורות שונות (α-, β-, γ-, and δ-tocopherol ו- α-, β-, γ-, and δ-Tocotrienol), כולן מיוצרות על ידי צמחים. התזונה של בני האדם מכילה את כל המולקולות הללו אך הגוף מעדיף α-tocopherol. α-tocopherol הוא נוגד חמצון ראשוני שיכול למנוע חמצון שמנים. בתהליך זה α-tocopherol תורם אטום מימן והופך ל-tocopheroxyl רדיקלי, אשר הופך בחזרה ל-α-tocopherol על ידי ויטמין C או על ידי חומרים מחזרים אחרים כמו cysteine או glutathione. המקורות התזונתיים העיקריים של ויטמין E בתזונת האדם הם שמנים צמחיים, ומקורות משניים הם ביצים, גבינות וזיתים. אגוזים הם מקורות מצוינים ל-gamma tocopherol. חומצה אורית היא נוגד חמצון מסיס במים הנפוץ ביותר בבני אדם, והוא תורם בהפחתת הרדיקלים החופשיים בפלזמה. תרכובת זו פועלת לייצוב חומרים מחמצנים כמו: רדיקלי הידרוקסיל, רדיקלי פרוקסיל, חמצן סינגלטי וחומצה היפוכלורית. יתר על כן, חומצה אוּרית יכולה לנטרל קומפלקסים של ברזל ולהגן על הדנ"א מפני שבירות חד-גדיליות הנגרמות על ידי רדיקלים חופשיים בגוף. ישנן תרכובות סינתטיות רבות שפועלות כנוגדי חמצון בצורה טובה יותר מנוגדי חמצון טבעיים, ותרכובות אלו נחשבות ליותר זמינות. נוגדי חמצון סינתטיים ישמשו במגוון רחב של מוצרי מזון והם בעיקר תרכובות פנוליות, כשההנפוצות מביניהן הן הידרוקסילאניזול בוטיל (BHA), הידרוקסילטולואן בוטיל (BHT), פרופיל גלאט (PG), אוקטיל גלאט (OG) ודודציל גלאט (DG) . חומרים אלו ישמשו כנוגדי חמצון ראשוניים להאטת פעילות הרדיקלים החופשיים ולשליטה בחמצון ובפיתוח טעמי לוואי. הוספה של נוגדי חמצון סינתטיים למזון נחוצה אם הם מכילים כמויות קטנות של נוגדי חמצון טבעיים, או שנוגדי חמצון אלו עוברים חמצון בתהליך העיבוד או במשך זמן האחסון. כתוסף מזון נוגדי=חימצון מסומנים באות E. לדוגמה, ויטמין C הוא E300 ואילו הידרוקסיטולואן בוטיל –BHT – הוא E321. הדרישות החוקיות ברוב המדינות מאפשרות הוספה של נוגדי חמצון סינתטיים בריכוזים נמוכים (לא יעלה על 100–200ppm), לעומת נוגדי-חמצון טבעיים (250–500 ppm של תמציות גולמיות). בישראל, הוספת נוגדי-חימצון טבעיים ולא-טבעיים מוגבלת על פי תקנות בריאות הציבור. אנזימים נוגדי חמצון מסוגלים לייצב או לנטרל רדיקלים חופשיים לפני שהם תוקפים רכיבים תאיים. הם מפחיתים את האנרגיה של הרדיקלים החופשיים על ידי תרומת חלק מהאלקטרונים שלהם ובכך גורמים לרדיקלים החופשיים להפוך ליציבים. בנוסף, הם עשויים להפריע לתגובת השרשת המחמצנת (oxidizing chain reaction) שגורמת למזעור הנזק שנגרם על ידי הרדיקלים החופשיים. על ידי הפחתת החשיפה לרדיקלים חופשיים והגברת הצריכה של מזונות עשירים באנזימים נוגדי חמצון או תוספי תזונה שמכילים אנזימים נוגדי חמצון, לגוף יש פוטנציאל להפחית את הסיכון לבעיות בריאותיות הקשורות לרדיקלים חופשיים. דוגמאות לאנזימים שיכולים לשחזר (לחזר) נוגדי חמצון הם SOD ,GPx ,glutathione reductase(GR), CAT. נוגדי חמצון לא רק מאריכים את חיי המדף של מוצרי המזון אלא גם מפחיתים בזבוז של חומרי גלם ומצמצמים פגיעה בערכים התזונתיים של המזון. שינויים כימיים רבים עשויים להתרחש ולהשפיע על הטעם או לגרום להידרדרות של המזון. עבור שומנים למשל, חמצון הוא התגובה הכימית המשמעותית ביותר אשר משפיעה לרעה על איכות השמן ועל טעמו. הפגיעה בטעם נובעת מיצירת טעמי לוואי הנובעים בעיקר מפירוק חומצות שומן בלתי רוויות. הראקטיביות הגבוהה של קשרי הפחמן הכפולים בחומצות שומן בלתי רוויות הופכת את החומרים הללו למטרות ראשוניות לתגובות רדיקלים חופשיים. במזונות המכילים שומנים, נוגדי חמצון מעכבים את תחילת החמצון או מאטים את קצב התקדמותו. לכן, על מנת למנוע זאת מוסיפים למזונות אלו נוגדי חמצון אשר תפקידם אינו לשפר את איכות המזון, אלא לשמור על איכות המזון ולהאריך את חיי המדף. נוגדי חמצון נמצאים באופן טבעי במזונות רבים, לדוגמה תה וקפה (ריכוז גבוה יותר יימצא בקפה לעומת בתה), ובצריכתם מגולמים יתרונות בריאותיים שונים. נוגדי החמצון הפוליפנוליים העיקריים הקיימים בתה הם פלבונואידים וחומצה פנולית. גם פירות וירקות מכילים נוגדי חימצון רבים מסוגים שונים ובכללם הקקאו שמשמש לייצור שוקולד. הדיאטה הים-תיכונית נחשבת לעשירה בנוגדי חימצון בשל הצריכה הגבוהה של פירות וירקות מסוגים שונים. מדיה וקבצים בנושא נוגד חמצון בוויקישיתוף סיינטיפיק אמריקן, תפנית רדיקלית, באתר הידען, 1.9.2009 A review of the epidemiological evidence for the antioxidant hypothesis מתוך כתב העת Public Health Nutrition. על נוגדי חמצון באתר של ד"ר זמיר שליט"א אחת ולתמיד: האם נוגדי חמצון באמת טובים לבריאות שלכם?, באתר וואלה, 8 באוקטובר 2018 מונעי חמצון, דף שער בספרייה הלאומית Casimir C. Akoh, David B. Min (ע), Food Lipids: Chemistry, Nutrition, and Biotechnology, Third Edition, 3, Boca Raton: CRC Press, 2008-03-17, ISBN 978-0-429-11032-0 Emad Shalaby, Antioxidants, 2019-11-06, ISBN 978-1-78923-920-1. (באנגלית) Mohammed Amr El-Missiry, Antioxidant Enzyme, 2012-10-03, ISBN 978-953-51-0789-7. (באנגלית) Vincenzo Zappia, Salvatore Panico, Gian Luigi Russo, Alfredo Budillon, Fulvio Della Ragione, Advances in Nutrition and Cancer, Cancer Treatment and Research, 2014 doi: 10.1007/978-3-642-38007-5 Fereidoon Shahidi, Handbook of Antioxidants for Food Preservation, Woodhead Publishing, 2015-02-25, ISBN 978-1-78242-097-2. (באנגלית) Dabelstein W, Reglitzky A, Schütze A, Reders K, "Automotive Fuels", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007 משרד הבריאות, [chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.health.gov.il/UnitsOffice/HD/PH/FCS/Documents/fcs_list.pdf תקנות בריאות הציבור 2001 תוספי מזון], באתר משרד הבריאות, ‏2001 Amitava Dasgupta, Kimberly Klein, BS MD, Antioxidants in Food, Vitamins and Supplements: Prevention and Treatment of Disease, Elsevier Science, 2016-09-02, ISBN 978-0-12-405872-9. (באנגלית) Edwin Nessim Frankel, Antioxidants in food and biology : facts and fiction, Bridgwater: Woodhead, 2007, ISBN 978-0-85709-790-3 W. S. Waring, Uric acid: an important antioxidant in acute ischaemic stroke, QJM: monthly journal of the Association of Physicians 95, 2002-10, עמ' 691–693 doi: 10.1093/qjmed/95.10.691 Maldonado, Ernesto W., Castillo, Santiago E, Uric Acid: Biology, Functions and Diseases, Hauppauge, N.Y. : Nova Science Publishers