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Freie Radikale undFreie Radikale undFreie Radikale und Freie Radikale und ErnährungErnährung

Was sind „Freie Radikale“?Was sind „Freie Radikale“?

Freie Radikale sind Atome oder Moleküle Freie Radikale sind Atome oder Moleküle it i d h tit i d h tmit einem oder mehreren ungepaarten mit einem oder mehreren ungepaarten

Elektronen im äußersten Orbital wodurch Elektronen im äußersten Orbital wodurch sie sehr reaktiv werden und ihre Energie sie sehr reaktiv werden und ihre Energie auf andere Verbindungen übertragen auf andere Verbindungen übertragen können.können.

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Was sind „Freie Radikale“?Was sind „Freie Radikale“?

π*2p

σ*2p

σ2s

σ*2s

σ2p

π2p

1ΣgO21ΔgO2

-*O22-O2

1Σg+O2

σ1s

σ*1s

Quellen von freien RadikalenQuellen von freien Radikalen

Exogene Quellen:Exogene Quellen:LuftverunreinigungenLuftverunreinigungen

Endogene QuellenEndogene QuellenMitochondriumMitochondriumLuftverunreinigungen Luftverunreinigungen

(Schwermetalle, (Schwermetalle, Halogene, Stickoxide, Halogene, Stickoxide, usw.)usw.)energiereiche energiereiche StrahlungStrahlungCh ik liCh ik li

MitochondriumMitochondriumPhagocytosePhagocytosePeroxisomenPeroxisomenPlasmamembranPlasmamembranEndoplasmatisches Endoplasmatisches RetikulumRetikulum

ChemikalienChemikalienZigarettenrauchZigarettenrauch

cytosolische Proteine cytosolische Proteine und Enzymeund Enzymedivalente Metalledivalente MetalleAdrenalinAdrenalin

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Endogene Bildung freier RadikaleEndogene Bildung freier Radikale

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Endogene Bildung freier RadikaleEndogene Bildung freier RadikaleMembranlipide (vor allem Membranlipide (vor allem hochungesättigte hochungesättigte F tt ä )F tt ä )Fettsäuren)Fettsäuren)Initiation der Initiation der KettenreaktionKettenreaktionfortschreitende fortschreitende ZerstörungZerstörungAbbruch der Abbruch der Kettenreaktion durch Kettenreaktion durch Antioxidantien (vor allem Antioxidantien (vor allem Vitamin E)Vitamin E)

Endogene Bildung freier RadikaleEndogene Bildung freier Radikale

Hauptquelle für Hauptquelle für freie Radikale istfreie Radikale istfreie Radikale ist freie Radikale ist der Energieder Energie--gewinnungsgewinnungs--prozess im prozess im MitochondriumMitochondrium

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Endogene Bildung freier RadikaleEndogene Bildung freier Radikale

EnergieEnergie--gewinnunggewinnunggewinnung gewinnung (=Sauerstoff und (=Sauerstoff und Wasserstoff Wasserstoff werden in werden in Wasser Wasser umgewandelt) umgewandelt) ist immer mit ist immer mit Freisetzung von Freisetzung von freien Radikalen freien Radikalen verbundenverbunden

Endogene Bildung freier RadikaleEndogene Bildung freier Radikale

Phagocytose: Phagocytose: die Radikaldie Radikaldie Radikaldie Radikal--bildung hilft dem bildung hilft dem Organismus bei Organismus bei der Abwehr von der Abwehr von Fremdkörpern Fremdkörpern

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RadikalischeRadikalische Schäden an Schäden an ProteinenProteinen

RadikalischeRadikalische Schäden der DNASchäden der DNA

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RadikalischeRadikalische Schäden von LipidenSchäden von Lipiden

RadikalischeRadikalische Schäden von LipidenSchäden von Lipiden

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Ischämie und Ischämie und ReperfusionReperfusion

Biologische Schutzsysteme Biologische Schutzsysteme gegenüber freien Radikalengegenüber freien Radikalen

Enzymatisch:Enzymatisch:SODSOD

NichtenzymatischNichtenzymatischCu Zn Fe SeCu Zn Fe SeSOD SOD

(Superoxiddismutase)(Superoxiddismutase)GPX GPX (Glutathionperoxidase)(Glutathionperoxidase)KatalaseKatalaseu.a.u.a.

Cu, Zn, Fe, SeCu, Zn, Fe, SeCarotinoide (Carotinoide (ββ--Carotin, Carotin, Lycopin)Lycopin)Vitamin EVitamin EVitamin CVitamin CPolyphenolePolyphenoleypypFlavonoideFlavonoideu.a.u.a.

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Lebensmittel mit einer hohen Schutzwirkung Lebensmittel mit einer hohen Schutzwirkung gegenüber freien Radikalengegenüber freien Radikalen

ObstObstCarotinoideCarotinoideCarotinoideCarotinoidesekundäre Pflanzenstoffe sekundäre Pflanzenstoffe (Flavonoide, Anthocyane, (Flavonoide, Anthocyane, Polyphenole)Polyphenole)

GemüseGemüseCarotinoideCarotinoidesekundäre Pflanzenstoffesekundäre Pflanzenstoffe

FischFischSelenSelen

Rotwein Rotwein –– ein antioxidatives ein antioxidatives Lebensmittel?Lebensmittel?

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Rotwein Rotwein –– ein antioxidatives ein antioxidatives Lebensmittel?Lebensmittel?

Rotwein allg.

Rotwein Burgenland

Rotwein Niederösterreich

Zweigelt allg.

Blaufränkisch allg.

Polyphenole

Roter Traubensaft

Weißwein

0 0,5 1 1,5 2

Rotwein Rotwein –– ein antioxidatives ein antioxidatives Lebensmittel?Lebensmittel?

Analyse der Gesamten Antioxidativen Kapazität (TAC) in Weinen und Traubensäften [Einheit: mM Trolox

Äquivalente]Met-Myoglobin + H2O2(HX-Fe )

Ferryl-Myoglobin +*X - [Fe =O]

ABTS2,2-azinobis-(3-ethyl-benzothiazoline6-sulfonate)

3+

4+

Äquivalente]

)

ABTS*Radikal Kation

Blau-Grün(HX-Fe )3+ +

IfEW ´97

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Rotwein Rotwein –– ein antioxidatives ein antioxidatives Lebensmittel?Lebensmittel? Rotwein allg.

Rotwein Burgenland

Rotwein Niederösterreich

Zweigelt allg.

Blaufränkisch allg.

Roter Traubensaft

Weißwein

Polyphenole

Rotwein allg.

Rotwein Burgenland

Rotwein Niederösterreich

Zweigelt allg.

Blaufränkisch allg.

TAC

0 0,5 1 1,5 2

Roter Traubensaft

Weißwein

0 5 10 15 20

NahrungsergänzungsmittelNahrungsergänzungsmittel

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Antioxidantien Antioxidantien –– Viel hilft viel?Viel hilft viel?ATBC: ATBC: aalphalpha--TTocopherol und ocopherol und bbetaeta--CCarotinarotin--StudieStudieCARET: (betaCARET: (beta--))CaCarotene and rotene and RRetinol etinol EEfficiency fficiency TTrialrial

Beide Studien ergaben ein erhöhtes Risiko Beide Studien ergaben ein erhöhtes Risiko definiter Personengruppen (ältere, männliche definiter Personengruppen (ältere, männliche Raucher) gegenüber bestimmten Raucher) gegenüber bestimmten Krebserkrankungen (Lungenkrebs) bei einer Krebserkrankungen (Lungenkrebs) bei einer extrem hohen Zufuhr an reinem extrem hohen Zufuhr an reinem ββ--Carotin (30 Carotin (30 mg/Tag über mehrere Jahre)mg/Tag über mehrere Jahre)

KrebsvorbeugKrebsvorbeugung durch ung durch Ernährung Ernährung ––eine Strategie eine Strategie gegen freie gegen freie RadikaleRadikale

Schützende Effekte Schützende Effekte von Lebensmittelnvon Lebensmitteln

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Mund und Rachen

Nasopharynx

Larynx

Speiseröhre

Lunge

Magen

KrebsvorbeugKrebsvorbeugung durch ung durch Ernährung Ernährung ––

Pancreas

Gallenblase

Leber

Colon, Rectum

Brust

Eierstock

Edometrium

Cervix

Prostata erniedrigtRisiko

Legende

erhöht

eine Strategie eine Strategie gegen freie gegen freie RadikaleRadikale

Prostata

Schilddrüse

Niere

Harnblase

Gemüs

e

Obst

Carotin

oide

Vitamin

C

Mineral

st.

Balla

ststof

fe

Stärke

n

NSP Tee

Spor

tKü

hlung

g

sicher

wahrscheinlich

möglich

Schützende Effekte Schützende Effekte von Lebensmittelnvon Lebensmitteln

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Mund und Rachen

Nasopharynx

Larynx

Speiseröhre

Lunge

Magen

Fördernde Fördernde Effekte Effekte von von ErnährungsErnährungs-- Pancreas

Gallenblase

Leber

Colon, Rectum

Brust

Eierstock

Edometrium

Cervix

Prostata

ErnährungsErnährungsfaktorenfaktoren

Prostata

Schilddrüse

Niere

Harnblase

Alkoho

l

Salz

Fleisc

h

Eier

Koch

en

Fette

Choles

terin

Milch

Zuck

er

Mate Kaffe

eKo

ntamin.

Adiposi

tas

ande

re

Rauc

hen

erniedrigtRisiko

Legende

erhöht

sicher

wahrscheinlich

möglich

KörperlicheAktivität pos Adaptation

Oxidativer Stress durch Sport?Oxidativer Stress durch Sport?

Aktivität

erhöht:• O2-Verbrauch• Mitochondrienzahl• OH*, H2O2, ROOH• TBARS

i d i t

Gesamtstoffwechsel +Proteinturnover

GSH-Px-Aktivität

fördert

pos. Adaptation

erniedrigt:• Vitamin E-Gehalt

in Plasma, Erys, Muskel

SOD-AktivitätKatalase-Aktivitätenergetische KopplungDNA-Repairmech.

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β-Oxidation Pentosephosphatzyklus

Netzwerk von Schutzsystemen Netzwerk von Schutzsystemen gegenüber freien Radikalengegenüber freien Radikalen

ROH GSSG NADPH 6-PG

ROH ROOH GSH NADP+ G-6-P

GPX GR G6P-DH

2 H2O

ADPVit. ESOD

GSH-Synthetase

Glucose

ADP

ATP

2 O2 2 –O2* H2O2 H2O + ½ O2KatalaseSOD

–O2*Tocopherol-HQ / β-Car. + O2

freie RadikaleSOD

DH-AscorbatAscorbat

Glu, Cys, Glyy

Vit. Eβ-Car.

2 e-

2 H+

Antioxidantien Antioxidantien und oxidativer und oxidativer

Stress Stress -- ein ein empfindliches empfindliches GleichgewichtGleichgewicht

Antioxidative KapazitätEnzymatisch

SOD, KAT, GSH-Px GleichgewichtGleichgewichtGSH-S-TransferaseGSSG-ReduktaseNADPH-liefernde Enzyme

Nicht enzymatischVit. C, Vit. E, β-Car.,GSH, Flavonoide, UratSerumproteine

Entstehung aktivierter Sauerstoffspezies und freier RadikalePrimäre Radikale: 1O2, *-O2, HOO*, OH*, H2O2

Sekundäre: ROOH, RO* ,ROO*

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Antioxidantien Antioxidantien und oxidativer und oxidativer

Stress Stress -- ein ein empfindliches empfindliches GleichgewichtGleichgewicht

AntioxidativeKapazität

GleichgewichtGleichgewicht

Entstehung aktivierterSauerstoffspezies und

freier Radikale

Mitochondriumresp. control index

O H O2 2ATP

physical exercisemetabolic

tADP, carnitine

Oxidativer Stress beim MenschenOxidativer Stress beim Menschen

resp. control indexenergetic couplingO -consumption

Free RadicalsOOHH Oprimary antiox.

defensevit. E, ß-carot.,vit. C, seleniumSOD, KAT, GSH-Px

Oxidative Degeneration

2

2 2

..

- rate

2

carnitine

Oxidative Degenerationcarbohydr. cancerlipids, prot. atherosklerosisDNA, RNA etc.Molecular Fragments (MDA)

Lipofuscin

eliminationsecond. antiox. defenselysosomal and enzym. activityDNA-repair mechanisms

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Krebs Krebs

Mortalitätsstatistiken für ÖsterreichMortalitätsstatistiken für Österreich

Herz

Rest

Hirngefäße

VerdauungsorganeAtmungsorganeUnfälle

Herz

Hirngefäße

Rest

VerdauungsorganeAtmungsorganeUnfälleUnfälle

Todesursachen 1996

Männer Frauen

Entwicklung der Sterblichkeit an allen Erkrankungen sowie der an Krebserkrankungen

Mortalitätsstatistiken für ÖsterreichMortalitätsstatistiken für Österreich

800

1000

1200

1400

1600

Männer

Standardisierte Sterbeziffer / 100.000 Lebende

150

200

250

300

Männer

Standardisierte Sterbeziffer / 100.000 Lebende

0

200

400

600

1970 1975 1980 1985 1990 1995

Frauen

ALLE

ERKRANKUNGEN

0

50

100

1970 1975 1980 1985 1990 1995

Frauen

KREBS-

ERKRANKUNGENN

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consumption per year and capita

Entwicklung des Verbrauches an Entwicklung des Verbrauches an Obst in ÖsterreichObst in Österreich

40 kg

60 kg

80 kg

100 kg

consumption per year and capita

frisches Obst

Fruchtsäfte

1950

/51

1960

/61

1970

/71

1980

/81

1993

/940 kg

20 kg

Zitrusfrüchte

consumption per year and capita

Entwicklung des Verbrauches an Entwicklung des Verbrauches an Gemüse in ÖsterreichGemüse in Österreich

40 kg

60 kg

80 kg

100 kg

1950

/51

1960

/61

1970

/71

1980

/81

1993

/940 kg

20 kg

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Gehalt an Polyphenolen in Gehalt an Polyphenolen in Österreichischen Weinen im Vergleich zu Österreichischen Weinen im Vergleich zu

ausländischem Weinausländischem Weinbeveragebeverage polyphenol content polyphenol content

( /100 l)( /100 l)(mg/100ml)(mg/100ml)

Blaufränkisch 1997Blaufränkisch 1997 154154--196 196 Zweigelt 1997Zweigelt 1997 162162--164164Red Red grape juicegrape juice 5858--8080White wineWhite wine 2020--2727Ital./German red wineItal./German red wine 161161French/Span. red wineFrench/Span. red wine 200200Black teaBlack tea 5555--177177Green teaGreen tea 9797--197197

60

Konsumgewohnheiten in Konsumgewohnheiten in ÖsterreichÖsterreich

49 47

20

30

40

50

60

der

Befr

agte

n Salat ...

2 20

10

esse ichmanchmal

esse ichtäglich

esse ichmehrmals

täglich

mag ichnicht

% d

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20

G ü5260

Konsumgewohnheiten in Konsumgewohnheiten in ÖsterreichÖsterreich

Gemüse ...42

52

10

20

30

40

50

der

Bef

ragt

en

240

10

esse ichmanchmal

esse ichtäglich

esse ichmehrmals

täglich

mag ichnicht

%

5060

Konsumgewohnheiten in Konsumgewohnheiten in ÖsterreichÖsterreich

29

50

2020

30

40

50

der

Befr

agte

n frisches Obst ...

10

10

esse ichmanchmal

esse ichtäglich

esse ichmehrmals

täglich

mag ichnicht

%

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Krankheiten unter Beteiligung freier Krankheiten unter Beteiligung freier RadikaleRadikale

AtheroskleroseAtheroskleroseK bK b

insulinabhängiger insulinabhängiger Diabetes mellitusDiabetes mellitusKrebsKrebs

essentielle Hypertonieessentielle HypertonieOsteoarthritisOsteoarthritisMuskeldegenerationMuskeldegenerationKataraktKatarakt

Diabetes mellitus Diabetes mellitus Laennic ZirrhoseLaennic Zirrhoseakute Pankreatitisakute PankreatitisRespiratory Distress Respiratory Distress SyndromSyndromintravaskuläre intravaskuläre KoagulationKoagulation