ミトコンドリア内のレドックス(酸化還元反応)反応と活性酸素について

執筆者 | 2021/06/30 | ミトコンドリア, 抗酸化作用

ミトコンドリアを活性化させる還元型E-TEN配合サプリメント

こんにちは。サプリメントの製造・販売をしている株式会社ナックスです。

今回は、ミトコンドリア内のレドックス(酸化還元)反応と活性酸素について書いていきます。酸化は、英語でoxidation、還元はreduction、酸化還元はredoxといい、酸化還元とは酸素受け取ると酸化され、水素を受け取ると還元され、電視の授受を伴う反応です。

食品中のたんぱく質、脂質、糖質などが酸化されると、食品の劣化が起こります。それを防ぐために、酸素を取り除いく真空パックや脱酸素剤封入包装、食品添加物として水溶性抗酸化物質のビタミンC、脂溶性抗酸化物質のビタミンEの酸化防止剤など、様々な方法で酸化を防いでいます。より詳しくは、これから書いていきます。

酸化と還元について

酸化と還元は、最初に書いた通りになります。酸化と還元については、下記の表にてより詳しく説明していきます。

酸化還元
水素化合物が水素を失う水素と結びつく
酸素酸素と結びつく酸化物が酸素を失う
電子電子を失う電子を受け取る

例えば、ペットボトルなどの緑茶にアスコルビン酸(ビタミンC)を添加することにより、緑茶の鮮やかな緑茶が酸化によって茶色く変色するのを防ぎます。下記がリンゴのイメージ図となります。

酸化したリンゴ

画像からもわかるようにリンゴを放置しておくと変色してしまった経験もあると思います。これはリンゴが酸化したため起きる現象です。体内のミトコンドリアは、酸素を利用してエネルギーを作り出しますが、それと同時に活性酸素が体内で生じてしまいます。この活性酸素は細胞を傷つけ、老化・ガン・シワやシミ・糖尿病や生活習慣病などの原因となります。

ミトコンドリア内で酸化還元反応を利用したエネルギー代謝により、エネルギーを産生しています。エネルギー代謝の副産物として、活性酸素種が発生しますが、生体内は抗酸化防御機構も兼ね備えています。活性酸素種は様々な原因で発生します。

例えば生理的因子として呼吸、白血球などによる異物や細菌の処理、薬物の代謝処理など、病的因子として虚血再還流、過度の運動、精神的・肉体的ストレス、感染、炎症など外的因子として喫煙、紫外線、放射線、大気汚染、重金属などあげられます。抗酸化防御機構による活性酸素種の消去能力を上回る活性酸素種は、たんぱく質や脂質、糖質、核酸などの生体成分を酸化修飾し、生理機能の低下、疾病の発症や進行、老化などの一因となります。

ミトコンドリア内から発生する活性酸素について

活性酸素とは、反応性の高い酸素種の総称で、スーパーオキシド(O2・)、過酸化水素(H2O2)、ヒドロキシラジカル(・OH)、一重項酸素(1O2)などがあり、ミトコンドリア内で酸化剤として作用します。スーパーオキシドとヒドロキシラジカルは不対電子を持つので、フリーラジカルとも呼ばれます。

還元型E-TENの活性酸素の代謝の仕組み図

活性酸素種の発生源はミトコンドリアとなります。ミトコンドリアは、生体内の約95%の酸素を消費し、そのうち約1~3%が活性酸素種に変換されます。図のように酸素分子が一電子還元されるとスーパーオキシドになります。電子伝達系から漏れ出る電子が酸素分子を還元し、スーパーオキシドが一電子還元された過酸化水素は、不対電子をもたないのでフリーラジカルではありませんが、活性酸素種のひとつです。

スーパーオキシドジスムターゼ(SOD)がスーパーオキシドを不均化した際に生じます。また、グルコースオキシダーゼなどによって酸素分子から二電子還元によって生成されます。過酸化水素は、細胞内の鉄などの遷移金属と反応すると一電子還元され、ヒドロキシラジカルを生じます。過酸化水素はスーパーオキシドとの反応でもヒドロキシラジカルが生じます。

ヒドロキシラジカルは活性酸素種の中でも非常に反応性が高く、たんぱく質や脂質、糖質、核酸などの生体成分を酸化します。従って、ヒドロキシラジカルの前駆体である過酸化水素を消去することは重要です。生体内にはグルタチオンペルオキシダーゼ/グルタチオンリダクターゼや、ペルオキシレドキシン/チオレドキシン/チオレドキシンリダクターゼ、カタラーゼなどの過酸化水素を還元する抗酸化機構があり、これらの酵素反応によって水へと還元されます。

ミトコンドリア内に発生する過酸化水素の除去について

上記でも書いたように活性酸素種の中の過酸化水素を消去することが重要です。そこで過酸化水素を消去できるサプリメント原料の還元型E-TENを開発しました。

還元E-TENについてより詳しい内容に関しては、下記のURLに記載しています。

還元型E-TENを加えることにより気泡が発生し、過酸化水素水が水と酸素に変化している様子

写真の右の試験官は、透明の液体が過酸化水素水で左の試験官は、白濁色の液体が過酸化水素水+還元E-TEN加えたものとなります。還元型E-TENを加えることにより気泡が発生し、過酸化水素水が水と酸素に変化していきます。この実験より還元型E-TENを加えることによりヒドロキシラジカルから身体を保護する効果が期待できます。

まとめ

今回は、ミトコンドリア内に発生する活性酸素種について書いていきました。どのような反応機構にて活性酸素種が発生するかがわかったと思います。また活性酸素種の中で過酸化水素の消去が重要だとわかります。実験にて還元型E-TENを加えることにより過酸化水素を消去することがわかります。ミトコンドリアを機能を維持するには、過酸化水素の消去する材料等の参考になればと思います。

加藤 寛士

加藤 寛士

株式会社ナックス 取締役・製品開発担当

()ナックス 2003 年 入社(設立) 自動車メーカー向け燃料電池用素材の研究・開発、電気自動 車・ハイブリッド自動車向け蓄電池用素材の研究・開発、多数のサプリメント用原料の開発及び応 用研究、抗酸化作用の反応機構の解明及び抗酸化作用物質の研究、サーチュイン遺伝子の仕組及びサーチュイン遺伝子の活性化についての研究、ミトコンドリア活性化物質の 開発に従事。

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