Hemoglobin-mediated oxidation of marine liposomes
Loading...
Date
Authors
Škrabalová, Lada
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Cílem této práce bylo studium mechanismu oxidace lipidů katalyzované hovězím methemoglobinem a zhodnocení účinků různých experimentálních podmínek a antioxidantů (EDTA, askorbová kyselina, kávová kyselina, a-tokoferol, d-tokoferol, astaxanthin a L-askorbyl-6-palmitát) na methemoglobinem zprostředkovanou oxidaci lipidů v modelovém systému liposomů připravených z fosfolipidů. K monitorování oxidace lipidů při pH 5,5 a teplotě 30 °C bylo použito spotřeby kyslíku. Pro zhodnocení antioxidační aktivity v modelovém systému liposomů se ukázaly být důležitými faktory typ prooxidantu a koncentrace prooxidantu a antioxidantu. Dalšími důležitými faktory jsou struktura molekuly antioxidantu, jeho hydrofilita/lipofilita a umístění v systému. Všechny testované antioxidanty ve všech koncentracích (kromě koncentrace 0.1 % astaxanthinu and 0.1 % askorbyl palmitátu) inhibovaly oxidaci vyvolanou methemoglobinem. Účinnost antioxidantu stoupala s jeho zvyšující se koncentrací. Koncentrace 0.1 % astaxanthinu neměla žádný vliv na oxidaci liposomů. Koncentrace 0.1 % askorbyl palmitátu měla prooxidační efekt, který lze vysvětlit prooxidačním působením radikálu askorbylu, který může urychlit štěpení hydroperoxidů. Volné železo uvolněné z methemoglobinu se podílelo jen velmi málo na oxidaci liposomů, zatímco část prooxidační aktivity methemoglobinu byla přisouzena tvorbě singletového kyslíku (methemoglobin jako fotosenzitizátor). Antioxidační aktivita astaxanthinu, askorbyl palmitátu a tokoferolu byla z části přisouzena schopnosti zhášet singletový kyslík. Ovšem hlavním prooxidačním mechanismem methemoglobinu se ukázal být rozklad lipidových hydroperoxidů, tvorba volných radikálů a hypervalentních forem hemoglobinu. EDTA utlumila oxidaci liposomů díky chelataci přechodných kovů obsažených v liposomech a chelataci volného železa přítomného v methemoglobinovém roztoku. Velmi důležitým antioxidačním mechanismem (který vykazují askorbyl palmitát, askorbová a kávová kyselina) se ukázala být redukce hypervalentních forem hemoglobinu. Askorbová kyselina, kávová kyselina, tokoferoly a astaxanthin inhibovaly methemoglobinem zprostředkovanou oxidaci lipidů odstraňováním volných radikálů. Při použití peroxidu vodíku nebyl pozorován žádný vliv na oxidaci liposomů vyvolanou methemoglobinem. Působení vysoké teploty (tepelná denaturace) mírně utlumilo oxidaci. Významná inhibice oxidace byla pozorována u liposomů obsahujících TPP (triphenylphosphin), což značí, že je methemoglobinem vyvolaná oxidace liposomů závislá na přítomnosti již vzniklých lipidových peroxidů. Výsledky této práce přispívají k hlubšímu pochopení prooxidačních a antioxidačních mechanismů a faktorů, které ovlivňují oxidaci liposomálních roztoků, buněčných membrán a emulzí typu olej ve vodě stabilizovaných fosfolipidy.
The objective of this work was to study the kinetics of lipid oxidation catalyzed by bovine methemoglobin and to evaluate the effects of different experimental conditions and different antioxidants (EDTA, ascorbic acid, caffeic acid, a-tocopherol, d-tocopherol, astaxanthin and L-ascorbic acid-6-palmitate) on the methemoglobin-mediated lipid oxidation in a marine phospholipid liposome model system. The oxygen uptake was used for monitoring lipid oxidation at pH 5.5 and 30 °C. The type of prooxidant and the concentration of both prooxidant and antioxidant (AOX) were found to be very important factors in the evaluation of the antioxidant activity in the liposome model system. Another important factors are the structure of the antioxidant molecule, its hydrophility/lipophility and its location in the system. All antioxidants, except 0.1 % of astaxanthin and 0.1 % of ascorbyl palmitate, inhibited metHb-induced lipid oxidation in all tested concentrations of the AOX. The efficiency of the AOX increased with their increasing concentration. 0.1 % of astaxanthin had no effect on the oxidation of liposomes. 0.1 % of ascorbyl palmitate had a prooxidative effect which can be explained by the prooxidative action of ascorbyl radical, which could promote hydroperoxide scission. Free iron released from metHb contributed little to metHb-mediated lipid oxidation in liposomes, whereas part of the prooxidant activity of metHb was attributed to the formation of singlet oxygen (metHb as a photosensitizer). The antioxidative activity of astaxanthin, ascorbyl palmitate, and tocopherol can be partly attributed to their singlet oxygen quenching ability. However, the main prooxidative mechanisms of metHb are suggested to be decomposition of lipid hydroperoxides, generating free radicals, and formation of hypervalent forms of Hb. EDTA inhibited oxidation of liposomes by chelating transition metals in liposomes and chelating free iron from the metHb solution. The reduction of hypervalent forms of Hb seems to be a very important antioxidant mechanism and was found to be attributed to ascorbyl palmitate, ascorbic acid (AsA) and caffeic acid (CaA). AsA, CaA, tocopherols and astaxanthin inhibit metHb-mediated lipid oxidation by scavenging of lipid radicals. No significant effect of hydrogen peroxide on the oxidation of liposomes was observed. The oxidation was slightly inhibited due to thermal treatment of metHb solution. A significant inhibition of oxygen uptake rate was observed in liposomes containing TPP (triphenylphosphine), which suggests that the heme-mediated lipid oxidation in liposomes is dependent on the presence of pre-existing lipid peroxides. The outcomes of this work can be used for the study of oxidation of liposome solutions, cell membranes and oil-in-water emulsions stabilized by phospholipids; the results contribute to understanding the prooxidant and antioxidant mechanisms and factors that influence oxidation in these systems.
The objective of this work was to study the kinetics of lipid oxidation catalyzed by bovine methemoglobin and to evaluate the effects of different experimental conditions and different antioxidants (EDTA, ascorbic acid, caffeic acid, a-tocopherol, d-tocopherol, astaxanthin and L-ascorbic acid-6-palmitate) on the methemoglobin-mediated lipid oxidation in a marine phospholipid liposome model system. The oxygen uptake was used for monitoring lipid oxidation at pH 5.5 and 30 °C. The type of prooxidant and the concentration of both prooxidant and antioxidant (AOX) were found to be very important factors in the evaluation of the antioxidant activity in the liposome model system. Another important factors are the structure of the antioxidant molecule, its hydrophility/lipophility and its location in the system. All antioxidants, except 0.1 % of astaxanthin and 0.1 % of ascorbyl palmitate, inhibited metHb-induced lipid oxidation in all tested concentrations of the AOX. The efficiency of the AOX increased with their increasing concentration. 0.1 % of astaxanthin had no effect on the oxidation of liposomes. 0.1 % of ascorbyl palmitate had a prooxidative effect which can be explained by the prooxidative action of ascorbyl radical, which could promote hydroperoxide scission. Free iron released from metHb contributed little to metHb-mediated lipid oxidation in liposomes, whereas part of the prooxidant activity of metHb was attributed to the formation of singlet oxygen (metHb as a photosensitizer). The antioxidative activity of astaxanthin, ascorbyl palmitate, and tocopherol can be partly attributed to their singlet oxygen quenching ability. However, the main prooxidative mechanisms of metHb are suggested to be decomposition of lipid hydroperoxides, generating free radicals, and formation of hypervalent forms of Hb. EDTA inhibited oxidation of liposomes by chelating transition metals in liposomes and chelating free iron from the metHb solution. The reduction of hypervalent forms of Hb seems to be a very important antioxidant mechanism and was found to be attributed to ascorbyl palmitate, ascorbic acid (AsA) and caffeic acid (CaA). AsA, CaA, tocopherols and astaxanthin inhibit metHb-mediated lipid oxidation by scavenging of lipid radicals. No significant effect of hydrogen peroxide on the oxidation of liposomes was observed. The oxidation was slightly inhibited due to thermal treatment of metHb solution. A significant inhibition of oxygen uptake rate was observed in liposomes containing TPP (triphenylphosphine), which suggests that the heme-mediated lipid oxidation in liposomes is dependent on the presence of pre-existing lipid peroxides. The outcomes of this work can be used for the study of oxidation of liposome solutions, cell membranes and oil-in-water emulsions stabilized by phospholipids; the results contribute to understanding the prooxidant and antioxidant mechanisms and factors that influence oxidation in these systems.
Description
Citation
ŠKRABALOVÁ, L. Hemoglobin-mediated oxidation of marine liposomes [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2012.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Potravinářská chemie a biotechnologie
Comittee
Date of acceptance
2012-01-25
Defence
1. Diplomantka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce.
2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci.
3. Diplomantka akceptovala všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděla v plné šíři.
Diskuse:
doc. Márová - Jak velké byly získané liposomy ?
Byl zjišťován i obsah sterolů ?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení