A hangyasav és a propionsav hatása

Mindkét anyagra igaz, hogy bizonyos élõlényekre, illetve bizonyos szövetek bizonyos sejtjeire, azok anyagcseréjére gátló hatásúak, míg a magasabb rendû szervezetek, jellemzõen az állatok és az ember esetében a táplálékkal bizonyos mennyiségben a szervezetbe juttatva kifejezetten kedvezõ nutritív hatásuk van.



Baktériumokra és gombákra kifejtett gátló hatások

A sejtmembránokon a disszociálatlan savmolekulák jutnak át, ezért a viszonylag alacsonyabb pH-értékû környezet gyorsítja a fõleg az alacsonyabb pKa-értékû savak átjutását (vagy másképp kifejezve: magasabb pH-értékû környezetben a magasabb pKa-értékû szerves savak felszívódása gyorsabb). A citoplazmába, a mitokondriumokba és a sejtmagba bejutott savmolekulák egy része disszociál. A savanion részben felhasználódik a sejt anyagcsere-folyamataiban, a szabad protonok pedig zavarokat okoznak a sejt mûködésében: (1) egyes aminosavak (pl. glutaminsav, arginin) dekarboxilezését okozhatják, (2) a stressz-indukált regulonokat aktiválhatják, ezzel korlátozva a sejtosztódás folyamatát, (3) a kationpumpák K+ kationimportját serkenthetik megnövelve a turgort, illetve (4) a disszociálatlan propionsavból képzõdõ 3-hidroxi-propionsav és hidroxi-propionaldehid, valamint a hangyasavból képzõdõ formaldehid gátolják a DNS-szintézist és ezáltal a sejtosztódást. [19] Már korábban megállapították, hogy az alifás karbonsavak 1–12 szénatomos sorozata gátolja a glicero-foszfát-dehidrogenáz enzim NAD-megkötõ képességét. Ez a gátló hatás a szénlánc hosszának növekedésével, a hangyasavtól a dodekánsavig növekszik. [11]

A hangyasav és a nátrium-formiát semleges (pH 6,8, ill. 7,4) kémhatásnál is citotoxikus hatású. [17] A hangyasav esetében az elfogadható napi felvételt embernél 0–5 mg/kg testtömeg értékben határozták meg. [6] A formiát a citikróm-c-oxidáz a3 hem komponenséhez kötõdik (gátolja a sejtanyagcseréhez szükséges oxidáció folyamatát). [3]

A környezetünkben fellelhetõ és a takarmányokba, azok alapanyagaira kerülõ gombák és baktériumok jellemzõen még inaktív állapotban vannak (spórák stb.). Az élettevékenységek beindulásakor és a gyors szaporodáshoz elõször fel kell építeniük a sejtanyagcseréjüket. A citrátkör (a Szent-Györgyi–Krebs ciklus) felépítése jellemzõen a szükséges mennyiségû oxálecetsav elõállításával kezdõdik. A citrátkört „feltöltõ” oxálecetsav közvetlenül a foszfoenol-piroszõlõsavból is képzõdhetik például a borostyánkõsavat „termelõ” baktériumokban. [13, 14] Az általunk ismert és vizsgált élõvilágban a piruvát-karboxiláz által katalizált anaplerotikus reakció általánosan elterjedt. [10] Már korábbi kutatások bebizonyították, hogy a propionil-CoA a piruvát-karboxiláz egy lehetséges inhibitora. A metil-malonil-CoA, amely a propionil-CoA metabolitja, szintén gátolja a piruvát-karboxilázt. [4] Bizonyos örökletes betegségek esetében a propionsav az emberi szervezetben felhalmozódik és erõs gátló hatást fejt ki a piroszõlõsav mitokondriális oxidációjára. [1]

A sejtekben a propionsav a koenzim-Á-hoz kötõdik. Mind az exogén eredetû, mind pedig a normális anyagcserébõl (például zsírsavak ß-oxidációjából) származó propionil-CoA egy sor fontos enzimet gátol. A karnitin-acil-transzferáz rendszer egyensúlya felborul a nagy mennyiségben képzõdõ propionil-karnitin által. A propionsav és a propionil-CoA gátolja a ketogenezist, szignifikánsan (p<0,05) csökken a sejtekben a CoA és acetil-CoA összes mennyisége, viszont nõ a propionil-CoA mennyisége. [2]

A propionsav 0,0125 és 1,25% közötti töménységben gátolja a gombák fejlõdését, de a vizsgált állatokra és az emberre nem fejt ki anyagcseregátló hatást, hanem ellenkezõleg: jelentõs nutritív hatást eredményez. A hígabb 15%-os oldata mint embernél, a hígabb, 20%-os oldata mint nyulaknál a szembe jutva nem okoz tartós irritációt. Elfogadható napi felvétele emberi fogyasztásnál gyakorlatilag korlátlan (a káros hatáshoz szükséges mennyiségû propionsavat az azt fogyasztó már eleve elutasítja). [21]

Az állatokban kifejtett nutritív hatások

Hangyasavat a sejtek piroszõlõsavból képesek elõállítani, a hangyasav a tetrahidro-folsavhoz kötõdve mint formil-THF létfontosságú építõelem a purinvázak szintézisekor. A hangyasavnak az oxálsav lebontásával történõ képzõdésére vonatkozó elméletet – legalábbis állatok és az emberi szervezet esetében – megcáfolták. [7] A purinváz szintézise a formil-THF helyett extracelluláris glicinbõl és szerinbõl is lehetséges, mindazonáltal a formil-THF szerepe meghatározó fontosságú. [16] A tiamin primidinjének 4. szénatomja valószínûleg kizárólag a formil-THF-bõl épülhet be, míg a pirimidin mint nukleinsav 4. szénatomja az aszpartátból származik. [15]

Ha a purinvázszintészishez (és az erre képes sejtek a tiaminhoz szükséges pirimidin szintéziséhez) szükséges mennyiségû hangyasavat a sejtek exogén módon képesek biztosítani, azzal energiát takarítanak meg, ezért az ehhez szükséges mennyiségû hangyasavnak a takarmányok útján történõ bejuttatása például egy állati szervezetbe kifejezetten elõnyös az állat szempontjából. A fölösleges mennyiségû hangyasavat, illetve annak egy részét a formiát-dehidrogenáz lebontja és ezzel az egyébként toxikussá válható mennyiségû hangyasavat eltávolítja a szervezetbõl.

Viszont a fölösleges mennyiségû formil-THF képzése szintén energiaigényes folyamat, és az intracelluláris formiátlebontás általában viszonylag lassan megy végbe. A sejtekben esetleg felhalmozódó hangyasav ún. metanoltoxikózist okozhat, ugyanakkor a hangyasavnak a vérplazmából a veséken át a vizeletbe történõ kiválasztása jelentõs nátriumürítéssel jár. Ezért a hangyasav túladagolása hátrányos is lehet. [8] A hangyasav gyakorlati használata során alkalmazandó adagolásra, a hatásmechanizmus részleteire vonatkozóan ma már pontos kutatási eredményekkel és gyakorlati tapasztalatokkal rendelkezünk. [5]



Hangyasavat az állatok és az ember bélcsatornájában élõ természetes flóra is termel, ezzel megakadályozva a gazdaszervezet számára veszélyes más baktériumok elszaporodását. Megemlítünk két konkrét példát. A Shigella flexnerii a shigellózis, vagy más néven bakteriális dizentéria kórokozója. A S. flexnerii szaporodását a bél fõflórájának baktériumai gátolják. A gátló hatást az ezen baktériumok által termelt illózsírsavak okozzák, ezek közül is bizonyítottan a hangyasav és az ecetsav. A hangyasav és az ecetsav S. flexneriire kifejtett baktericid hatása részben függ a környezet pH-értékétõl is: alcsonyabb pH esetén a gátló, illetve a kifejezetten baktericid hatás erõsebb, mindazonáltal a savas kémhatás önmagában nem mutat ilyen gátló hatást. [9]

Az Enterococcus faecium (az emberi bélcsatorna egyik fontos természetes flóraeleme) is választ ki hangyasavat, ecetsavat és izo-vajsavat a környezetébe. [18] A normális bélflóra által termelt illózsírsavak gátolják a Salmonella spp. fejlõdését is.

Egyébként a Salmonella fajok is képesek az illózsírsavakat szén- és energiaforrásként hasznosítani. A S. typhimurium a táptalaj esetsav- vagy propionsav-koncentrációjának fokozatos emelésével hozzászoktatható a savas környezethez. A kissé savasabb kémhatású médiumban a szoktatás hatékonyabb, mint közömbös kémhatás mellett, mert a viszonylag kevés ecetsav vagy propionsav nagyobb része található disszociálatlan formában, és a disszociálatlan molekulák hatolnak át a sejtmembránokon. A kísérlet során az ecetsav, illetve a propionsav koncentrációját fokozatosan emelték 0-ról 100 mM-ra; megjegyezzük, hogy az élelmiszerekben (például salátaöntetek, majonéz) tartósítószerként ezeket a savakat 100–300 mM dózisban alkalmazzák. [12]

A propionsavat a sejt vagy a glükoneogenezisben hasznosítja, vagy abból metil-malonil-CoA, majd szukcinil-CoA képzõdik, amely belép a citrátkörbe és ott jelentõs energiatermelés közepette metabolizálódik. B12 vitaminhiányban szenvedõ patkányok a metil-malonsavat a vizeletbe választják ki, mert a metil-malonil-CoA nem tud szukcinil-CoÁ-vá alakulni. [20, 22]

Összefoglalás

A hangyasav és a propionsav létfontosságúak az általunk ismert élõ szervezetekben, azok sejtjeiben. Mindkét anyagot az élõ sejtek maguk is elõállítják és felhasználják anyagcseréjükben. A sejtek anyagcseréje által felhasználható mennyiségû hangyasavat és propionsavat kívülrõl a szervezetbe juttatva azok a sejtek élettevékenységére általában serkentõleg hatnak. Az anyagcserében fel nem használható mennyiségû szerves savak viszont gátolják a sejtek élettevékenységét. Az exogén hangyasavat az állatok és az ember bizonyos mértékig hasznosítják, azonban a szervezet által már fel nem használható hangyasav toxikus is lehet. A propionsav – az ésszerûség határain belül – szinte korlátlan mértékben hasznosítható az állati és emberi szervezetben. Mindkét sav a hatását nem a pH csökkentésével, tehát nem „savanyító hatásával” fejti ki, de alacsonyabb pH-értékû környezetben mind gátló, mind pedig nutritív hatásaik erõsödnek. A baktériumok és gombák anyagcseréjét a propionsav már alacsony koncentrációban akadályozza a piruvát-karboxiláz gátlása által, viszont az állati és emberi szervezet ennél lényegesen nagyobb mennyiségû propionsavat képes hasznosítani. A hangyasav szintén már alacsony koncentrációban gátolja a baktériumok és gombák élettevékenységét, egyebek mellett a citokróm-c-oxidáz gátlása által. A Gram-negatív baktériumok általában sokkal érzékenyebbek a rövid szénláncú alifás karbonsavakra, mint a Gram-pozitívok, illetve megfigyelhetõ a nemzetségtõl és fajtól függõ eltérõ érzékenység is. Így lehetõség van olyan dózist választani, amelynél a gazdasági és egészségügyi szempontból káros mikrobák már teljes gátlás alá kerülnek, viszont a számunkra kedvezõ flóra éppen a konkurenciája visszaszorítása révén megerõsödik. Az illózsírsavakat jobban tûrõ baktériumok is kiválasztanak illózsírsavakat a környezetükbe, ezzel is gátolva az azt kevésbé eltûrõ konkurens flórát. A propionsav (az ecetsavhoz és tejsavhoz hasonlóan) megszokott és természetes komponense sok élelmiszernek, illetve évezredek óta használt tartósítószer (erjesztett élelmiszerek, kovászos uborka, házi kenyér stb.). Az eddigi kutatások sem a hangyasav, sem a propionsav mutagén vagy teratogén hatását nem mutatták ki, mindkét anyag a talajba vagy élõvizekbe jutva, miután megfelelõ mértékben felhigult, az ott található mikroflóra által lebontásra kerül, nem okoznak maradandó károkat az élõ környezetben.

Hivatkozások:

[1] Brass, E. P. et alia (1986) Inhibition of oxidative metabolism by propionic... Biochem. J. 236, 131–136.

[2] Brass, E. P., Beyerinck, R. A. (1988) Effects of propionate... Biochem.J. 250, 819–825.

[3] Brittain, T. et alia (1977) Mixed-valence cytochrome oxidase–formate complex. Biochem. J. 167, 531–534.

[4] Chan, T. M., Freedland, R.A. (1972) The effect of propionate... Biochem. J. 127, 539–543.

[5] Eidelsburger, U. (1991) Untersuchungen zur nutritiven Wirksamkeit... Doktori értekezés, Univ. München

[6] FAO/WHO (1964) Formic acid... FAO Nutrition Meetings... 38A

[7] Frisch, K. (1998) Der Ameisensäure-Prozeß... Merkurstab 3/98, 143–148.

[8] Grassmann, E. et alia (1991) Intermediäre Effekte durch Einsatz von Ameisensäure. J. Anim. Physiol. a. Anim. Nutr. 67, 250–257.

[9] Hentges, D. J. (1967) Inhibition of Shigella... J. Bacteriology 93, 1369–1373.

[10] Jitrapakdee, S., Wallace, J. C. (1999) Structure, Function and Regulation of Pyruvate Carboxylase. Biochem. J. 340 (Pt 1): 1–16.

[11] Kim, S. J., Anderson, B. M. (1969) Nonpolar interactions of inhibitrors... J. Biol. Chem. 244, 231–235.

[12] Known, Y. M., Ricke, S.C. (1998) Induction of acid resistance... Appl. a. Env. Microbiology 64, 3458–3463.

[13] Lee, S. Y. et alia (2002) In silico metabolic pathway analysis... Genome Informatics 13, 214–223.

[14] Lee, S. J. et alia (2006) Genome-based metabolic... Appl. a. Env. Microbiology 72, 1939–1948.

[15] Newell, P.C., Tucker, R.G. (1967) New pyrimidine pathway... Nature 215, 1384–1385.

[16] Sheehan, T.G., Tully, E.R. (1983) Purine biosynthesis... Biochem.J. 216, 605–610.

[17] Treichel, J. L. et alia (2003) Formate, the toxic metabolite... Toxicology 6, 825–834.

[18] Viteniene, I. et alia (2004) Volatile organic acids... Biologija 2, 37–39.

[19] Warnecke, T., Gill, R. T. (2005) Organic acid toxicity... Microbial Cell Factories 4:25.

[20] Weidemann, M. J. et alia (1970) Gluconeogenesis from propionate... Biochem. J. 117, 177–181.

[21] WHO (1974) Propionic acid... WHO Feed Additives 5

[22] Williams, D. L., Spray, G. H. (1971) Metabolic effects of propionate... Biochem. J. 124, 501–507.