Скатол в каких продуктах

Невсосавшиеся в кишечнике человека аминокислоты  высокобелковой пищи используются патогенной микрофлорой толстой кишки в качестве энергетического субстрата. Ферменты этих гнилостных бактерий расщепляют аминокислоты и превращают их в амины, фенолы, индол, скатол, сероводород и другие ядовитые для организма соединения.

  В теле человека эти чужеродные вещества (ксенобиотики) превращаются в менее токсичные, и даже нейтральные вещества. Процессы метаболизма ксенобиотиков осуществляются в любой клетке и обычно они приводят к превращению этих веществ в более водорастворимые и менее токсичные продукты обмена. Происходит это путем окисления токсинов специальными ферментами – оксидазами, а затем конъюгации (соединения) полученных метаболитов с теми или иными нейтральными веществами.
 

ПЕРВАЯ ФАЗА МЕТАБОЛИЗМА – ОКИСЛЕНИЕ

  Этот процесс происходит на главных путях поступления ксенобиотиков в организм – пищевом (печень и желудочно-кишечный тракт) и дыхательном (легкие). Здесь необходимо отметить, что окисление, восстановление и гидролиз чужеродных соединений осуществляют в основном микросомальные и пероксимальные ферменты.

Пероксисомы и микросомы — микротельца клеток, которые можно рассматривать как специализированные окислительные органеллы.  

  Это значит, что ходе этого процесса в организме человека образуется большое количество свободных радикалов, известных своими мутагенными и канцерогенными свойствами. Помимо этого, согласно современным исследованиям по гериатрии, повышенное образование свободных радикалов в организме значительно ускоряет старение его тканей.
  В клетках печени в результате микросомального и пероксимального окисления эндотоксины приобретают функциональную группу, с которой затем смогут связаться особые нейтрализующие соединения.

ВТОРАЯ ФАЗА МЕТАБОЛИЗМА – КОНЪЮГАЦИЯ

  Основная функция этой фазы это присоединение к эндотоксину обезвреживающих элементов, например серной или глюкуроновой кислоты. Такое изменение свойств исходной молекулы токсина увеличивает её гидрофильность, то есть способствует появлению вокруг ксенобиотика сольватной оболочки из поляризованных молекул воды.

Возникновение сольватной оболочки изменяет физические свойства и улучшает растворимость ксенобиотиков, что в конечном итоге способствует его быстрой экскреции (выделения) из организма.

  Функционирование второй фазы ограничивается тем, что в ней участвуют только те вещества, которые уже прошли первую фазу метаболизма ксенобиотиков. Но с другой стороны эта фаза имеет важное достоинство – ферменты ответственные за присоединение нейтрализующих молекул есть во всех клетках. Поэтому во второй фазе уже вся совокупность клеток организма борется с токсинами, что позволяет эффективно осуществлять или завершать детоксикацию.
 

СВЯЗЫВАНИЕ, ТРАНСПОРТ И ВЫВЕДЕНИЕ КСЕНОБИОТИКОВ

  Система обезвреживания образовавшихся в результате гниения белков пищи токсинов включает множество разнообразных ферментов, под действием которых практически любой ксенобиотик может быть нейтрализован.

Рис. 1. Метаболизм и выведение ксенобиотиков из организма.
RH – ксенобиотик; ОК – группа, используемая при конъюгации ;
В ходе первой фазы в структуру вещества
RH вводится полярная группа ОН-. Далее происходит реакция
конъюгации; конъюгат в зависимости от растворимости и молекулярной массы
удаляется из организма через печень, почки и железы внешней секреции.

 
  Большинство ксенобиотиков в результате метаболизма становятся более гидрофильными, поступают в плазму крови, откуда они удаляются почками с мочой. Вещества более гидрофобные или с большой молекулярной массой (>300 кД) чаще выводятся с желчью в кишечник и затем удаляются с калом.
  “Кооператив” печень – почки играет важнейшую роль в обезвреживании и выведении из организма большинства ксенобиотиков. Однако несмотря на доминирующую роль печени и почек в метаболизме ксенобиотиков, другие органы также принимают участие в этом процессе. В детоксикации организма, хоть и в меньшей степени принимают слизистые оболочки – желудочно-кишечного тракта, легких и верхних дыхательных путей. Благодаря диффузии ксенобиотики также могут выводиться с молоком кормящих матерей и секретом потовых, сальных, слюнных желез. Существует прямая корреляция между активностью гнилостных процессов в кишечнике и содержанием ксенобиотиков в крови и секрете желез(!!!)
 

Образование и обезвреживание крезола и фенола

  Под действием ферментов бактерий из аминокислоты тирозина могут образовываться фенол и крезол путём разрушения боковых цепей аминокислот микробами (рис. 2).

Рис. 2. Катаболизм тирозина под действием бактерий. E – бактериальные ферменты.

  Всосавшиеся продукты по воротной вене поступают в печень, где обезвреживание фенола и крезола может происходить путём конъюгации с сернокислотным остатком (ФАФС) или с глюкуроновой кислотой в составе УДФ-глюкуроната. Реакции конъюгации фенола и крезола с ФАФС катализирует фермент сульфотрансфераза (рис. 3).

Рис. 3. Конъюгация фенола и крезола с ФАФС. E – сульфотрансфераза.

  Конъюгация глюкуроновых кислот с фенолом и крезолом происходит при участии фермента УДФ-глюкуронилтрансферазы. Итоговые продукты конъюгации хорошо растворимы в воде и выводятся с мочой через почки. Повышение количества конъюгатов глюкуроновой кислоты с фенолом и крезолом обнаруживают в моче при увеличении продуктов гниения белков в кишечнике.
 

Образование и обезвреживание индола и скатола

  В кишечнике из аминокислоты триптофана микроорганизмы образуют индол и скатол. Бактерии разрушают боковую цепь триптофана, оставляя нетронутой кольцевую структуру. Индол образуется в результате отщепления бактериями боковой цепи, возможно, в виде серина или аланина (рис. 5).

  Скатол и индол обезвреживаются в печени в два этапа. Сначала в результате  микросомального окисления они приобретают гидроксильную группу. Так, индол переходит в индоксил, а затем вступает в реакцию конъюгации с ФАФС, образуя индоксилсерную кислоту, калиевая соль которой получила название животного индикана (рис. 6).

ПОСЛЕДСТВИЯ ГНИЕНИЯ БЕЛКА В КИШЕЧНИКЕ ЧЕЛОВЕКА

1) Закисление тканей и нарушение микроциркуляции. Вследствие того, что в организме человека все вышеперечисленные токсичные продукты гниения белка подвергаются обезвреживанию путем химического связывания с серной или глюкуроновой кислотой, в тканях тела происходит накопление кислых продуктов метаболизма. А, как известно, при сдвигах рН в кислую сторону, происходит дегидратация соединительной ткани и переход межклеточного вещества в состояние плохо проницаемого геля.(i)  
  В итоге у человека возникает отек и ухудшение микроциркуляции тканей, что неизбежно приводит к нарушению их нормального метаболизма и ослаблению функциональной активности.

2) Воспалительный процесс в кишечнике и печени. Как известно, в зависимости от характера предпочитаемого пищевого субстрата кишечную микрофлору человека разделяют на две основные группы:

Сахаролитическая нормофлора (расщепляет сахара) относится в преимущественно к грамположительным микроорганизмам это бифидобактерии, лактобактерии, энтерококки, клостридии и т.д.

Протеолитическая микрофлора (расщепляет белки) относится в основном к грамотрицательным микроорганизмам это кишечная палочка, бактероиды, протей, фузобактерии и т.д.

Вывод

  Организм человека вынужден применять целый ряд защитных механизмов для обезвреживания токсичных веществ, образующихся в кишечнике из пищевых продуктов с высокой концентрацией белка. Это оказывает повышенную нагрузку на все клетки тела человека и неизбежно приводит к возникновению различных нарушений метаболизма, а также вызывает преждевременное старение организма.(i)
  Наполняя свой рацион овощами и фруктами, и ограничивая употребление высокобелковой пищи, люди естественным образом подавляют активность гнилостных микроорганизмов. Уменьшение потока ксенобиотиков и эндотоксинов на низкобелковом питании снижает нагрузку на печень, иммунную и выделительную системы. При этом в теле человека нормализуется обмен веществ, снижается риск возникновения многих заболеваний и продлевается срок жизни клеток всего организма.

  При традиционном питании взрослый человек в среднем употребляет 100–120 гр. белка в сутки. На фрукторианстве при наличии в рационе высококалорийных фруктов или растительного масла достаточно употреблять в среднем около 3-4 кг растительной пищи в сутки, в которой общее количество белка находится в пределах 40–60 гр. Это в ДВА-ТРИ РАЗА меньше чем белковая нагрузка всеядного рациона(!!!) Но это больше, чем установленный учёными физиологами белковый минимум для взрослого человека (70 кг), определённый на границе 37 гр. белка в сутки.(Чукичев И.П. Физиология человека. 1961)
  В наблюдениях проводившихся многие месяцы на людях, было установлено, что можно обеспечить азотистое равновесие посредством именно этого количества белка в рационе. Однако в экспериментах с животными на длительное время (более 5% от средней продолжительности жизни) при белковом минимуме были получены расстройства в ряде систем организма, падения удоев у коров, мышечная атрофия, заболевания кожи и бесплодие. Это означает, что в рационе здорового человека количество белка должно обязательно превышать значение белкового минимума. И это естественным образом получается при сбалансированном рационе состоящем из овощей и фруктов.

Литература:
С. А. КУЦЕНКО  ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ,   Санкт-Петербург,   2002
Обезвреживание ксенобиотиков (КУЛИНСКИЙ В.И. , 1999), БИОЛОГИЯ
Биохимия: Учеб. для вузов, Под ред. Е.С. Северина., 2003.

Скатол

CAS номер: 83-34-1
Брутто формула: C9H9N
Внешний вид: форма хлопьевидная или в виде кристаллического порошка, цвет светло-коричневый, зловонный.
Химическое название и синонимы: 3-Methylindole, 3-Methyl-1H-indole; Skatole.
Физико-химические свойства:
Молекулярный вес 131.18 г/моль
Температура плавления 95-98 ºC
Температура кипения 265-266 ºC (755 мм рт.ст.)
Температура вспышки 132 ºC
Дисперсионные свойства: Частично диспергируется в горячей воде н-октанол. Очень слабо диспергируется в холодной воде, метаноле, диэтиловом эфире.
Растворимость: Частично растворим в горячей воде, метаноле, диэтиловом эфире, н-октаноле, ацетоне. Очень мало растворим в холодной воде.

Описание:

Слово скатол происходит от греческого σκωτ или σκατ (скат), что означает навоз. Синтезируется он в пищеварительном тракте бактериальным расщеплением аминокислоты триптофан. Скатол или 3-метилиндол представляет собой слабо токсичное белое кристаллическое органическое соединение, принадлежащее к семейству индолов. Синтез скатола происходит естественным путем в кале (образуется из триптофана в пищеварительном тракте млекопитающих) и каменноугольной смоле. Скатол имеет сильный фекальный аромат, но в низких концентрациях он обладает цветочным запахом. Скатол был обнаружен в некоторых цветах и эфирных маслах, в том числе в цветках апельсина, жасмина и Ziziphus mauritiana, поэтому он часто используется в качестве ароматизатора и закрепителя во многих парфюмах.

Впервые скатол был обнаружен в 1877 году немецким врачом Людвигом Бригером (1849–1919). Известно, что скатол вызывает отек легких у коз, овец, крыс и некоторых штаммов мышей. По-видимому, он избирательно нацеливается на клубные клетки, которые являются частью ферментов цитохрома P450 в легких. Эти ферменты превращают скатол в реактивный промежуточный продукт 3-метилениндоленин, который повреждает клетки, образуя белковые аддукты .

Применение:

Скатол активно используется в качестве фиксатора и ароматизатора в парфюмерии, а также при производстве табачных продуктов. Он является одним из многих соединений, привлекательных для самцов различных орхидных пчел, которые, по-видимому, собирают химические вещества для синтеза феромонов; скатол обычно используется в качестве приманки для привлечения и сбора этих пчел для изучения. Также он используется в некоторых продуктах питания, например, в мороженом, в качестве ароматизатора.

Получение:

Скатол получают из соответствующего исходного материала 2- (цианометил) циклогексанона, в котором исходный материал в газовой фазе и в присутствии водорода пропускают через слой твердого катализатора дегидрирования при температуре от 175 до 350 ° С для образования реакционной смеси. Указанный катализатор состоит по существу из металла или соединения металла, выбранного из группы, состоящей из платины, палладия и родия, причем указанная реакционная смесь состоит по существу из упомянутого индола или скатола.

Действие на организм:

Скатол (3-метилиндол) является продуктом бактериальной ферментации триптофана в кишечнике. Значительное количество скатола может также вдыхаться во время курения сигарет, потому что скатол применяется при производстве табачной продукции. Он является легочным токсином, который индуцирует экспрессию генов, регулируемых арильными углеводородными рецепторами (AhR), такими как цитохром P450 1A1 (CYP1A1), в клетках бронхов человека. Печень обладает высокой метаболической способностью к скатолу и становится первым органом, с которым сталкивается абсорбированный скатол; однако влияние скатола на печень неизвестно. Хотя ученые исследовали влияние скатола на печеночную активность AhR и AhR-регулируемую экспрессию генов. Анализы репортерных генов показали: скатол активирует AhR, что сопровождается увеличением экспрессии CYP1A1, CYP1A2 и CYP1B1 в HepG2-C3 и первичных гепатоцитах человека. Специфические антагонисты AhR и siRNA продемонстрировали, что индуцированная скатолом экспрессия CYP1A1 зависит от активации AhR. Эффект скатола был снижен путем блокирования внутренней активности цитохрома P450, а индол-3-карбинол, известный метаболит скатола, был более мощным индуктором, чем скатол. Наконец, выяснилось, что скатол может уменьшить индуцированную ТХДД экспрессию CYP1A1. Это позволяет предположить, что скатол является частичным агонистом AhR. В итоге результаты показывают, что скатол и его метаболиты влияют на гомеостаз печени, модулируя путь AhR.

Скатол (3-метилиндол) является распространенным метаболитом, обнаруженным в кале всех видов млекопитающих и птиц. Его появление также было выявлено и в бычьем рубце. Когда выяснили этиологию отека крупного рогатого скота и эмфизему, вызванную введением L-триптофана в рубец, было обнаружено, что скатол является метаболитом, ответственным за данный синдром . Хотя точный механизм, по которому скатол вырабатывается из триптофана бактериями, не был определен. Недавние исследования показали, что при длительных инкубациях in vitro жидкости рубца с L-триптофаном образование скатола происходило как двухстадийный процесс, включающий (i) превращение L-триптофана в индолуксусную кислоту (IAA) и (ii) декарбоксилирование IAA до скатола. Последующее отделение смешанной культуры рубца, выявившее только декарбоксилазную активность по отношению к IAA, показало, что более одного вида бактерий было вовлечено в производство скатола этим процессом . Декарбоксилирование IAA до скатола было постулировано давно, однако это никогда не демонстрировалось в чистой культуре. Исследование касается выделения и характеристик вида Lactobacillus из рубцовой жидкости, обладающего способностью декарбоксилировать LAA до скатола.

Токсикологические данные:

Острая токсичность LD50 перорально – крыса – 3450 мг / кг.