© Borgis - Postępy Fitoterapii 4/2015, s. 244-249
Natalia Zakęs, *Elżbieta Studzińska-Sroka, Wiesława Bylka
Inhibitory tyrozynazy z grzybów i porostów jako regulatory melanogenezy
Tyrosinase inhibitors of fungi and lichens as regulators of melanogenesis
Katedra i Zakład Farmakognozji, Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. Wiesława Bylka
Summary
Tyrosinase is an enzyme widely distributed in nature, occurring in bacteria, fungi, plants, and animals. It is an oxidase known to be the key enzyme in biosynthesis of melanin, a pigment responsible for the color of mammalian skin and hair. Moreover, tyrosinase controls browning reactions in damaged fruits and fungi. Both the hyperpigmentation in the human skin and the enzymatic browning in fruits are not desired, that is why, it seems relevant to search for substances that inhibit the melanogenesis. Because the pigment’s disorders are a common cosmetic problem, the skin whitening compounds are added to commercially available cosmetics in order to obtain a lighter skin appearance. The literature indicates that whitening substances can influence different levels of melanin production in the skin. Among the constituents which cause depigmentation, the inhibitors of tyrosinase, often of natural origin, are the most popular and most widely used. The article describes the characteristics of tyrosinase and tyrosinase inhibitors isolated from fungus and lichen.
Wstęp
Melanogeneza to proces prowadzący do powstawania w melanocytach barwników skóry, tzw. melanin, syntetyzowanych z udziałem tyrozynazy i magazynowanych wewnątrz znajdujących się w melanocycie melanosomów. Pigmentacja odpowiada za kolor skóry, a także oczu i włosów, ma też funkcję ochronną dla położonych pod skórą tkanek przed niebezpiecznym promieniowaniem UV. Promienie UV przyspieszają proces starzenia się skóry lub prowadzą do rozwoju procesu karcynogenezy, co w rezultacie może skutkować rozwojem czerniaka. Pomimo cennych ochronnych właściwości melaniny, zaburzenie jej wytwarzania może powodować problemy natury estetycznej. Aby poradzić sobie zarówno z nadmiarem, jak i niedoborem barwnika w skórze, zaczęto poszukiwać związków – syntetycznych i naturalnych, wpływających na działanie enzymu odpowiadającego za biosyntezę pigmentu. Poszukiwanie substancji o właściwościach wybielających stało się ważnym celem przemysłu kosmetycznego. Praca jest przeglądem substancji pochodzących z grzybów i porostów, wykazujących właściwości hamowania tyrozynazy.
Melanina i jej rola w zaburzeniach pigmentacji skóry
Melaniny są barwnikami azotowymi nadającymi zabarwienie skórze, tęczówce oka i włosom. Istnieją dwa rodzaje melanin: eumelanina – brązowoczarny barwnik oraz feomelanina – czerwonożółty pigment. Proces wytwarzania melanin odbywa się w komórkach melanocytów, znajdujących się w warstwie podstawnej naskórka, a substrat reakcji stanowi tyrozyna. Eumelanina jest odpowiedzialna za ochronę skóry przed szkodliwym wpływem promieniowania słonecznego, poprzez pochłanianie promieniowania UVA i UVB oraz neutralizowanie wolnych rodników. Feomelanina natomiast nie wykazuje właściwości ochronnych.
Zaburzenia barwnikowe to często występujące problemy o podłożu dermatologicznym. Dane statystyczne podają, że dotyczą one nawet 90% populacji ludzkiej. Zakłócenia związane z procesem syntezy melaniny, jej nadmiernym magazynowaniem (zmniejszenie rozkładu melaniny przez keratynocyty i makrofagi), funkcjonowaniem melanocytów (nadreaktywność melanocytów, zwiększenie ich liczby), mogą skutkować zarówno hiper-, jak i hipopigmentacją skóry. Przyczyną miejscowych hiperpigmentacji mogą być czynniki mechaniczne, fizyczne, chemiczne, stany zapalne, leki, zaburzenia hormonalne, niedobory witamin i zaburzenia metabolizmu. Hiperpigmentacja skóry jest także powszechnym defektem natury estetycznej, pojawiającym się wraz z postępowaniem procesu starzenia.
Do najczęściej występujących zaburzeń o charakterze hiperpigmentacyjnym należą: piegi, plamy soczewicowate, ostuda oraz hiperpigmentacja pozapalna. Rozlane hiperpigmentacje spowodowane są występowaniem chorób ogólnoustrojowych, np. przewlekłą niewydolnością nerek, nadczynnością tarczycy czy cukrzycą. Występowanie zmian hiperpimentacyjnych po zastosowaniu niektórych leków wynika z reakcji fotochemicznych zachodzących pod wpływem promieniowania słonecznego. Do leków o takim działaniu należą: antybiotyki (tetracykliny, fluorochinolony), niesterydowe leki przeciwzapalne (ibuprofen, ketoprofen, aspiryna), diuretyki (furosemid, hydrochlorotiazyd), retinoidy, cytostatyki (5-fluorouracyl, metotreksat), amiodaron, diltiazem i psoraleny (1, 2).
Budowa i występowanie tyrozynazy
Tyrozynaza należy do klasy oksydoreduktaz i znana jest jako kluczowy enzym procesu melanogenezy. Enzym odpowiedzialny jest za proces hydroksylacji tyrozyny do lewoskrętnej formy aminokwasu dopaminy (L-DOPA) oraz oksydacyjne przekształcenie L-DOPA do dopachinonu (3). Powstający w reakcji dopachinon wykazuje dużą reaktywność i może spontanicznie polimeryzować, tworząc melaninę, warunkującą zabarwienie skóry i włosów (4).
Tyrozynaza jako metaloenzym ma w obszarze apoenzymu dwa atomy miedzi, warunkujące jej funkcję katalityczną. Każdy z atomów miedzi centrum aktywnego tyrozynazy jest połączony wiązaniem koordynacyjnym z trzema resztami histydyny. W procesie wytwarzania barwnika melaniny biorą udział trzy różne typy tyrozynazy: oksytyrozynaza, mettyrozynaza, deoksytyrozynaza. Oksytyrozynaza i mettyrozynaza mają w swojej cząsteczce atomy miedzi Cu(II), a deoksytyrozynaza w centrum aktywnym ma dwa atomy miedzi Cu(I).
Enzym tyrozynaza jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie – występuje u bakterii, grzybów, roślin i zwierząt. Najlepiej opisane zostały tyrozynazy pochodzące z bakterii Streptococcus glausescens oraz z grzybów Neurospora crassa i Agaricus bisporus (5, 6). Obecność tyrozynazy stwierdzono również u porostów rzędu Pertigerales (7) oraz w poroście Dermatophytum minimatum, który zawiera dużą ilość pigmentu (8). Tyrozynaza ma również wpływ na powstawanie brązowego zabarwienia owoców i warzyw, w wyniku reakcji dopachinonu z aminokwasami i białkami obecnymi w tych produktach spożywczych. Ponadto ma znaczenie w przemyśle spożywczym – stosuje się ją w celu zapobiegania brązowieniu owoców i warzyw (4).
W większości badań dotyczących procesu hamowania aktywności tyrozynazy wykorzystywano tyrozynazę z grzybów, ze względu na jej powszechną dostępność. Enzym wyizolowany z pieczarki A. bisporus jest bardzo zbliżony budową do tyrozynazy występującej u ssaków, co czyni go odpowiednim modelem do badania procesu melanogenezy (9).
Inhibitory tyrozynazy izolowane z grzybów
Wśród substancji depigmentujących najliczniejszą grupę i najszerzej stosowaną w leczeniu stanowią inhibitory tyrozynazy. Tyrozynaza kontroluje szybkość tworzenia się melaniny, dlatego wiele substancji stosowanych w celu rozjaśnienia skóry działa przez modyfikację jej aktywności. Hamowanie aktywności enzymu wywołane jest zablokowaniem jego centrum aktywnego przez inhibitor, co uniemożliwia połączenie się z substratem reakcji. Skuteczne inhibitory tyrozynazy, jak hydrochinon czy arbutyna, niestety nie są pozbawione działań niepożądanych. Uważa się, że hydrochinon może mieć działanie cytotoksyczne na komórki melanocytów oraz podejrzewany jest o potencjalny mutagenny wpływ na komórki ssaków. Ze względu na swoje działania niepożądane, hydrochinon został wycofany z kosmetycznego użytku w Unii Europejskiej, aktualnie stosowany jest wyłącznie z przepisu lekarza (2, 10).
Grzyby tworzą ogromne królestwo organizmów żywych, do którego zaliczane są także porosty (grzyby zlichenizowane) – symbiotyczne organizmy zbudowane z cudzożywnego grzyba i samożywnego glonu. Grzyby i porosty wytwarzają szereg związków o interesujących właściwościach, także substancji mających zdolność hamowania tyrozynazy.
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Molski M. Chemia piękna. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 2009. 2. Pańczyk K, Waszkielewicz A, Marona H. Zaburzenia hiperpigmentacyjne skóry oraz farmakologiczne metody ich leczenia. Farm Pol 2014; 70(6):327-35. 3. Kim YJ, Uyama H. Review. Tyrosinase inhibitors from natural and synthetic sources: structure, inhibition mechanism and perspective for the future. Cell Mol Life Sci 2005; 62:1707-23. 4. Yi W, Wu X, Cao R i wsp. Biological evaluations of novel vitamin C esters as mushroom tyrosinase inhibitors and antioxidants. Food Chem 2009; 117:381-6. 5. Selinheimo E, Nieidhin D, Steffensen C i wsp. Comparison of the characteristics of fungal and plant tyrosinases. J Biotechnol 2007; 130:471-80. 6. Chang TS. An updated review of tyrosinase inhibitors. Int J Mol Sci 2009; 10:2440-75. 7. Laufer Z, Beckett RP, Minibayeva FV. Co-occurrence of the multicopper oxidases tyrosinase and laccase in lichens in sub-order Peltigerineae. Ann Bot 2006; 98:1035-42. 8. Beckett RP, Minibayeva FV, Liers C. Occurrence of high tyrosinase activity in the non-Peltigeralean lichen Dermatocarpon miniatum (L.). Mann Lichenologist 2012; 44(6):827-32. 9. Parvez S, Kang M, Chung HS i wsp. Naturally occuring tyrosinase inhibitors: mechanism and applications in skin health, cosmetics and agriculture industries. Phytother Res 2007; 21:805-16. 10. Smit N, Vicanova J, Pavel S. The hunt for natural skin whitening agents. Int J Mol Sci 2009; 10(12):5326-49. 11. Lamer-Zarawska E, Chwała C, Gwardys A. Rośliny w kosmetyce i kosmetologii przeciwstarzeniowej. Wyd. Lek. PZWL, Warszawa 2012. 12. Burdock GA, Soni MG, Carabin IG. Evaluation of health aspects of kojic acid in food. Regul Toxicol Pharmacol 2001; 33(1):80-101. 13. Noh JM, Kwak SY, Seo HS i wsp. Kojic acid-amino acid conjugates as tyrosinase inhibitors. Bioorg Med Chem Lett 2009; 19(19):5586-9. 14. Rendon MI, Gaviria JI. Czynniki rozjaśniające skórę. [W:] Draelos ZD (red.): Kosmeceutyki. Wyd. Med. Urban i Partner, Wrocław 2005; 95-101. 15. Kang HS, Choi JH, Cho WK i wsp. A sphingolipid and tyrosinase inhibitors from the fruiting body of Phellinus linteus. Arch Pharm Res 2004; 27(7):742-50. 16. Choudhary MI, Sultan S, Khan MT i wsp. Microbial transformation of 17α-ethynyl- and 17α-ethylsteroids, and tyrosinase inhibitory activity of transformed products. Steroids 2005; 70(12):798-802. 17. Madhosingh C, Sundberg L. Purification and properties of tyrosinase inhibitor from mushroom. FEBS Lett 1974; 49(2):156-8. 18. Goetghebeur M, Kermasha S. Inhibition of polyphenol oxidase by copper metallothionein from Aspergillus niger. Phytochem 1996; 42(4):935-40. 19. Chien CC, Tsai ML, Chen CC i wsp. Effects on tyrosinase activity by the extracts of Ganoderma lucidum and related mushrooms. Mycopathol 2008; 166(2):117-20. 20. Higuchi M, Miura Y, Boohene J i wsp. Inhibition of tyrosinase activity by cultured lichen tissues and bionts. Planta Med 1993; 59:253-5. 21. Verma N, Behera BC, Sonone A i wsp. Lipid peroxidation and tyrosinase inhibition by lichen symbionts grown in vitro. African J Biochem Res 2008; (12):225-31. 22. Kim MS, Cho HB. Melanogenesis inhibitory effects of methanolic extracts of Umbilicaria esculenta and Usnea longissima. J Microbiol 2007; 45(6):578-82. 23. Paudel B, Bhattarai HD, Koh HY i wsp. Ramalin, a novel nontoxic antioxidant compound from the Antarctic lichen Ramalina terebrata. Phytomed 2011; 18(14):1285-90. 24. Zambare VP, Christopher LP. Biopharmaceutical potential of lichens. Pharm Biol 2012; 50(6):778-98.
