Budowa, funkcje i fizjologiczna rola karotenoidów. Karotenoidy to uniwersalne urządzenia molekularne do pracy ze światłem

Wyświetlenia: 143

25.11.2018

Naturalne barwniki nadające kolor liściom, kwiatom, owocom, korzeniom i innym częściom roślin (żółty, pomarańczowy, czerwony, brązowy) tworzą grupękarotenoidy , nierozpuszczalne w wodzie substancje biologicznie czynne syntetyzowane przez wszystkie rodzaje roślin, a także niektóre mikroorganizmy.

karotenoidy wraz zchlorofil , zapewniające roślinom zielony kolor, to dwie grupypigmenty fotosyntetyczne i pełnią funkcje pochłaniania światła, a następnie przekształcania energii słonecznej w energię chemiczną. Ponadto karotenoidy pełnią funkcję ochronną, chroniąc chlorofil przed nadmierną ekspozycją na energię słoneczną oraz przed utlenianiem przez tlen uwalniany podczas fotosyntezy. Stanowią również strukturę fotosystemu, zajmując ściśle określoną pozycję w błonach fotosyntetycznych.

Pomimo podobieństwa ich roli w życiu roślin, chlorofile i karotenoidy mają szereg różnic. Tak więc chlorofile pochłaniają głównie fale świetlne czerwonej, podczerwonej (długość fali 650 - 710 nm), niebieskiej i ultrafioletowej (długość fali 400 - 500 nm) części widma, a karotenoidy - głównie obszary zielone, niebieskie, fioletowe, ultrafioletowe (długość fal 280-550 nm). Ponadto mają inną strukturę molekularną; karotenoidy, w przeciwieństwie do chlorofilu, nie zawierają metali.

Z kolei karotenoidy są reprezentowane przez dwa rodzaje rozpuszczalnych w tłuszczach wielonienasyconych związków węglowodorowych z serii terpenów:karoteny oraz ksantofile . Ksantofile różnią się od karotenów tym, że oprócz węgla i wodoru zawierają również atomy tlenu.

Znajdując się w tkankach i komórkach roślin ksantofile zapewniają im żółty kolor. Po raz pierwszy wyizolował je z jesiennych liści w 1837 roku szwedzki chemik i mineralog Jöns Jakob Berzelius, który nadał im tę nazwę.

Do tej pory zbadano około 650 różnych przedstawicieli karotenoidów. Wśród nich jest najbardziej powszechny i najbardziej znany pigment pomarańczowy. karoten, nadający owocom warzyw i owoców żółto-pomarańczowy kolor, a także innym częściom roślin (liście, korzenie itp.) oraz czerwony barwnik likopen(owoce pomidora, miąższ arbuza, owoce, jagody), który jest w istocie jego izomerem. Za pochodne likopenu można również uznać karoteny.

Pierwszy pigment karotenoidowy znany nam dzisiaj jakokaroten(łac. karota ) został uzyskany z korzeni marchwi i żółtej rzepy w 1831 roku przez niemieckiego naukowca Ferdinanda Wackenrodera. Znacznie później niemiecki chemik Richard Wilstetter zaproponował empiryczny wzór na karoten C 40 N 56 . I dopiero w 1930 roku, prawie sto lat po oficjalnym odkryciu karotenu, szwajcarski chemik Paul Carrer ostatecznie potwierdził jego wzór strukturalny, za który naukowiec otrzymał Nagrodę Nobla (1937).

Badania wykazały, że karoten może występować w czterech formach:α -karoten, β -karoten, γ -karoten i δ -karoten, którego pierwsze trzy formy toprowitamina A . W ciele ludzkim (zwierzęcym) są przekształcane w substancje niezbędne do życiaretinoidy(A 1, A 2 , kwas retinowy itp.), które mają właściwości antyoksydacyjne (ochrona komórek przed niszczącym działaniem energii świetlnej). Najskuteczniejszy w swoim działaniu jest β-karoten, który przekształca się w dwie cząsteczki retinolu, podczas gdy reszta (α- i γ-karoten) może tworzyć tylko jedną.

Otwarcie witamina A wydarzyło się w 1913 roku. Trudno przecenić jego znaczenie dla życia bioorganizmów. Jako składnik strukturalny błon komórkowych ma korzystny wpływ na wzrost i rozwój oraz wchodzi w skład głównego pigmentu wizualnego.rodopsyna zapewnia ochronę antyoksydacyjną. Brak tej witaminy w diecie znacznie obniża odporność, spowalnia procesy wzrostu i negatywnie wpływa na funkcje wzrokowe.

Ostatnie badania potwierdziły właściwości przeciwnowotworowe i radioochronne β-karotenu. Pomaga przywrócić obronę organizmu, ma pozytywny wpływ na funkcjonowanie układu sercowo-naczyniowego, jest wskazany w przypadku niektórych chorób ginekologicznych i niedotlenienia wewnątrzkomórkowego. Ze względu na właściwości regenerujące preparaty olejowe z karotenem stosowane są w leczeniu oparzeń, odmrożeń i różnych chorób skóry. Ponadto β-karoten jest rako- i hepatoprotektorem.

Ponieważ organizm ludzki nie jest w stanie samodzielnie syntetyzować witaminy A, jej zapasy uzupełniane są poprzez odpowiednio dobrane odżywianie. Pokarmy roślinne bogate w prowitaminę A obejmują marchew, pomidory, czerwoną paprykę, liście szpinaku, dynię, zieloną cebulę, brokuły oraz wiele jagód i owoców. Spożywając pokarmy bogate w β-karoten należy pamiętać, że jest on słabo rozpuszczalny w wodzie, dlatego dobre wchłanianie prowitaminy jest zapewnione w połączeniu z niewielką ilością tłuszczu. Bardzo przydatne są produkty zwierzęce zawierające retinoidy (witamina A w najbardziej dostępnej postaci): mleko, masło, śmietana, twarożek, żółtko jaja, olej rybny, wątroba, kawior.

Karoten jako barwnik (barwnik E160 i E160a) jest stosowany w przemyśle spożywczym i cukierniczym. Głównym źródłem jej produkcji przemysłowej są owoce takich roślin jak rokitnik zwyczajny, dzika róża, niektóre rodzaje grzybów i mikroorganizmów.

Niemal od dzieciństwa słyszymy, że na naszym stole powinno być więcej warzyw i owoców. Zawierają witaminy i minerały, które są tak niezbędne do prawidłowego funkcjonowania naszego organizmu. Obejmuje to również karotenoidy. Co to jest? Jaką rolę odgrywają te substancje w organizmie? Rozważmy dalej.

Czym są karotenoidy

To właśnie te substancje sprawiają, że warzywa i owoce stają się żółte, pomarańczowe. Rośliny potrzebują karotenoidów do pochłaniania energii słonecznej. Należy zauważyć, że pigmenty barwne są obecne w absolutnie każdym przedstawicielu królestwa żywych organizmów.

Spośród wszystkich znanych pigmentów są one najbardziej rozpowszechnione i prezentowane w szerokiej gamie.

Właściwości karotenoidów

Różne grupy tych związków mają różną zdolność pochłaniania światła słonecznego. Ale są pewne właściwości, które je łączą:

Karotenoidy nie rozpuszczają się w wodzie.
Posiadają dobrą rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych: benzen, heksan, chloroform.
Zdolność do selektywnej absorpcji na absorbentach mineralnych, ta właściwość jest wykorzystywana do ich rozdzielania metodą chromatografii.
W czystej postaci karotenoidy są bardzo labilne: dobrze reagują na światło słoneczne, są wrażliwe na tlen i nie wytrzymują silnego ciepła, ekspozycji na kwasy i zasady. Pod wpływem tych negatywnych czynników barwnik karoten ulega zniszczeniu.
W ramach kompleksów białkowych karotenoidy stają się bardziej stabilne.

Odmiany karotenoidów

Pomimo tego, że wszystkie substancje należą do tej samej grupy i mają zbliżoną strukturę, klasyfikuje się je w zależności od pigmentacji koloru na 2 grupy:

Karoteny. Są to węglowodory, w strukturze nie ma atomów tlenu.
Ksantofile - malowane na różne kolory, od żółtego do czerwonego.

Karotenoidy to:

Alfa karoten. Występuje w dużych ilościach w warzywach o barwie pomarańczowej. W organizmie jest w stanie zamienić się w witaminę A. Brak alfa-karotenu prowadzi do rozwoju patologii sercowo-naczyniowych.

Beta karoten. Występuje w żółtych owocach i warzywach. Chroni organizm przed szkodliwym działaniem wolnych rodników. Jest silnym przeciwutleniaczem, który można nazwać obrońcą układu odpornościowego.
luteina. Chroni zdrowie siatkówki, chroniąc ją przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego. Przy regularnym stosowaniu zmniejsza ryzyko rozwoju zaćmy o 25%. Dużo luteiny znajduje się w szpinaku, kapuście, cukinii i marchwi.
Beta kryptoksantyna. Zmniejsza ryzyko rozwoju patologii zapalnych, zwłaszcza reumatoidalnego zapalenia stawów i innych chorób stawów. Występuje w dużych ilościach w owocach cytrusowych, dyni i słodkiej papryce.
Likopen. Bierze bezpośredni udział w normalizacji metabolizmu cholesterolu. Zapobiega rozwojowi miażdżycy, pomaga w walce z nadwagą. Hamuje rozwój patogennej mikroflory jelitowej. Źródłem likopenu są pomidory, koncentrat pomidorowy, arbuzy.

Wszystkie rodzaje karotenoidów odgrywają ważną rolę w życiu organizmów żywych.

Rola karotenoidów

Rozważ znaczenie tych pigmentów dla ludzi:

Karotenoidy to substancje będące prowitaminami witaminy A. Nie jest ona wytwarzana w organizmie, ale jest potrzebna do normalnego życia.
Wpływają na stan skóry i błon śluzowych.
Karotenoidy pełnią funkcję przeciwutleniającą.
Działają immunostymulująco.
Zapobiegaj mutacjom chromosomowym.
Biorą udział w programach genetycznych niszczenia komórek nowotworowych.
Działają hamująco na proces podziału komórek.
Tłumi onkogeny.
Hamują rozwój procesów zapalnych prowadzących do chorób zwyrodnieniowych.
Wspomagaj zdrowie narządów wzroku.

Aktywują enzymy, które niszczą szkodliwe substancje.
Wpływają na regularność cyklu miesiączkowego u kobiet.
Pomaga utrzymać równowagę wodną.
Promuj transport wapnia przez błonę komórkową.
W ludzkim ciele karotenoidy są substancjami, które są również wykorzystywane jako źródło tlenu w neuronalnym łańcuchu oddechowym.

Z zestawienia wynika, że karotenoidy odgrywają ważną rolę w organizmie, a ponieważ nie mogą być syntetyzowane, muszą pochodzić z zewnątrz.

Naturalne źródła pigmentów barwiących

Wszystkie żółte owoce i warzywa zawierają karotenoidy. Substancje te znaleziono również w zieleni, właśnie ze względu na zielony chlorofil są niewidoczne, a w okresie jesiennym to one nadają liściom jasny kolor.

Główne źródła karotenoidów to:

Olej palmowy. Uważany jest za lidera w zawartości koenzymu Q10, witaminy E i karotenoidów.
Marchewka.
Owoce jarzębiny.
Pieprz pomarańczowy.
Kukurydza.
Wszystkie cytrusy.
Persymona.
Morele.
Dynia.
Dzika róża.
Brzoskwinie.
Pomidory.
Rokitnik zwyczajny.

Pigmenty znaleziono również w kwiatach, np. płatki nagietka są bogate w karotenoidy, pyłek roślinny. Występują również w żółtku jaja oraz w niektórych odmianach ryb.

Proces asymilacji pigmentów w organizmie człowieka

Po dostaniu się tych substancji do organizmu rozpoczyna się proces asymilacji w jelicie cienkim z udziałem pewnej grupy enzymów. Jednak w trakcie badań ustalono, że wchłanianie karotenoidów zachodzi lepiej, jeśli stosuje się drobno posiekaną i poddaną obróbce cieplnej żywność.

Jest ważne dla pełnego wchłaniania i obecności tłuszczu. Na przykład, jeśli tylko około 1% karotenoidów zostanie wchłonięte z surowej marchwi, to po dodaniu oleju odsetek ten wzrośnie do 25.

Witamina A w ampułkach

Jeśli niewystarczająca ilość karotenoidów dostanie się do organizmu wraz z pożywieniem, problem ten można rozwiązać, przyjmując syntetyczne multiwitaminy zawierające te substancje. Producenci emitują fundusze w postaci:

Kompozycja może oprócz witaminy A zawierać inne składniki:

Witaminy z grupy B.
Witamina C.
Kwas foliowy.
Nikotynamid.
Biotyna.
Kwas pantotenowy.
Wapń.
Witamina K.
Fosfor.
Magnez i żelazo.
krzem i wanad.
molibden i selen.

Witaminę A w ampułkach należy przyjmować wyłącznie po konsultacji z lekarzem, aby nie prowokować przedawkowania.

Dawkowanie karotenoidów

Jeśli żywność zawiera mało karotenu (co to jest, już rozważaliśmy), konieczne jest zażywanie leków syntetycznych.

Dzienna dawka powinna wynosić co najmniej 25 000 jm witaminy A. W przypadku pewnych patologii konieczne będzie dostosowanie dawki, zmniejszenie lub zwiększenie jej.

Dla lepszej asymilacji konieczne jest podzielenie dziennej normy na dwie dawki. Dawkowanie zależy również od tego, czy przyjmujesz kompleks witamin, czy suplement zawierający tylko jeden rodzaj karotenu: alfa-karoten, beta-karoten, likopen.

Należy pamiętać, że witamina karoten powinna być dostarczana do organizmu osoby dorosłej w ilości 2-6 mg dziennie. Na przykład jedna marchewka zawiera 8 mg, ale nie zapominaj, że nie cała ilość zostanie wchłonięta przez organizm.

Kto powinien brać karotenoidy?

Aby zmniejszyć ryzyko rozwoju patologii onkologicznych gruczołu krokowego, płuc.
Aby chronić mięsień sercowy przed chorobami.
W celu zmniejszenia tempa rozwoju związanych z wiekiem zmian w siatkówce.
Aby wzmocnić układ odpornościowy.

Główny efekt ich stosowania wynika z faktu, że karotenoidy są naturalnymi przeciwutleniaczami. Cząsteczki są w stanie neutralizować niestabilne wolne rodniki. Należy jednak zauważyć, że pomimo podobieństwa między sobą każda grupa karotenoidów ma swój własny wpływ na określony rodzaj tkanki w ludzkim ciele.

Nie wszystkie rodzaje karotenoidów są przekształcane w witaminę A z takim samym sukcesem, beta-karoten robi to najlepiej, ale alfa-karoten i kryptoksantyna są zdolne do takich metamorfoz, ale w mniejszym stopniu.

Przeciwwskazania do stosowania

Nie jest również konieczne łączenie przyjmowania witamin z terapią innymi lekami. Przed użyciem skonsultuj się z lekarzem.

Skutki uboczne

Jeśli spożywasz wystarczającą ilość pokarmów zawierających karoten (co to jest, już wiesz), a dodatkowo zażywasz syntetyczne witaminy, istnieje ryzyko przedawkowania i skutków ubocznych. Pierwszym znakiem będzie pomarańczowe zabarwienie skóry dłoni i stóp. Nie jest to niebezpieczne, przy zmniejszeniu dawki wszystko wraca do normy.

Jeśli istnieje jednoczesne przyjmowanie różnych grup karotenoidów, to zakłócają one wzajemne wchłanianie, a w niektórych przypadkach mogą zaszkodzić organizmowi.

Przed użyciem takich substancji, szczególnie w przypadku przewlekłych patologii, należy skonsultować się z lekarzem.

Karotenoidy w profilaktyce chorób

Jeśli te substancje dostaną się do organizmu stale i w wystarczających ilościach, mogą odgrywać rolę zapobiegawczą w zapobieganiu niektórym patologiom:

Chronić przed wieloma rodzajami raka. Na przykład likopen hamuje rozwój komórek nowotworowych w gruczole krokowym. Badania wykazały, że regularne spożywanie pokarmów zawierających pomidory, które są bogate w likopen, zmniejsza ryzyko zachorowania na raka prostaty o 45%. Ten karotenoid jest również w stanie chronić przed rakiem żołądka i przewodu pokarmowego.
Alfa-karoten zmniejsza ryzyko raka szyjki macicy, a luteina i zeaksantyna chronią przed rakiem płuc.
Spożywanie karotenoidów zmniejsza ryzyko rozwoju chorób serca. Stała obecność tych substancji w pożywieniu zmniejsza ryzyko zawału serca o 75%.
Wszystkie karotenoidy świetnie sobie radzą ze złym cholesterolem.
Zmniejsza się ryzyko na siatkówce, co powoduje ślepotę w starszym wieku.
Karotenoidy zapobiegają uszkodzeniu soczewki.
Zmniejsza ryzyko zaćmy.

Można podać pewne fakty i przydatne zalecenia dotyczące stosowania tej grupy substancji.

Wydawałoby się, że przy takiej obfitości produktów współczesny człowiek nie może doświadczyć niedoboru karotenoidów, ale jak zauważają eksperci, prawie 40-60% dorosłej populacji otrzymuje mniej tych substancji z pożywieniem. Dlatego dieta powinna być zróżnicowana i bogata w warzywa i owoce.

Jeśli tak nie jest, konieczne jest zaopatrzenie się w syntetyczne witaminy i suplementy diety, aby zapewnić pełne funkcjonowanie organizmu.

1. KAROTENOIDY

Niesamowita różnorodność barw żywych organizmów przynosi nie tylko przyjemność estetyczną, ale także wskazuje na duże biologiczne znaczenie pigmentów.

Jedną z najbardziej uderzających urody i aktywności biologicznej naturalnych pigmentów są karotenoidy. Są to związki rozpuszczalne w tłuszczach syntetyzowane przez rośliny, glony, bakterie i grzyby (Sandmann, 2001). Ich badania rozpoczęły się już w 1831 r., kiedy Wackenroder wyizolował żółty pigment β-karoten w postaci krystalicznej z marchwi, a w 1837 r. Berzelius wyizolował żółte pigmenty z jesiennych liści i nazwał je ksantofilami. Po 100 latach w 1933 r. znanych było już 15 różnych karotenoidów, około 80 w 1947 r., aw ciągu następnych dwudziestu lat wartość ta przekroczyła 300. Obecnie około 700 pigmentów zalicza się do grupy karotenoidów. W naturze substancje te determinują barwę opadających liści, barwę kwiatów (żonkile, nagietki) i owoców (cytrusy, paprykę, pomidory, marchew, dynie), owadów (biedronki), ptasich piór (flamingi, ibisy, kanarki). i organizmy morskie (krewetki), łosoś). Pigmenty te zapewniają różnorodne kolory od żółtego do ciemnoczerwonego, aw połączeniu z białkami mogą dawać zielone i niebieskie zabarwienie.

W roślinach są metabolitami wtórnymi i dzielą się na dwie grupy: utlenione ksantofile, takie jak luteina, zeaksantyna, wiolaksantyna oraz karotenoidy-węglowodory, takie jak β- i α-karoten oraz likopen.

Wśród znanych barwników roślinnych najbardziej rozpowszechnione są karotenoidy, które różnią się różnorodnością strukturalną i szerokim zakresem aktywności biologicznych. W roślinach wyższych karotenoidy są syntetyzowane i lokalizowane w plastydach komórkowych, gdzie wiążą się w fotoczułe kompleksy, uczestnicząc w procesie fotosyntezy i chroniąc rośliny przed stresem oksydacyjnym wywołanym nadmiernym światłem.

Spośród 700 znanych karotenoidów 40 jest stale obecnych w żywności człowieka, tylko β-karoten, alfa-karoten i kryptoksantyny wykazują aktywność prowitaminy (A) u ssaków.

Karotenoidy są uważane za jedną z najsilniejszych pułapek tlenu singletowego. To właśnie właściwości antyoksydacyjne tych związków w dużej mierze determinują ich aktywność biologiczną. Chociaż karotenoidy są obecne w wielu tradycyjnych produktach spożywczych, najbogatszym źródłem dla ludzi są jaskrawo zabarwione warzywa, owoce i soki, z żółto-pomarańczowymi warzywami i owocami dostarczającymi większość β- i α-karotenu, pomarańczowe owoce są źródłem α-kryptoksantyny. ciemnozielone warzywa – luteina, pieprz – kapsantyna i kapsorubina oraz pomidor i ich przetwory – likopen Johnson, 2002.

Szpinak, bogaty w luteinę i zeaksantynę, a także przedstawiciele rodzaju Papryka zawierające kapsantynę i kapsorubinę w owocach.

Spośród czynników egzogennych istotny wpływ na akumulację karotenoidów ma wzrost temperatury, natężenie światła, długość okresu świetlnego oraz stosowanie nawozów. Wiadomo więc, że w cieniu zawartość luteiny i β-karotenu w roślinach jest niższa niż w świetle, a jarmuż uprawiany latem ma wyższe stężenia tych karotenoidów niż zimą. Wraz ze wzrostem zawartość karotenoidów w liściach wzrasta i spada w fazie starzenia, to znaczy ilość karotenoidów w roślinie zależy również od czasu zbioru. Badania eksperymentalne potwierdzają, że rolnictwo ekologiczne zapewnia największą akumulację czerwonych i żółtych barwników wśród owoców papryki słodkiej (tab. 2).

Ze względu na swoje właściwości przeciwutleniające, karotenoidy zwróciły szczególną uwagę w walce z chorobami przewlekłymi, takimi jak nowotwory, choroby układu krążenia, cukrzyca i osteoporoza.

Tabela 2. Zawartość karotenoidów w papryce słodkiej Almuden w warunkach nawozów organicznych, technologii konwencjonalnych i zintegrowanych (mg/kg mokrej masy) (Perez-Lopez et al, 1999)

Karotenoid	Rolnictwo organiczne	Rolnictwo zintegrowane	tradycyjne rolnictwo
Ogólna treść	3231	2493	1829
Czerwony odłam*	2038	1542	1088
żółta frakcja	1193

*frakcja czerwona = kapsorubina + kapsantyna i izomery

Frakcja żółta = β-karoten + β-kryptoksantyna + zeaksantyna + wiolaksantyna

Najważniejszą biologiczną funkcją karotenoidów w organizmie człowieka jest działanie prowitaminy (A). Karotenoidy o takim działaniu 1) wspomagają różnicowanie zdrowych komórek nabłonka, 2) normalizują funkcje rozrodcze i 3) widzenie. Witamina A jest częścią wizualnej rodopsyny, co wyjaśnia ważną rolę β-karotenu, α-karotenu i kryptoksantyn w utrzymaniu wzroku. W szczególności brak witaminy A w pożywieniu może prowadzić do rozwoju tzw. „ślepoty nocnej”, charakteryzującej się znacznym spadkiem wrażliwości siatkówki o zmierzchu, a w ciężkich przypadkach do rozwoju tzw. - zwane widzeniem „kanalikowym”, gdy światłoczułe komórki obwodowej części siatkówki przestają działać. Luteina i zeaksantyna to dwa z 7 karotenoidów występujących w osoczu i są jedynymi karotenoidami siatkówki i soczewki. W siatkówce luteina i zeaksantyna są odpowiedzialne za żółtą pigmentację i nazywane są pigmentami plamki żółtej. Obszar ten zajmuje tylko 2% całej powierzchni siatkówki i składa się wyłącznie z komórek czopków odpowiedzialnych za widzenie barw. Sugeruje się, że pigmenty plamki biorą udział w fotoprotekcji, a obniżony poziom luteiny i zeaksantyny może wiązać się z uszkodzeniem siatkówki. Zwiększenie ilości tych pigmentów można osiągnąć poprzez zwiększenie spożycia przeciwutleniaczy, warzyw i owoców, karotenoidów pokarmowych, normalizację wskaźnika masy ciała i niepalenie. Wiele z tych czynników wiąże się również ze zmniejszonym ryzykiem rozwoju starczego zwyrodnienia plamki żółtej, co sugeruje związek przyczynowy. Badania pokazują, że zwiększenie udziału luteiny i zeaksantyny oraz likopenu zmniejsza ryzyko zwyrodnienia plamki żółtej. Należy szczególnie zauważyć, że wysokie spożycie różnych warzyw, dostarczających organizmowi różnorodnych karotenoidów, silniej zmniejsza ryzyko chorób oczu niż spożywanie pojedynczych karotenoidów.

Ogólnie rzecz biorąc, dane z badań epidemiologicznych sugerują pozytywny związek między wysokim spożyciem karotenoidów a niskim ryzykiem przewlekłej choroby sercowo-naczyniowej, niektórych postaci raka i poziomu odporności.

Badania nad przeciwrakowym działaniem karotenoidów wykazały ochronny wpływ β-karotenu na raka płuc u osób niepalących, a zwłaszcza u mężczyzn. Spożywanie dużych dawek karotenoidów zmniejsza ryzyko niektórych typów chłoniaków, ale nie wpływa na wielkość ryzyka zachorowania na raka pęcherza moczowego. Likopen jest w stanie zapobiegać rakowi prostaty.

Zmniejszenie ryzyka chorób sercowo-naczyniowych pod wpływem karotenoidów wynika z ochrony lipoprotein o małej gęstości przed peroksydacją oraz zmniejszenia intensywności stresu oksydacyjnego w lokalizacji blaszek miażdżycowych. Badania kohortowe wykazały ochronną rolę karotenoidów w diecie przeciwko chorobom sercowo-naczyniowym we Włoszech, Japonii, Europie i Kostaryce.Istnieje szereg prac potwierdzających ochronne działanie likopenu w odniesieniu do profilaktyki chorób układu krążenia. Badania epidemiologiczne na 662 pacjentach i 717 zdrowych osobach z 10 różnych krajów europejskich wykazały zależność dawkową pomiędzy poziomem spożycia likopenu a ryzykiem zawału mięśnia sercowego. Porównanie poziomów spożycia likopenu na Litwie iw Szwecji wykazało wzrost ryzyka rozwoju i śmiertelności z powodu choroby niedokrwiennej serca w warunkach braku spożycia likopenu. Jak się okazało, likopen z pomidorów, sosów, ketchupów, soku pomidorowego znacznie obniża poziom utlenionych form lipoprotein o niskiej gęstości oraz obniża poziom cholesterolu we krwi, zmniejszając tym samym ryzyko chorób sercowo-naczyniowych.

Zapobieganie nowotworom poprzez spożywanie dużych dawek karotenoidów wiąże się ze zdolnością tych ostatnich do hamowania proliferacji komórek, ich transformacji oraz modulowania ekspresji genów determinujących. Utlenione karotenoidy (takie jak β-kryptoksantyna i luteina) oraz formy nieutlenione (takie jak β-karoten i likopen) wiążą się ze zmniejszonym ryzykiem raka. Badania kultur komórkowych wykazały, że oprócz β-karotenu również niektóre inne karotenoidy mogą wykazywać działanie przeciwnowotworowe, a aktywność w niektórych przypadkach jest wyższa niż aktywność β-karotenu (np. kapsantyna, α-karoten, luteina). , zeaksantyna itp.).

Około 90% wszystkich karotenoidów w żywności i organizmie człowieka to β- i α-karoten, likopen, luteina i kryptoksantyna. Likopen jest jednym z głównych karotenoidów w diecie śródziemnomorskiej i zapewnia, że do organizmu człowieka przedostaje się do 50% wszystkich karotenoidów. Wśród warzyw pomidory są głównym źródłem likopenu, a produkty na bazie pomidorów (ketchup, pasta pomidorowa, sosy) dostarczają człowiekowi 85% całego likopenu z pożywienia. Antyrakotwórcze właściwości likopenu potwierdzają badania epidemiologiczne, badania in vitro zarówno u zwierząt laboratoryjnych, jak iu ludzi.

Uważa się, że główne mechanizmy przeciwrakowego działania likopenu są zaangażowane w dezaktywację reaktywnych form tlenu, regulację systemu detoksykacji, wpływ na proliferację komórek, indukcję połączeń komórkowych, hamowanie cyklu komórkowego i modulację sygnalizacji .

Ogólnie rzecz biorąc, około 10-30% likopenu jest wchłaniane przez człowieka. Obecność związków rozpuszczalnych w tłuszczach, w tym innych karotenoidów, korzystnie wpływa na poziom wchłaniania likopenu. Co zaskakujące, przestrzenna konfiguracja centralnego wiązania podwójnego cząsteczki likopenu determinuje intensywność jego wchłaniania. Wykazano, że cislikopen powstający podczas obróbki termicznej pomidora jest wchłaniany skuteczniej niż izomer trans surowych owoców. Izomery cis powstają również w organizmie ludzi i zwierząt podczas spożywania form trans.

Oprócz surowicy krwi likopen gromadzi się w znacznych ilościach w jądrach, nadnerczach, prostacie i sutkach, a także w wątrobie.

Przeciwrakotwórcze właściwości likopenu pomidorowego przejawiają się w przypadku raka prostaty, piersi, szyjki macicy, jajnika, wątroby, płuc, przewodu pokarmowego, trzustki.

Dzięki swoim właściwościom przeciwutleniającym karotenoidy są w stanie chronić organizm przed innymi stanami patologicznymi związanymi ze stresem oksydacyjnym. Badania epidemiologiczne wykazują, że β-karoten i likopen wraz z witaminami C i E znacznie zmniejszają ryzyko osteoporozy. Fakt ten wydaje się być szczególnie istotny w profilaktyce osteoporozy u kobiet w okresie menopauzy, która charakteryzuje się znacznym spadkiem ochrony antyoksydacyjnej.

Stwierdzono pozytywny wpływ likopenu na obniżenie ciśnienia skurczowego u pacjentów z nadciśnieniem, którzy charakteryzują się rozwojem stresu oksydacyjnego.

Niepłodność męska związana jest, jak wiadomo, z powstawaniem znacznej ilości reaktywnych form tlenu w nasieniu, podczas gdy u zdrowych mężczyzn reaktywnych form tlenu nie stwierdzono w nasieniu. Biorąc pod uwagę, że zawartość likopenu w nasieniu niepłodnych mężczyzn jest niższa niż u osób zdrowych, podjęto próbę skorygowania podaży likopenu. Spożywanie w ciągu roku przez takie pacjentki 8 mg likopenu dziennie znacznie zwiększyło ruchliwość plemników, poprawiło ich morfologię i zapewniło 5% przypadków poczęcia.

Obecnie badana jest rola likopenu w rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera. Ze względu na wysoki poziom poboru tlenu, wysokie stężenie lipidów i niską zdolność antyoksydacyjną ludzki mózg jest bardzo wrażliwy na działanie utleniaczy. Wykazano, że likopen występuje w małych stężeniach w tkance nerwowej, a jego stężenie jest obniżone w chorobie Parkinsona i otępieniu naczyniowym. W Japonii ustalono ochronne działanie likopenu pomidorowego przed wystąpieniem i rozwojem rozedmy płuc. Oczekuje się, że ochronne działanie likopenu może objawiać się u pacjentów z cukrzycą, chorobami skóry, reumatoidalnym zapaleniem stawów, chorobami przyzębia i procesami zapalnymi. Właściwości przeciwutleniające likopenu otwierają również szerokie możliwości jego wykorzystania w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym i kosmetycznym.

Likopen nadal nie jest uważany za niezbędny składnik odżywczy i dlatego nie ustalono optymalnego poziomu spożycia. Jednak na podstawie danych z badań nad ochronnym działaniem likopenu można stwierdzić, że dzienne spożycie w celu zwalczania stresu oksydacyjnego i zapobiegania chorobom przewlekłym powinno wynosić 5-7 mg (Levin, 2008). W obecności chorób, takich jak rak lub choroba sercowo-naczyniowa, pożądane jest zwiększenie spożycia likopenu do 35-75 mg. Rzeczywiste poziomy spożycia likopenu to 3-16,2 mg dziennie w USA, 25,2 mg w Kanadzie, 1,3 mg w Niemczech, 1,1 mg w Wielkiej Brytanii i 0,7 mg w Finlandii.

Karotenoidy
Działanie biologiczne	Zapobieganie chorobom
Aktywność prowitaminowa	Ślepota „kurczaka”
Dezaktywacja reaktywnych form tlenu	Zaćma
Regulacja systemu detoksykacji	Osteoporoza
Wpływ na proliferację komórek	Rak
Indukcja połączeń komórkowych	HIV
Hamowanie cyklu komórkowego choroby	Choroby sercowo-naczyniowe
Modulacja transmisji sygnału	Reumatyzm
Utrzymanie odporności	Choroby skórne
Zaangażowany w metabolizm leków	Ochrona przed innymi chorobami zapalnymi

2. Flawonoidy

Bioróżnorodność przyrody jest niewyczerpana.

Inna grupa antyoksydantów, polifenole, stanowi jeszcze większą grupę związków naturalnych (znanych jest ponad 8000) (Ross i Kasum, 2002).

Bioflawonoidy. Krótka informacja

Bioflawonoidy lub witamina P. Witamina P (z łac. „papryka” – pieprz i „przepuszczalność” – przepuszczalność) łączy rodzinę bioflawonoidów. To bardzo zróżnicowana grupa roślinnych związków polifenolowych, które podobnie jak witamina C wpływają na przepuszczalność naczyń.

Źródła: cytryny, gryka, aronia, czarna porzeczka, liście herbaty, dzika róża, cebula, kapusta, jabłka.

dzienne zapotrzebowanie dla ludzi nie została ustalona.

Rola biologiczna jest stabilizacja macierzy międzykomórkowej tkanki łącznej i zmniejszenie przepuszczalności naczyń włosowatych.

Zainteresowanie bioflawonoidami pojawiło się ostatnio w związku z badaniami epidemiologicznymi, które ujawniły ochronny wpływ warzyw i owoców zawierających bioflawonoidy na rozwój społecznie istotnych przewlekłych chorób niezakaźnych: sercowo-naczyniowych i nowotworowych. Liczne eksperymenty wykazały, że flawonoidy:

mają właściwości przeciwutleniające;
zapobiegać rozwojowi miażdżycowego uszkodzenia ścian tętnic, hamując procesy wewnątrzkomórkowej peroksydacji lipidów;
hamować agregację płytek krwi;
zapobiegają uszkodzeniom oksydacyjnym kwasów nukleinowych i zapobiegają rozwojowi procesów karcynogenezy. Uważa się, że flawonoidy mają również działanie przeciwalergiczne, przeciwzapalne (hamują COX 1 i COX 2), przeciwwirusowe i antyproliferacyjne.

Kliniczna manifestacja hipowitaminozy witamina P charakteryzuje się zwiększonym krwawieniem dziąseł i wybroczynami podskórnymi, ogólnym osłabieniem, zmęczeniem i bólem kończyn.

Preparaty ziołowe, zawierające flawonoidy, znalazły szerokie zastosowanie kliniczne w leczeniu schorzeń wątroby: mogą to być proste napary z roślin leczniczych, takich jak kwiaty nieśmiertelnika piaskowego lub skoncentrowane ekstrakty - flamin (suchy koncentrat z nieśmiertelnika piaskowego), konwiflawina (z lilii z Dalekiego Wschodu). doliny). Złożony preparat sylimaryna (zawiera mieszankę bioflawonoidów z ostropestu plamistego) ma działanie hepatotropowe i antytoksyczne, jest stosowany w toksycznych uszkodzeniach wątroby.

Więc, Flawonoidy to największa klasa polifenoli roślinnych. Polifenole to klasa związków chemicznych charakteryzująca się obecnością więcej niż jednego fenolowy grup na cząsteczkę. Fenole- związki organiczne szeregu aromatycznego, w cząsteczkach których grupy OH-hydroksylowe są związane z atomami węgla pierścienia aromatycznego.

Są to najczęstsze przeciwutleniacze w królestwie roślin. sam flawonoidy(pochodne hydroksylowe flawon ) są w stanie wykazywać działanie przeciwzapalne, przeciwwirusowe, hormonalne, antymutagenne, chronią przed nowotworami oraz wykazują ogromną liczbę korzystnych dla człowieka właściwości. Ustalono, że wszystkie naturalne polifenole roślinne mają działanie przeciwnowotworowe.

Działanie flawonoidów:

Przeciwzapalny
Działa przeciwnowotworowo (ochrona przed rakiem płuc i piersi)
Środek przeciwwirusowy
Przeciwutleniacz
Kardioprotekcyjne
Hormonalne
Przeciwwrzodowy
Przeciwbiegunkowe
Przeciwskurczowe
Poprawa pamięci, uczenia się i poznania
neuroprotekcyjny
Zmniejszenie ryzyka osteoporozy

Rola flawonoidów w utrzymaniu zdrowia człowieka jest ogromna. Badania epidemiologiczne wskazują, że spożywanie owoców i warzyw wiąże się ze zmniejszonym ryzykiem chorób przewlekłych, w tym chorób układu krążenia i nowotworów. Uważa się, że flawonoidy i inne polifenole są najważniejszymi związkami biologicznie czynnymi, które decydują o pozytywnym wpływie warzyw i owoców na zdrowie człowieka.

Badania epidemiologiczne potwierdzają ochronne działanie flawonoidów przed nowotworami i chorobami układu krążenia (Ghosh & Scheepens, 2009). Stwierdzono istotną różnicę w śmiertelności populacji o wysokim (Chiny) i niskim (Ameryka Północna, Europa) spożyciu flawonoidów. Tylko 2 z 7 badań na dużą skalę nie wykazały znaczącego działania ochronnego, a oba badania przeprowadzono u Europejczyków z niskim spożyciem flawonoidów. Czternaście z 19 badań wykazało odwrotną korelację między występowaniem raka piersi a poziomem flawonoidów we krwi. Spożywanie żywności bogatej we flawonoidy wiąże się z mniejszą częstością występowania chorób serca, zawałów serca, raka i innych chorób przewlekłych. Wykazano odwrotną korelację między poziomem spożycia flawonoidów a ryzykiem udaru mózgu oraz raka płuc i odbytnicy (Trichopoulos, 2003; Hirvonen i wsp., 2001). Ponieważ te przewlekłe choroby są związane ze zwiększonym stresem oksydacyjnym, a flawonoidy są silnymi przeciwutleniaczami in vitro, zasugerowano, że flawonoidy dietetyczne mają korzystny wpływ, wzmacniając obronę antyoksydacyjną. Aktywność antyoksydacyjna flawonoidów przejawia się wzrostem stanu antyoksydacyjnego osocza, działaniem ochronnym na witaminę E, błony erytrocytów i lipoproteiny o małej gęstości oraz ochroną WNKT błon erytrocytów przed peroksydacją.

Liczne badania sugerują, że flawonoidy wykazują u ludzi działanie przeciwalergiczne, przeciwwirusowe, przeciwzapalne i rozszerzające naczynia krwionośne. Flawonoidy, w tym kwercetyna oraz taksyfolina, korzystnie wpływają na przewód pokarmowy, wykazując działanie przeciwwrzodowe, przeciwskurczowe i przeciwbiegunkowe. Wykazano, że spożywanie warzyw i owoców o wysokiej zawartości polifenoli zmniejsza ryzyko wystąpienia i rozwoju osteoporozy.

Ustalono, że kwercetyna chroni przed zakażeniem wirusem HIV, zapobiega utlenianiu lipoprotein o dużej gęstości, zmniejszając w ten sposób ryzyko chorób sercowo-naczyniowych. Spożywanie znacznej ilości pokarmów zawierających kwercetynę (cebula, grejpfrut, jabłka) zmniejsza ryzyko zachorowania na raka płuc.

Szerokie spektrum aktywności biologicznej roślin z rodzaju Allium(Tabela 1) wiąże się nie tylko z obecnością związków zawierających siarkę, ale także z wysokim stężeniem flawonoidów. Spożywanie cebuli hamuje wzrost guzów i komórek drobnoustrojów, zmniejsza ryzyko raka, dezaktywuje wolne rodniki i chroni przed chorobami układu krążenia. Stwierdzono wysoką aktywność antyoksydacyjną wszystkich upraw cebuli (Kim i Kim, 2006; Corzo-Martinez i wsp., 2007).

Tabela 1. Biologiczne działanie roślin z rodzaju Allium

Działanie biologiczne	Całkowita liczba prac	Liczba badań na ludziach
Kardioprotekcyjne
Przeciwdrobnoustrojowy
Przeciwrakotwórcze
Przeciwutleniacz
Hipoglikemia
Przeciwzapalny

Tak więc dziewięć badań epidemiologicznych w różnych częściach świata (Chiny, Włochy, Argentyna, USA itp.) wyraźnie wykazało znaczne zmniejszenie ryzyka raka przewodu pokarmowego wraz ze wzrostem spożycia czosnku (You i in., 1989; Buiatti i in. , 1989). Ostatnia obserwacja związana jest ze zdolnością czosnku do obniżania poziomu azotynów w przewodzie pokarmowym (prekursory rakotwórczych nitrozoamin) oraz działaniem bakteriostatycznym przeciwko Helicobacter pylori, powodując rozwój wrzodów i raka żołądka (Lanzotti, 2006). Ochronne działanie di- i trisiarczków allilu roślin z rodzaju Allium z raka wątroby wywołanego przez aflatoksynę.

Karotenoidy - rozpuszczalne w tłuszczach pigmenty koloru żółtego, pomarańczowego, czerwonego - obecne w chloroplastach wszystkich roślin. Wchodzą one również w skład chromoplastów w niezielonych częściach roślin, na przykład w korzeniach marchwi, których łacińska nazwa (Daucus carota L.) mają swoje imię. W zielonych liściach karotenoidy są zwykle niewidoczne ze względu na obecność chlorofilu, ale jesienią, gdy chlorofil ulega zniszczeniu, to właśnie karotenoidy nadają liściom charakterystyczny żółto-pomarańczowy kolor. Karotenoidy są również syntetyzowane przez bakterie i grzyby, ale nie przez zwierzęta. Obecnie znanych jest około 400 pigmentów należących do tej grupy.

Struktura i właściwości. Skład pierwiastkowy karotenoidów ustalił Wilstetter. W latach 1920-1930 określono strukturę głównych pigmentów tej grupy. Sztuczną syntezę szeregu karotenoidów po raz pierwszy przeprowadzono w 1950 r. w laboratorium P. Carrera. Karotenoidy obejmują trzy grupy związków: 1) pigmenty pomarańczowe lub czerwone karoteny(C40H56); 2) żółty ksantofile(C4oH56O2 i C40H51O4); 3) kwasy karotenoidowe - produkty utleniania karotenoidów o skróconym łańcuchu i grupach karboksylowych (na przykład C 20 H 24 O 2 - krocetyna mająca dwie grupy karboksylowe).

Karoteny i ksantofile są łatwo rozpuszczalne w chloroformie, benzenie, dwusiarczku węgla i acetonie. Karoteny są łatwo rozpuszczalne w eterze naftowym i dietylowym, ale prawie nierozpuszczalne w metanolu i etanolu. Ksantofile są dobrze rozpuszczalne w alkoholach i znacznie gorzej w eterze naftowym.

Wszystkie karotenoidy są związkami polienowymi. Karotenoidy dwóch pierwszych grup składają się z ośmiu reszt izoprenowych, które tworzą łańcuch sprzężonych wiązań podwójnych. Karotenoidy mogą być acykliczne (alifatyczne), mono- i bicykliczne. Cykle na końcach cząsteczek karotenoidów są pochodnymi jononu (ryc. 1).

Rys.1. Wzory strukturalne karotenoidów i kolejność ich przemian

Przykładem acyklicznego karotenoidu jest likopen(C 40 H 56) - główny karoten niektórych owoców (w szczególności pomidorów) i purpurowych bakterii.

Karoten(Rys. 1) ma dwa pierścienie β-jononowe (podwójne wiązanie między C 5 i C 6). W wyniku hydrolizy β-karotenu w centralnym wiązaniu podwójnym powstają dwie cząsteczki witaminy A (retinol). α-karoten różni się od β-karotenu tym, że posiada jeden pierścień β-jononu, a drugi - J-jonon (podwójne wiązanie między C4 i C5).

ksantofil luteina- pochodna a-karotenu, oraz zeaksantyna- β-karoten. Te ksantofile mają jedną grupę hydroksylową w każdym pierścieniu jonowym. Dodatkowa inkluzja w cząsteczce zeaksantyny dwóch atomów tlenu na podwójnych wiązaniach C5 -C6 (grupy epoksydowe) prowadzi do powstania wiolaksantyna. Nazwa

„wiolaksantyna” wiąże się z uwalnianiem tego związku z płatków żółtych bratków (Trójkolorowa altówka). Zeaksantynę po raz pierwszy uzyskano z ziaren kukurydzy (Zea mays). Luteina (od łac. luteusz-żółty) znajduje się w szczególności w żółtku jaj kurzych. Najbardziej utlenione izomery luteiny to fukoksantyna(C 40 H 60 O 6) - główny ksantofil brunatnic.

Głównymi karotenoidami plastydów roślin wyższych i alg są β-karoten, luteina, wiolaksantyna i neoksantyna. Synteza karotenoidów rozpoczyna się od acetylo-CoA poprzez kwas mewalonowy, pirofosforan geranylogeranylu do likopenu, który jest prekursorem wszystkich innych karotenoidów. Synteza karotenoidów zachodzi w ciemności, ale jest gwałtownie przyspieszana przez działanie światła. Widma absorpcyjne karotenoidów charakteryzują się dwoma pasmami w obszarach fioletowo-niebieskim i niebieskim od 400 do 500 nm (patrz Rys. 4.3). Liczba i położenie maksimów absorpcji zależą od rozpuszczalnika. To widmo absorpcyjne jest określone przez układ sprzężonych wiązań podwójnych. Wraz ze wzrostem liczby takich wiązań maksima absorpcji przesuwają się w kierunku długiego zakresu widma. Karotenoidy, podobnie jak chlorofile, są niekowalencyjnie związane z białkami i lipidami błon fotosyntetycznych.

Rola karotenoidów w fotosyntezie

Karotenoidy są podstawowymi składnikami systemów pigmentowych wszystkich organizmów fotosyntetycznych. Pełnią szereg funkcji, z których główne to: 1) udział w absorpcji światła jako dodatkowych pigmentów, 2) ochrona cząsteczek chlorofilu przed nieodwracalnym fotoutlenianiem. Możliwe, że karotenoidy biorą udział w wymianie tlenu podczas fotosyntezy.

Znaczenie karotenoidów jako dodatkowych pigmentów absorbujących światło w niebiesko-fioletowej i niebieskiej części widma staje się oczywiste, gdy weźmiemy pod uwagę rozkład energii w widmie całkowitego promieniowania słonecznego na powierzchni Ziemi. Jak wynika z rysunku 2, maksimum tego promieniowania przypada na niebiesko-niebieską i zieloną część widma (480 - 530 nm). W warunkach naturalnych na całkowite promieniowanie docierające do powierzchni Ziemi składa się bezpośredni strumień promieniowania słonecznego do powierzchni poziomej oraz rozproszone promieniowanie nieba.

Rys. 2. Rozkład energii w widmie promieniowania całkowitego i rozproszonego na bezchmurnym niebie

Rozpraszanie światła w atmosferze następuje z powodu cząstek aerozolu (krople wody, cząstki kurzu itp.) oraz wahań gęstości powietrza (rozpraszanie molekularne). Skład widmowy całkowitego promieniowania w zakresie 350 - 800 nm przy bezchmurnym niebie w ciągu dnia prawie się nie zmienia. Wyjaśnia to fakt, że wzrostowi udziału promieni czerwonych w bezpośrednim promieniowaniu słonecznym przy niskiej pozycji Słońca towarzyszy wzrost udziału światła rozproszonego, w którym występuje wiele promieni niebiesko-fioletowych. Atmosfera ziemska w znacznie większym stopniu rozprasza promienie krótkofalowej części widma (intensywność rozpraszania jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali do czwartej potęgi), więc niebo wygląda na niebieskie. W przypadku braku bezpośredniego światła słonecznego (pochmurna pogoda) proporcja promieni niebiesko-fioletowych wzrasta. Dane te wskazują na znaczenie krótkofalowej części widma, gdy rośliny lądowe wykorzystują światło rozproszone oraz na możliwość udziału karotenoidów w fotosyntezie jako dodatkowych pigmentów. Doświadczenia modelowe wykazują wysoką wydajność transferu energii świetlnej z karotenoidów do chlorofilu a, ponadto zdolność tę mają cząsteczki karotenów, ale nie ksantofile.

Drugą funkcją karotenoidów jest ochrona. Po raz pierwszy D. I. Ivanovsky uzyskał dane, że karotenoidy mogą chronić cząsteczki chlorofilu przed zniszczeniem. W jego eksperymentach probówki zawierające taką samą objętość roztworu chlorofilu i różne stężenia karotenoidów wystawiono na bezpośrednie działanie promieni słonecznych przez 3 godziny. Okazało się, że im więcej karotenoidów było w probówce, tym mniej chlorofilu uległo zniszczeniu. Następnie dane te otrzymały liczne potwierdzenia. Tak więc mutanty chlamydomonas wolne od karotenoidów giną w świetle w atmosferze tlenowej, podczas gdy w ciemności, przy heterotroficznym sposobie odżywiania, rozwijają się i rozmnażają normalnie. W mutancie kukurydzy, w którym brakowało syntezy karotenoidów, chlorofil powstały w warunkach tlenowych przy silnym oświetleniu ulegał szybkiemu zniszczeniu. W przypadku braku tlenu chlorofil nie uległ zniszczeniu.

Jak karotenoidy zapobiegają niszczeniu chlorofilu? Obecnie wykazano, że karotenoidy mogą reagować z chlorofilem w stanie tripletowym, zapobiegając jego nieodwracalnemu utlenianiu. W tym przypadku energia wzbudzonego stanu tripletowego chlorofilu jest zamieniana na ciepło.

Rys.3. Reakcja karotenoidów z chlorofilem

Ponadto karotenoidy, oddziałując z wzbudzonym (singlet) tlenem, który niespecyficznie utlenia wiele substancji organicznych, mogą przenieść go do stanu podstawowego.

Rys.4. Reakcja karotenoidów z wzbudzonym tlenem

Mniej jasna jest rola karotenoidów w wymianie tlenu podczas fotosyntezy. W roślinach wyższych, mchach, zielonych i brunatnych algach zachodzi zależne od światła odwracalne, głębokie utlenianie ksantofili. Przykładem takiej transformacji jest cykl wiolaksantyny.

Rys.5. Cykl wiolaksantyny

Znaczenie cyklu wiolaksantyny pozostaje niejasne. Być może służy to wyeliminowaniu nadmiaru tlenu. Karotenoidy w roślinach pełnią inne funkcje niezwiązane z fotosyntezą. W światłoczułych „oczach” jednokomórkowych wiciowców oraz w szczytach pędów roślin wyższych karotenoidy poprzez kontrastowanie światła pomagają określić jego kierunek. Jest to konieczne do fototaksji w wici i fototropizmu u roślin wyższych.

Karotenoidy warunkują barwę płatków i owoców niektórych roślin Pochodne karotenoidów – witamina A, ksantoksyna działająca podobnie jak ABA i inne związki biologicznie czynne. Rodopsyna chromoproteinowa, występująca w niektórych bakteriach halofilnych, pochłania światło i działa jak pompa H+. Grupa chromoforowa bakteriorodopsyny to siatkówka, aldehydowa forma witaminy A. Bakteriorodopsyna jest podobna do rodopsyny w wizualnych analizatorach zwierząt.

Karotenoidy to żółte, pomarańczowe lub czerwone pigmenty syntetyzowane przez rośliny (a także bakterie i grzyby), nierozpuszczalne w wodzie, zbliżone do witaminy A (retinolu) i przez nią do bardzo ważnego chromoforu siatkówkowego. Jednym z czynników chroniących organizm przed rozwojem nowotworów są karotenoidy, które częściowo pełnią rolę dodatkowych barwników fotosyntetycznych, ale mogą też pełnić inne funkcje niezwiązane z fotosyntezą. Karotenoidy obejmują szeroko rozpowszechnione karoteny i ksantofile. Z natury chemicznej są to węglowodory izoprenoidowe zawierające 40 atomów węgla (ryc. 12). Należą one do pomocniczych pigmentów fotosyntetycznych, które zawierają wszystkie organizmy fotosyntetyczne, obejmują karotenoidy, dużą grupę związków chemicznych będących produktem kondensacji pozostałości izoprenowych (ryc. 128).

Ksantofile to utlenione karoteny. Szczególnie bogate w karoteny są zielone liście niektórych roślin (na przykład szpinak), rośliny okopowe marchwi, dzikiej róży, porzeczki, pomidory itp. W roślinach karotenoidy są reprezentowane głównie przez najbardziej aktywny fizjologicznie p-karoten. Karoteny, wraz z ksantofilami, często decydują o kolorze niektórych organizmów. Na przykład, zabarwienie purpurowych bakterii przypisuje się obecności ksantofili typu robotyny i spirillotoksyny; brązowy – brązowy i okrzemki – fukoksantyna.

Zwierzęta i ludzie nie są w stanie syntetyzować karotenoidów, ale pozyskując je z pożywieniem, wykorzystują je do syntezy witaminy A. Karotenoidy, podobnie jak chlorofile, bardzo słabo wiążą się z białkami, są łatwo ekstrahowane z roślin i wykorzystywane jako leki i barwniki.

Większość karotenoidów zbudowana jest na podstawie kondensacji 8 reszt izoprenoidowych. W niektórych karotenoidach łańcuch poliizoprenoidowy jest otwarty i nie zawiera grup cyklicznych. Takie karotenoidy nazywane są alifatycznymi. Większość ma pierścień aromatyczny lub beta-jononowy na jednym lub obu końcach łańcucha. Karotenoidy pierwszego typu to aryl, drugi - alicykliczny. Istnieją również karotenoidy, które nie zawierają tlenu w cząsteczce, oraz karotenoidy zawierające tlen, których nazwa zwyczajowa to ksantofile.

Skład karotenoidów w fotosyntetycznych eubakteriach jest zróżnicowany. Wraz z pigmentami, które są takie same w różnych grupach, dla każdego z nich znaleziono określone karotenoidy lub zestawy tych ostatnich.

Najbardziej zróżnicowany skład pigmentów karotenoidowych u bakterii purpurowych, z których wyizolowano ponad 50 karotenoidów. Komórki większości fioletowych bakterii zawierają tylko alifatyczne karotenoidy, z których wiele należy do grupy ksantofili. Arylowy monocykliczny okenon karotenoidowy został znaleziony w niektórych purpurowych bakteriach siarkowych, a niewielkie ilości beta-karotenu, alicyklicznego karotenoidu powszechnego w sinicach i fotosyntetycznych organizmach eukariotycznych, zostały znalezione w dwóch gatunkach bakterii nie zawierających purpury.

Wzory strukturalne niektórych karotenoidów charakterystycznych dla bakterii purpurowych przedstawiono na ryc. 70, 2-5. Od zestawu i ilości poszczególnych karotenoidów zależy kolor purpurowych bakterii, których gęste zawiesiny są fioletowo-fioletowe, czerwone, różowe, brązowe i żółte.

Pigmenty karotenoidowe pochłaniają światło w niebieskich i zielonych obszarach widma, tj. w zakresie długości fal 400-550 nm. Pigmenty te, podobnie jak chlorofile, są zlokalizowane w błonach i są związane z białkami błonowymi bez udziału wiązań kowalencyjnych.

Funkcje karotenoidów w fotosyntetycznych eubakteriach są zróżnicowane. Jako pomocnicze pigmenty fotosyntetyczne, karotenoidy absorbują kwanty światła w krótkim obszarze widma, które są następnie przenoszone do chlorofilu. W sinicach energia świetlna pochłonięta przez karotenoidy wchodzi do fotosystemu I. Efektywność transferu energii dla różnych karotenoidów waha się od 30 do 90%.

Znany jest udział karotenoidów w realizacji reakcji fototaksji, a także w ochronie komórki przed toksycznym działaniem tlenu singletowego.

Działanie karotenoidów nie ogranicza się do ich udziału w ochronie przed efektem fotodynamicznym. Gaszą one stan singletowy tlenu, niezależnie od reakcji, w których zachodzi: w świetle lub w ciemności.

Podobał Ci się artykuł? Udostępnij to

Wydrukuj artykuł