Uz zelene pigmente, hloroplasti i hromatofori sadrže pigmente koji pripadaju grupi karotenoida. Karotinoids- to su žuti i narandžasti pigmenti alifatske strukture, derivati izoprena. Karotenoidi se nalaze u svim višim biljkama i mnogim mikroorganizmima. Ovo su najčešći pigmenti s različitim funkcijama. Karotenoidi koji sadrže kiseonik se nazivaju ksantofili. Glavni predstavnici karotenoida u višim biljkama su dva pigmenta - β-karoten(narandžasta) C 40 H 56 i ksantofil(žuta) C 40 H 56 O 2. Karoten se sastoji od 8 ostataka izoprena. Kada se ugljični lanac razbije na pola i na kraju se formira alkoholna grupa, karoten se pretvara u 2 molekula vitamina A. Zanimljiva je sličnost u strukturi fitola, alkohola koji je dio hlorofila, i ugljičnog lanca spajanje cikloheksenilnih prstenova karotena. Pretpostavlja se da fitol nastaje kao produkt hidrogenacije ovog dijela molekule karotenoida. Karotenoidi imaju veliki broj konjugiranih dvostrukih veza, pa su sposobni za redoks reakcije. Apsorpcija svjetlosti karotenoidima, a time i njihova boja, također je posljedica prisustva konjugiranih dvostrukih veza. Crvene zrake koje apsorbuju hlorofili ne apsorbuju karotenoidi. Karotenoidi, za razliku od hlorofila, nemaju sposobnost fluoresciranja. Kao i hlorofil, karotenoidi u hloroplastima stupaju u interakciju s proteinima.
Fiziološka uloga karotenoida. Sama činjenica da su karotenoidi uvijek prisutni u hloroplastima sugerira da oni učestvuju u procesu fotosinteze. Međutim, nije uočen niti jedan slučaj da se ovaj proces odvija u nedostatku hlorofila, pa se smatra da je uloga karotenoida pomoćna.
Trenutno se pretpostavlja da karotenoidi, apsorbirajući određene dijelove sunčevog spektra, prenose energiju ovih zraka na molekule klorofila. Tako doprinose korištenju zraka koje hlorofil ne apsorbira.
Fiziološka uloga karotenoida nije ograničena na njihovo učešće u prijenosu energije na molekule klorofila. Na svjetlu, ksantofili prolaze kroz međukonverziju (violoksantin se pretvara u zeaksantin), što je praćeno oslobađanjem kisika. Spektar djelovanja ove reakcije poklapa se sa spektrom apsorpcije klorofila, što je omogućilo sugeriranje njegovog učešća u procesu fotosinteze.
Postoje dokazi da karotenoidi obavljaju zaštitnu funkciju, štiteći različite organske tvari, prvenstveno molekule hlorofila, od uništenja na svjetlosti tokom procesa fotooksidacije. Eksperimenti provedeni na mutantima kukuruza i suncokreta pokazali su da oni sadrže protoklorofilid (tamni prekursor hlorofila), koji se na svjetlu pretvara u hlorofil A, ali je uništen. Ovo posljednje je zbog nedostatka sposobnosti proučavanih mutanata da formiraju karotenoide.
Brojni istraživači ukazuju da karotenoidi igraju određenu ulogu ulogu u seksualnom procesu kod biljaka. Poznato je da se u periodu cvatnje viših biljaka smanjuje sadržaj karotenoida u listovima. Istovremeno, primjetno raste u prašnicima, kao iu laticama cvijeća. Mikrosporogeneza je usko povezana s metabolizmom karotenoida. Nezrela polenova zrna su bijele boje, dok je zreli polen žuto-narandžaste boje. U zametnim stanicama algi uočena je diferencirana distribucija pigmenata. Muške gamete su žute boje i sadrže karotenoide. Ženske gamete sadrže hlorofil. Vjeruje se da je karoten taj koji određuje pokretljivost spermatozoida. Matične ćelije algi Chlamydomonas formiraju polne ćelije (gamete) u početku bez flagela tokom ovog perioda još se ne mogu kretati u vodi. Flagele se formiraju tek nakon što su gamete osvijetljene dugovalnim zracima, koje hvata poseban karotenoid - krocin.
Formiranje karotenoida. Za sintezu karotenoida nije potrebna svjetlost. U toku formiranja listova karotenoidi se formiraju i akumuliraju u plastidima čak i u periodu kada je lisni primordijum zaštićen u pupoljku od dejstva svetlosti. Na početku osvjetljenja, formiranje hlorofila u etioliranim sadnicama je praćeno privremenim padom sadržaja karotenoida. Međutim, tada se sadržaj karotenoida obnavlja i čak se povećava s povećanjem intenziteta svjetlosti. Pokazana je bliska ovisnost stvaranja karotenoida o metabolizmu dušika. Utvrđeno je da postoji direktna korelativna veza između sadržaja proteina i karotenoida. Paralelno se događa gubitak proteina i karotenoida u rezanim listovima. Stvaranje karotenoida ovisi o izvoru ishrane dušikom. Povoljniji rezultati o akumulaciji karotenoida postignuti su kada su biljke uzgajane na nitratnoj pozadini u odnosu na amonijak. Nedostatak sumpora naglo smanjuje sadržaj karotenoida. Odnos Ca u hranljivoj sredini je od velike važnosti. Relativno povećanje sadržaja Ca dovodi do povećanog nakupljanja karotenoida u odnosu na hlorofil. Povećanje sadržaja magnezija ima suprotan efekat.
Nikityuk V. G.
Karotenoidi i njihov značaj u živoj prirodi i za čovjeka
Državni naučni centar za lekove, Harkov
Intenzivne metode upravljanja, dobijanje proizvoda dugotrajno skladištenje, njihova dubinska obrada dovodi do iscrpljivanja sadržaja vitamina i provitamina (posebno karotenoida). To, zajedno sa uticajem nepovoljnih faktora životne sredine i nepogodama, uzrokuje njihov nedostatak u organizmu i, kao posljedicu, rast čitavih grupa bolesti.
S obzirom na neprocjenjivu ulogu karotenoida za odvijanje normalnih fizioloških procesa, hitan zadatak savremene farmaceutske nauke je stvaranje preventivnih i medicinskih proizvoda na njihovoj osnovi. Svjetski lider u ovoj oblasti je švicarska kompanija Hoffmann La-Roche, čiji se lijekovi i aditivi za hranu mogu naći i na domaćem tržištu.
Fizičko-hemijska svojstva karotenoida
Po hemijskoj prirodi, karotenoidi pripadaju ogromnoj klasi terpenoida, koja takođe uključuje eterična ulja, fitohormone, steroide, srčane glikozide, vitamine rastvorljive u mastima i mliječni sok. Njihova ugljikovodična struktura sastoji se od lanca od dva ili više izoprena (C5 ugljovodonika). Karotenoidi su klasifikovani kao tetraterpeni; sastoje se od dugih razgranatih ugljikovodičnih lanaca koji sadrže nekoliko konjugiranih dvostrukih veza, završenih na jednom (g-karoten) ili oba kraja (b-karoten) prstenastom cikličnom strukturom, jononskim prstenom.
Dugačak lanac konjugiranih dvostrukih veza čini hromofor svih karotenoida, što im omogućava da se klasifikuju kao prirodni pigmenti. Ljudskom oku, karotenoidi sa 7-15 konjugiranih dvostrukih veza izgledaju žute do crvene boje. Na njihove hromoforne p-elektronske sisteme utiču i druge dodatne dvostruke veze i različite funkcionalne grupe (npr. karbonilne, epoksi grupe itd.), koje takođe utiču na apsorpciju svetlosnih talasa određenih talasnih dužina i, kao posledicu, na boju od molekula.
U zavisnosti od stepena apsorpcije, karotenoidi se dele u 2 grupe: karoteni i ksantofili. Svi nesupstituisani karotenoidi su karoteni. Ne sadrže atome kisika, čisti su ugljikovodici i obično ih imaju narandžasta boja. Najpoznatiji predstavnik ove grupe je b-karoten. Karotenoidi, obojeni od žute do crvene, karakteriziraju prisustvo funkcionalnih grupa koje sadrže kisik i nazivaju se ksantofili. Proizvodi razgradnje se razlikuju kao apo-, seko- i norkarotenoidi.
Zbog svojih brojnih dvostrukih veza, tipičnog cikličkog završetka molekula i prisutnosti asimetričnih atoma ugljika, karotenoidi imaju različite konfiguracije i stereoizomere s različitim kemijskim i fizičkim svojstvima. Većina karotenoida ima cis i trans geometrijske izomere. Atom ugljika sa 4 različita supstituenta dovodi do mogućnosti optičkih R- ili S-izomera. Ove razlike između molekula iste formule imaju značajan uticaj na fizička svojstva i o efikasnosti karotenoida kao pigmenata.
TO opšta svojstva karotenoidi uključuju njihovu netopivost u vodi i dobru topljivost u mnogim organskim rastvaračima (hloroform, benzen, heksan, petrolej eter, tetraklorid vodika, itd.). Karotenoidi koji sadrže hidroksil bolje su rastvorljivi u alkoholima (metanol, etanol). Rastvori karotenoida u organskim rastvaračima u spektrofotometrijskim studijama daju karakteristične apsorpcione trake uglavnom u vidljivom dijelu spektra, a stereoizomeri ih pokazuju i u ultraljubičastom području. Ovo je jedan od najpreciznijih indikatora koji se koriste u identifikaciji ovih supstanci.
Takođe je karakteristično da se karotenoidi selektivno apsorbuju na mineralnim i nekim organskim apsorbentima, što omogućava njihovo odvajanje hromatografskim metodama.
Neke specifične reakcije, uključujući reakcije boje, karakteristične su za pojedinačne karotenoide.
Treba uzeti u obzir da karotenoide u svom čistom obliku odlikuje visoka labilnost - vrlo su osjetljivi na sunčevu svjetlost, atmosferski kisik, toplinu, kiseline i alkalije. Pod uticajem ovih nepovoljnih faktora podležu oksidaciji i razaranju. Istovremeno, kao dio različitih kompleksa (na primjer, proteinskih), pokazuju mnogo veću stabilnost.
Rasprostranjenost karotenoida u prirodi
Prvi put izolovani početkom 19. veka iz žute repe i šargarepe, karotenoidi su, kako se ispostavilo, prisutni u ćelijama i tkivima predstavnika svih 7 carstava žive prirode: od nižih bakterija do kralježnjaka, zajedno sa crno-smeđim melanini, oni su najčešći pigmenti u prirodi: godišnje ih se sintetiše oko 100 miliona tona (više od 3 tone u sekundi). Istovremeno, do danas je otkriveno preko 600 različitih karotenoida i taj broj nije ograničavajući.
Distribucija i raznolikost karotenoida u prirodi određena je i sposobnošću organizama da ih biosintetizuju i sposobnošću da ih apsorbuju i metaboliziraju. Karotenoidne kompozicije razne grupe i vrste živih organizama ne razlikuju se samo po kvantitativnom sadržaju, već se razlikuju i po kvalitativnom sastavu. Čovjek, kao jedinstvena tvorevina prirode, sposoban je akumulirati i karotenoide i ksantofile u značajnim količinama iu istoj mjeri.
Treba napomenuti da se u prirodi karotenoidi mogu naći u različitim stanjima: u slobodnom obliku, češće se nalaze u biljnim plastidima, mišićnom tkivu riba, ptičjim jajima, te u obliku estera. masne kiseline- u hromatoforima i epidermalnim strukturama biljaka, u obliku karotenskih proteina - u epidermalnim tkivima životinja itd.
Životinje (uključujući ljude) ne mogu sintetizirati karotenoide de novo, njihov unos ovisi samo o izvorima hrane. Apsorpcija karotenoida, kao i drugih lipida, odvija se u duodenalnoj regiji tankog crijeva. Pod uticajem gastrointestinalnog okruženja (na primjer, kiselosti želučanog soka), prisustva specifičnih proteinskih receptora, karotenoidi se mogu uništiti oksidacijskim agensima ili enzimima ili metabolisati, kao što je b-karoten, u vitamin A u sluznici. Provitaminska svojstva b-karotena i njegova oksidativna konverzija u vitamin A zajednička su svim životinjama. Prema prihvaćenoj hipotezi, b-karoten se u crijevnoj sluznici pod utjecajem enzima karoten dioksigenaze pretvara u vitamin A. Molekul b-karotena, koji bi teoretski trebao formirati 2 molekula vitamina A, reducira se s jednog kraja lanca kao rezultat uzastopne oksidacije do retine (jedinjenje C20) i formira jednu molekulu vitamina A. Drugi karotenoidi također mogu pokazati A -provitaminska aktivnost.
Apsorpcija karotenoida
Utvrđeno je da se karotenoidi sadržani u prehrambenim proizvodima daleko od potpunog apsorbiranja u tijelu. Nalazeći se unutar netaknutih ćelija biljnih proizvoda, karotenode se obično u vrlo maloj mjeri resorbiraju u krv. Apsorpcija je mnogo bolja od fino mljevene i prethodno obrađene hrane, u kojoj se uništavaju ćelijske membrane.
Osim toga, važan faktor za apsorpciju karotenoida u tijelu je prisustvo masnog okruženja. Još 1941. godine ustanovljeno je da količina karotena koju tijelo apsorbira iz sirove šargarepe uz ishranu bez masti, ne prelazi 1%. Pod istim uslovima, 19% karotena se apsorbuje iz kuvane šargarepe. Nakon dodavanja biljno ulje apsorpcija karotena se povećava na 25%.
Značenje i funkcije karotenoida
Promatrajući široku rasprostranjenost karotenoida u biljnom i životinjskom svijetu, njihovu veliku raznolikost, činjenicu da tijekom evolucije biljke proizvode, a životinje i ljudi apsorbiraju karotenoide sadržane u proizvodima njihove svakodnevne prehrane, modificiraju ih i akumuliraju na specifičan način, neminovno se postavlja pitanje: njihova funkcionalna namjena. Iako mnogi aspekti fizioloških funkcija karotenoida ostaju nejasni, sa sigurnošću se može reći da oni igraju važnu ulogu u različitim fiziološkim procesima, bez kojih život u postojećem obliku ne bi bio moguć.
Za biljke je funkcija karotenoida fundamentalna, povezana s procesom fotosinteze, koji je postao osnova cijelog života na Zemlji kada su iscrpljeni geohemijski izvori energije na našoj planeti (nakon globalne energetske krize koja se dogodila na našoj planeti oko 5. prije milijardu godina). Biljke apsorbiraju energiju sunčeve svjetlosti i zahvaljujući tome sintetiziraju organske tvari iz ugljičnog dioksida i vode, koje su osnova lanca ishrane životinja i ljudi. Proces fotosinteze proizvodi kisik, stvarajući atmosferu kisika u kojoj bi se većina organskih molekula mogla brzo razbiti ako nisu zaštićeni od takvog nuspojave ovog procesa (kao i od drugih nepovoljnih faktora). Karotenoidi imaju ključnu ulogu u sprječavanju negativnih manifestacija ovih procesa (na primjer, izazivanje energije i zaštita organskih molekula od uništenja oksidacijom).
Kao apsorberi svjetlosti, karotenoidi dijele sa hlorofilom ključnu ulogu u energetskom metabolizmu viših biljaka. Apsorbirajući svjetlost, zarobljenu svjetlosnu energiju pretvaraju u reakcione centre pigmenata, gdje se ona pretvara u električnu energiju, a zatim u kemijsku energiju u obliku ATP-a, koji je već pogodan za sintezu različitih spojeva.
Ništa manje važna je membranska stabilizacijska funkcija karotenoida, što je izuzetno važno za život u atmosferi kisika.
Karotenoidi su uključeni u različite zaštitne mehanizme:
Jedna od najvažnijih funkcija karotenoida je aktivnost A-provitamina. Životinje i ljudi nisu u stanju da sintetiziraju vitamin A koji je neophodan za vid, rast, reprodukciju, zaštitu od raznih bakterijskih i gljivičnih bolesti, te normalno funkcioniranje kože i sluzokože. Vitamin A se ne formira u biljnim tkivima, a može se dobiti samo pretvaranjem provitamin-A aktivnih karotenoida (prvenstveno b-karotena, ali i a-karotena, kriptoksantina, 3,4-dihidro-b-karotena, astaksantina, kantaksantina itd. .).
Zanimljiv je uticaj karotenoida na endokrini sistem, posebno u pogledu seksualnog razvoja i sazrevanja, oplodnje i reproduktivnih procesa.
Druga važna funkcija je sposobnost formiranja kompleksa sa proteinima. Poznato je da male molekule (tzv. alosterični efektori) mijenjaju stanje agregacije proteina, čime stabiliziraju njihovu proteinsku i enzimsku aktivnost. Ova sposobnost također uzrokuje promjene u propusnosti membrane.
Karotenoidi mogu indirektno održavati ravnotežu vode u tijelu i promovirati funkcioniranje olfaktornih receptora i hemoreceptora.
Vjeruje se da se karotenoidi (ksantofili) koriste kao rezerva kisika u neuronskom respiratornom lancu i stoga su važni u stanicama i tkivima zasićenim kisikom.
S obzirom na postojeći odnos između visokih koncentracija karotenoida i kalcija, posebno u komponentama mitohondrija sa membranama koje sadrže karotenoid, može se zaključiti da ovi lipohromi igraju veliku ulogu u transportu kalcija kroz membrane.
Utvrđena je imunostimulirajuća uloga karotenoida. Na primjer, utvrđeno je da su ribe s visokim sadržajem karotenoida značajno otpornije na zarazne i gljivične bolesti; pilići - otporni na encefalopatiju itd. Karotenoidi povećavaju citostatsku aktivnost ćelija ubica, usporavaju rast tumora i ubrzavaju zarastanje rana.
Oni također pokazuju aktivnost koja stimulira apetit (i fiziološki i etiološki).
Vrlo važna eksterno manifestirana funkcija karotenoida je njihova sposobnost da organizmima daju svijetlu boju, koji mogu obavljati signalnu funkciju i prenositi informacije:
U tabeli predstavljamo listu glavnih utvrđenih funkcija karotenoida.
| Za biljke | Za životinje |
| Apsorber svjetlosti ili pomoćni pigment antene | A-provitaminska aktivnost |
| Provodnici svjetlosne energije | Utiče na funkcionisanje endokrinog sistema |
| Zaštita od nepovoljnih faktora okoline | Štiti od nepovoljnih faktora okoline |
| Funkcija stabilizacije membrane | |
| Funkcija signala prilikom bojenja | Stabilizacija proteina Opskrba kisikom u neuronskom respiratornom lancu Pospješuju transport kalcija kroz membrane Imunostimulirajuća uloga Funkcija signala prilikom bojenja |
Uočeno je da proizvodi razgradnje karotenoida imaju i specifične fiziološke funkcije: na primjer, učestvuju u sintezi fitohormona.
Prirodni izvori karotenoida i njihova upotreba
Prirodni izvori karotenoda su veoma raznovrsni: trava i zeleno lišće, polen cvjetnica, cvjetne latice, alge, korijenje, zrna i plodovi biljaka, kao i razni mikroorganizmi, neke vrste riba. Mnogi od njih se mogu koristiti, a neki se već dosta koriste za dobijanje raznih aditivi za hranu i lijekovi sa A-vitaminskom aktivnošću ili drugim smjerovima djelovanja. U zemljama s tropskom klimom, crveno palmino ulje i gomolji slatkog krompira su izvori proizvoda koji sadrže karotenoid. Agrumi, kajsije i hurmašice prilično su bogati karotenoidima.
Među izvorima koji su svojstveni srednjim geografskim širinama, uključujući klimatske zone Ukrajine, možemo razlikovati plodove mrkve, bundeve, rajčice, slatke paprike, morske krkavine, šipka i rowan. Istovremeno, domaća farmaceutska industrija proizvodi niz preparata koji sadrže karotenoid na bazi prirodnih biljnih sirovina.
Šipak (posebno vrsta Rosa canina) je od značajnog interesa za stvaranje preventivnih i medicinskih proizvoda na bazi prirodnih sirovina bogatih karotenoidima. Domaća farmaceutska industrija proizvodi ulje šipka (sadrži najmanje 60 mg% karotenoida). Međutim, njegov izvor su sjemenke, a pulpa voća, bogata karotenoidima, koristi se samo za proizvodnju sirupa koji sadrži kompleks hidrofilnih tvari i bogat askorbinskom kiselinom. Lipofilne supstance, koje uključuju karotenoide, ostaju u neiskorištenom otpadu. U tom smislu, čini se prikladnim zauzeti integrirani pristup preradi ovih sirovina.
Vrijedan pripravak koji sadrži karotenoid je ulje iz plodova morske krkavine (njihov sadržaj je najmanje 180 mg%). Međutim, kao i ulje sjemenki šipka, lako podliježe oksidaciji u kontaktu s atmosferskim kisikom, a flaširanje u boce nije uvijek pogodno za doziranje.
Plodovi aronije, a posebno aronije (Aronia melanocarpa), kao prirodni izvor sirovina bogatih karotenoidima, koriste se neznatno.
Određene poteškoće u razvoju doznih oblika s karotenoidima uzrokovane su njihovom labilnosti - pod utjecajem nepovoljnih vanjskih faktora (kiseonik zraka, sunčeva svjetlost, promjene temperature, hemijski agensi) lako se oksidiraju i uništavaju. Stvaranje lijekova koji sadrže karotenoid u tako modernom obliku doziranja kao što su želatinske kapsule omogućava nam da minimiziramo ovaj problem. Ovo dozni oblik Pogodno je i s obzirom na osobenost karotenoida da su oni lipofilna jedinjenja, odnosno rastvorljivi su u uljima, a najveću farmakoterapijsku aktivnost pokazuju u uljnim rastvorima.
Pregledni članak V.G. Ladygina i G.N. Shirshikova iznosi suvremene ideje o funkcijama karotenoida - žutih, crvenih i narančastih pigmenata. Karotenoidi igraju veoma važnu ulogu u funkcionisanju molekularne mašinerije fotosinteze. Obavljaju tri glavne funkcije: fotoprotektivnu (štite hlorofil i druge osjetljive komponente fotosistema od svjetlosnog „previše ekscitacije“), prikupljanje svjetlosti (što omogućava biljkama da koriste svjetlosnu energiju u plavom dijelu spektra – zadatak s kojim se klorofil ne može nositi bez uz pomoć karotenoida) i strukturne (služe kao neophodni strukturni elementi, „građevinski blokovi“ fotosistema).
Karotenoidi su široko rasprostranjena klasa pigmenata koji se nalaze u bakterijama, jednoćelijskim eukariotima, gljivama, biljkama i životinjama. Za razliku od brojnih drugih pigmenata, kao što je hem (koji boji krv i mišiće sisara u crveno) ili hlorofil (odgovoran za zelenu boju biljaka), molekule karotenoida ne sadrže metale. Sastoje se samo od ugljenika, vodonika i kiseonika, a njihova sposobnost da „rade“ sa svetlosnim kvantima određena je sistemom konjugovanih dvostrukih veza između atoma ugljenika raspoređenih u lancu. Dvostruke veze razdvojene jednom jednostrukom vezom nazivaju se konjugovane.
Karotenoidi apsorbuju svetlost talasne dužine od 280-550 nm (to su zelena, plava, ljubičasta, ultraljubičasta područja spektra). Što više konjugovanih dvostrukih veza ima u molekulu, to je veća talasna dužina apsorbovane svetlosti. Shodno tome se mijenja i boja pigmenta. Karotenoidi sa 3-5 konjugiranih dvostrukih veza su bezbojni i apsorbiraju svjetlost u ultraljubičastom području. Zeta-karoten sa sedam veza je žut, neurosporin sa devet veza je narandžasti, a likopen sa 11 veza je narandžasto-crven.
Funkcije karotenoida u živoj prirodi nisu ograničene na rad sa svjetlom ponekad igraju važnu ulogu u metabolizmu (sjetite se, na primjer, vitamina A, derivata beta-karotena). Pa ipak, njihove glavne funkcije (bilo u vidnim organima životinja ili u hloroplastima - organelama fotosinteze biljaka) neraskidivo su povezane sa svjetlom. Članak Ladygina i Shirshikove istražuje ulogu karotenoida u hloroplastima - organelama biljnih stanica koje potječu od simbiotskih cijanobakterija. Glavna funkcija hloroplasta je fotosinteza, odnosno proizvodnja organske tvari iz ugljičnog dioksida pomoću energije sunčeve svjetlosti. Membrane hloroplasta sadrže proteinsko-pigmentne komplekse - fotosisteme I i II, koji uključuju različite proteine, kao i pigmente - hlorofile i karotenoide.
Hlorofil, glavni fotosintetski pigment, sam po sebi je sposoban da apsorbuje i koristi svetlost samo u crvenom delu spektra (650-710 nm). Karotenoidi apsorbuju plavo-zelenu svetlost i prenose njenu energiju na hlorofil. Ova funkcija karotenoida je sakupljanje svetlosti- posebno je važno za alge, jer plavo-zelena svjetlost prodire mnogo dublje u vodeni stupac od crvene svjetlosti.
Druga funkcija karotenoida u hloroplastima je zaštitna od svjetlosti. Oni štite fotosisteme od svjetlosnih “preopterećenja”, što može dovesti do prekomjerne ekscitacije i kvara fotosistema. Karotenoidi služe kao neka vrsta "ventila za hitne slučajeve" koji vam omogućavaju da oslobodite višak energije i pretvorite je u toplotu. Karotenoidi se nose s ovim zadatkom na nekoliko načina. Različiti putevi: jednostavno "filtriranje" dolazeće svjetlosti, apsorbiranje viška svjetlosne energije ili uklanjanje energije iz prenadraženog hlorofila. Karotenoidi također mogu "ugasiti" reaktivne vrste kisika, odnosno služe kao antioksidansi.
Jedan od načina na koji karotenoidi "probacuju" višak energije kada su izloženi višku svjetlosti je kroz ciklične hemijske reakcije, tokom kojih se neki karotenoidi pretvaraju u druge. Najčešća od ovih reakcija naziva se ciklus violaksantina. Pri jakom svjetlu, karotenoid violaksantin se pretvara u zeaksantin, oslobađajući kisik. Kada se nivo svetlosti smanji, zeaksantin se ponovo pretvara u violaksantin i kiseonik se apsorbuje. Obje reakcije - direktnu i reverznu - kataliziraju enzimi čiji se geni nalaze u hloroplastnom hromozomu, a ne u centralnom (nuklearnom) genomu biljne ćelije.
Treća funkcija karotenoida je strukturalni. Karotenoidi su bitne strukturne komponente fotosintetskih membrana hloroplasta. Eksperimentalno je pokazano da bez karotenoida fotosistemi postaju nestabilni. Molekuli karotenoida zauzimaju strogo određene pozicije u fotosistemima, a bez njih se cijela struktura jednostavno raspada.
Autori napominju da se o karotenoidima mnogo saznalo u posljednjih nekoliko godina, ali ostaje da se razjasni niz detalja. Konkretno, evolucijsko porijeklo karotenoida, kao i biohemijske i fotokemijske reakcije s njihovim učešćem, još uvijek nije u potpunosti shvaćeno. Nejasno je u kojoj se mjeri karotenoidi mogu koristiti u filogenetici, odnosno za rekonstrukciju puteva evolucijskog razvoja organizama. U mnogim starijim studijama, skupovi karotenoida karakteristični za određenu grupu organizama korišteni su kao važan taksonomski karakter. Nije sasvim jasno koliko su takvi znakovi pouzdani, posebno s obzirom na to da se isti karotenoidi mogu naći, na primjer, u biljnim hloroplastima i u očima sisara.
Gotovo od djetinjstva slušamo da bi na našem stolu trebalo biti više povrća i voća. Sadrže vitamine i minerale koji su našem tijelu potrebni za normalno funkcioniranje. Ovo takođe uključuje karotenoide. Šta je to? Kakvu ulogu ove supstance imaju u organizmu? Pogledajmo dalje.
Šta su karotenoidi
To su potpuno iste supstance koje povrće i voće čine žutim i narandžastim. Biljnim organizmima su potrebni karotenoidi da apsorbuju sunčevu energiju. Treba napomenuti da su pigmenti u boji prisutni u apsolutno svakom predstavniku carstva živih organizama.
Među svim poznatim pigmentima, oni su najčešći i predstavljeni su u velikom broju.
Svojstva karotenoida
Različite grupe ovih jedinjenja imaju različite sposobnosti da apsorbuju sunčevu svetlost. Ali postoje neka svojstva koja ih ujedinjuju:
- Karotenoidi se ne rastvaraju u vodi.
- Imaju dobru rastvorljivost u organskim rastvaračima: benzen, heksan, hloroform.
- Oni se mogu selektivno apsorbirati na mineralnim apsorbentima;
- U svom čistom obliku, karotenoidi su vrlo labilni: dobro reagiraju na sunčevu svjetlost, osjetljivi su na kisik i ne mogu izdržati jaku toplinu ili izlaganje kiselinama i alkalijama. Pod uticajem ovih negativnih faktora, karotenska boja se uništava.
- Kao dio proteinskih kompleksa, karotenoidi postaju stabilniji.
Vrste karotenoida
Unatoč činjenici da sve tvari pripadaju istoj skupini i imaju sličnu strukturu, klasificirane su ovisno o pigmentaciji boje u 2 grupe:
- Karoteni. To su ugljovodonici. U strukturi nema atoma kiseonika.
- Ksantofili su obojeni u različite boje, od žute do crvene.
Karotenoidi su:
- Alfa karoten. IN velike količine nalazi u narandžastom povrću. Jednom u tijelu, može se pretvoriti u vitamin A. Nedostatak alfa-karotena dovodi do razvoja kardiovaskularnih patologija.
- Beta karoten. Nalazi se u žutom voću i povrću. Štiti organizam od štetnog djelovanja slobodnih radikala. Snažan je antioksidans koji se može nazvati zaštitnikom imunološkog sistema.
- Lutein. Čuva zdravlje mrežnice, štiteći je od štetnog djelovanja ultraljubičastog zračenja. Redovnom upotrebom smanjuje rizik od razvoja katarakte za 25%. Mnogo luteina ima u spanaću, kupusu, tikvicama i šargarepi.
- Beta-kriptoksantin. Smanjuje rizik od razvoja upalnih patologija, posebno reumatoidni artritis i druge bolesti zglobova. Nalazi se u velikim količinama u citrusima, bundevi i slatkim paprikama.
- Likopen. Direktno učestvuje u normalizaciji metabolizma holesterola. Sprečava razvoj ateroskleroze, pomaže u borbi prekomjerna težina. Suzbija razvoj patogene crijevne mikroflore. Izvori likopena su paradajz, paradajz pasta i lubenice.
Sve vrste karotenoida igraju važnu ulogu u životu živih organizama.
Uloga karotenoida
Hajde da razmotrimo značenje ovih pigmenata za ljude:
- Karotenoidi su supstance koje su provitamini vitamina A. On se ne proizvodi u organizmu, ali je potreban za normalan život.
- Utječu na stanje kože i sluzokože.
- Karotenoidi imaju antioksidativnu funkciju.
- Imaju imunostimulirajući efekat.
- Sprečava hromozomske mutacije.
- Učestvujte u programima genetskog uništenja ćelije raka.
- Imaju inhibitorni učinak na proces diobe stanica.
- Potisnuti onkogene.
- Oni usporavaju razvoj upalnih procesa koje dovode do degenerativnih bolesti.
- Podržava vidno zdravlje.
- Aktivirajte enzime koji uništavaju štetne tvari.
- Oni utiču na regularnost menstrualnog ciklusa kod žena.
- Pomaže u održavanju ravnoteže vode.
- Pospješuju transport kalcija kroz ćelijsku membranu.
- U ljudskom tijelu, karotenoidi su tvari koje se također koriste kao opskrba kisikom u neuronskom respiratornom lancu.
Iz liste je jasno da karotenoidi igraju važnu ulogu u organizmu, a kako se ne mogu sintetizirati, moraju doći izvana.
Prirodni izvori pigmenata za bojenje
Sve žuti plodovi a povrće sadrži karotenoide. Ove tvari se nalaze i u zelenilu, jednostavno zbog zelenog hlorofila su nevidljive, a u jesen lišću daju jarku boju.
Među glavnim izvorima karotenoida su:
- Palmino ulje. Smatra se vodećim po sadržaju koenzima Q10, vitamina E i karotenoida.
- Šargarepa.
- Rowan fruits.
- Narandžasti biber.
- Kukuruz.
- Svi citrusi.
- dragun.
- Kajsije.
- Tikva.
- Šipak.
- Breskve.
- Paradajz.
- Morski trn.
Pigmenti se nalaze i u cvijeću, na primjer, latice nevena su bogate karotenoidima i polenom biljaka. Oni su takođe sadržani u žumance i kod nekih vrsta riba.
Proces apsorpcije pigmenata u ljudskom tijelu
Nakon što ove tvari uđu u tijelo, počinje proces apsorpcije u tankom crijevu uz sudjelovanje određene grupe enzima. No, u procesu istraživanja ustanovljeno je da se apsorpcija karotenoida bolje postiže ako se konzumiraju fino mljeveni i termički obrađeni proizvodi.
Prisustvo masti je takođe važno za potpunu apsorpciju. Na primjer, ako se samo oko 1% karotenoida apsorbira iz sirove mrkve, tada će se postotak nakon dodavanja ulja povećati na 25.
Vitamin A u ampulama
Ako tijelo ne dobije dovoljno karotenoida iz hrane, ovaj problem se može riješiti uzimanjem sintetičkih multivitamina koji sadrže ove tvari. Proizvođači proizvode proizvode u obliku:
Osim vitamina A, sastav može sadržavati i druge komponente:
- B vitamini.
- vitamin C.
- Folna kiselina.
- nikotinamid.
- Biotin.
- Pantotenska kiselina.
- Kalcijum.
- vitamin K
- Fosfor.
- Magnezijum i gvožđe.
- Silicijum i vanadijum.
- Molibden i selen.
Vitamin A u ampulama treba uzimati tek nakon konsultacije sa lekarom, kako ne bi došlo do predoziranja.
Doziranje karotenoida
Ako prehrambeni proizvodi sadrže malo karotena (već smo pogledali šta je to), onda je potrebno uzimati sintetičke lijekove.
Dnevna doza bi trebala biti najmanje 25.000 IU vitamina A. U prisustvu određenih patologija, dozu će se morati prilagoditi, smanjiti ili povećati.
Za bolju apsorpciju neophodno je dnevna norma podeljeno u dve doze. Doziranje zavisi i od toga da li uzimate vitaminski kompleks ili suplement koji sadrži samo jednu vrstu karotena: alfa-karoten, beta-karoten, likopen.
Mora se imati na umu da vitamin karoten treba unositi u organizam odrasle osobe u količini od 2-6 mg dnevno. Na primjer, jedna šargarepa sadrži 8 mg, ali ne zaboravite da tijelo neće apsorbirati cijelu količinu.
Ko treba da uzima karotenoide?
- Za smanjenje rizika od razvoja patologija raka prostate i pluća.
- Za zaštitu srčanog mišića od bolesti.
- Kako bi se smanjila stopa razvoja starosnih promjena na mrežnici.
- Za jačanje imunološkog sistema.
Glavni učinak njihove upotrebe je zbog činjenice da su karotenoidi prirodni antioksidansi. Molekule su sposobne neutralizirati nestabilne slobodne radikale. Ali treba napomenuti da, uprkos međusobnoj sličnosti, svaka grupa karotenoida ima svoj vlastiti učinak na određenu vrstu tkiva u ljudskom tijelu.
Ne pretvaraju se sve vrste karotenoida u vitamin A s jednakim uspjehom beta-karoten, ali alfa-karoten i kriptoksantin su sposobni za takve metamorfoze, ali u manjoj mjeri.
Kontraindikacije za upotrebu
Takođe ne treba kombinovati uzimanje vitamina sa terapijom sa drugim lijekovi. Prije upotrebe obavezno se posavjetujte sa ljekarom.
Nuspojave
Ako jedete dovoljnu količinu hrane koja sadrži karoten (već znate šta je to), a uz to uzimate i sintetičke vitamine, postoji rizik od predoziranja i razvoja nuspojava. Prvi znak će biti narandžasta promena boje kože na rukama i stopalima. Ovo ne predstavlja nikakvu opasnost kada se doza smanji, sve se vraća u normalu.
Ako se različite grupe karotenoida uzimaju istovremeno, oni ometaju apsorpciju jedni drugih, au nekim slučajevima mogu uzrokovati štetu organizmu.
Prije upotrebe takvih tvari, posebno u prisustvu kroničnih patologija, svakako se trebate posavjetovati s liječnikom.
Karotenoidi u prevenciji bolesti
Ako ove supstance stalno i u dovoljnim količinama ulaze u organizam, mogu imati preventivnu ulogu u prevenciji određenih patologija:
- Štiti od mnogih vrsta bolesti raka. Na primjer, likopen suzbija razvoj stanica raka u prostati. Tokom istraživanja je ustanovljeno da redovnom upotrebom jela koja sadrže paradajz, koji su bogati likopenom, smanjuju rizik od raka prostate za 45%. Ovaj karotenoid također može zaštititi od raka želuca i probavnog trakta.
- Alfa-karoten smanjuje rizik od raka grlića materice, a lutein i zeaksantin štite od raka pluća.
- Konzumacija karotenoida smanjuje rizik od razvoja srčanih patologija. Stalno prisustvo ovih supstanci u hrani smanjuje rizik od srčanog udara za 75%.
- Svi karotenoidi odlično snižavaju loš kolesterol.
- Smanjuje se rizik u retini, koji uzrokuje sljepoću u starosti.
- Karotenoidi sprečavaju oštećenje sočiva.
- Smanjuje se rizik od razvoja katarakte.
Možete dati neke činjenice i dati korisne preporuke o upotrebi ove grupe supstanci.
Čini se da s takvim obiljem hrane savremeni ljudi ne mogu osjetiti nedostatak karotenoida, ali, kako stručnjaci primjećuju, gotovo 40-60% odrasle populacije ne dobiva dovoljno ovih tvari iz hrane. Zato ishrana treba da bude raznovrsna i sa visokog sadržaja povrće i voće.
Ako to nije slučaj, morate kupiti sintetičke vitamine i biološki aktivni aditivi kako bi se osiguralo pravilno funkcionisanje organizma.
U grupu karotenoida uključuju supstance obojene žuto ili narandžasto. Najpoznatiji predstavnici karotenoida su karoteni - pigmenti koji daju specifičnu boju korijenu šargarepe, kao i lutein - žuti pigment koji se nalazi zajedno s karotenima u zelenim dijelovima biljaka. Boja sjemenki žutog kukuruza ovisi o karotenima i karotenoidima koje sadrže, a nazivaju se zeaksantin i kriptoksantin. Boja plodova paradajza je zbog karotenoida likopena. Karotenoidi igraju važnu ulogu u metabolizmu biljaka, učestvujući u procesu fotosinteze.
Grupa karotenoida uključuje oko 65-70 prirodnih pigmenata. Karotenoidi se nalaze u većini biljaka (s izuzetkom nekih gljiva). Vjerovatno u svim životinjskim organizmima, ali njihova koncentracija je gotovo uvijek vrlo niska. Sadržaj karotenoida u zelenim listovima je otprilike 0,07-0,2% na osnovu suhe težine listova. U nekim izuzetnim slučajevima, međutim, primjećuju se vrlo visoke koncentracije karotenoida. Na primjer, prašnici mnogih vrsta ljiljana sadrže vrlo velike količine luteina i karotenoida zvanog antheraxanthin. Jedan od karakteristične karakteristike karotenoidi - prisutnost u njima značajnog broja konjugiranih dvostrukih veza koje tvore njihove kromoforne grupe, o čemu ovisi boja. Svi prirodni karotenoidi mogu se smatrati derivatima likopen- karotenoid koji se nalazi u paradajzu, kao iu nekim bobicama i voću. Empirijska formula likopen C40H56.
Formiranjem prstena na jednom ili oba kraja molekule likopena nastaju njegovi izomeri: alfa, beta ili gama karoteni. Upoređujući formule, možete vidjeti da se alfa-karoten razlikuje od beta izomera po položaju dvostruke veze u jednom od prstenova koji se nalaze na krajevima molekule. Za razliku od alfa i beta izomera, gama-karoten ima samo jedan ciklus.
Biljke bogate karotenoidima
Zeleni dijelovi biljaka i korijen šargarepe najbogatiji su karotenima.
Prirodni karotenoidi - derivati karotena i likopena
Karoteni su tvari iz kojih se formira vitamin A S obzirom da likopen i karoteni sadrže 40 atoma ugljika, može se smatrati da su formirani od osam jedinica izoprena. Bez izuzetka, svi ostali prirodni karotenoidi su derivati četiri gore navedena ugljovodonika: likopena i karotena. Nastaju od ovih ugljikovodika uvođenjem: hidroksilnih, karbonilnih ili metoksilnih grupa ili djelomičnom hidrogenacijom ili oksidacijom. Kao rezultat uvođenja dvije hidroksi grupe u molekulu beta-karotena, nastaje karotenoid koji se nalazi u zrnu kukuruza i naziva se ceaksantin. S40N56O2. Uvođenje dvije hidroksi grupe u molekulu alfa-karotena dovodi do stvaranja luteina C40H56O2 (3,3-dioksi-alfa-karoten), izomera zeaksantina, sadržanog zajedno s karotenima u zelenim dijelovima biljaka. Kao rezultat dodavanja jednog atoma kisika molekuli beta-karotena kako bi se formirala furanoidna struktura, nastaje karotenoid citroksantin C40H56O, koji se nalazi u kori citrusnog voća. Oksidacijski proizvodi karotenoida koji sadrže 40 atoma ugljika u molekulu su krocetin C20H2404, biksin C25H30O4 i beta-citraurin C30H40O2. Krocetin je tvar za bojenje sadržana u stigmama krokusa u kombinaciji s dva molekula gentiobioznog disaharida u obliku krocin glikozida. Bixin je crveni pigment koji se nalazi u plodovima tropske biljke Bixa orellana; koristi se za bojenje putera, margarina i dr prehrambeni proizvodi. Smeđe alge sadrže karotenoid fukoksantin C40H60O6, koji učestvuje u procesu fotosinteze kao tzv. pomoćni pigment.
Uloga karotenoida u ljudskom tijelu
U organizmu životinja i ljudi karotenoidi imaju važnu ulogu kao polazne supstance iz kojih se formiraju vitamini grupe A, kao i „vizuelna ljubičasta“ koja je uključena u vizuelni čin. U biljkama, karotenoidi igraju važnu ulogu u procesu fotosinteze. Na osnovu hemijske strukture karotenoida, koji sadrže značajnu količinu dvostrukih veza, može se pretpostaviti da su oni nosioci aktivnog kiseonika u biljci i da učestvuju u redoks procesima. Na to ukazuje rasprostranjena pojava u biljkama kisikovih derivata karotenoida - epoksida, koji se izuzetno lako odriču kisika. Karotenoidi lako stvaraju perokside, u kojima se molekula kisika veže na dvostruku vezu i zatim lako oksidiraju različite tvari.