Karotenoidy

Karotenoidy patří do skupiny tzv sekundární rostlinné sloučeniny, které nejsou považovány za nezbytné pro člověka, ale jsou považovány za prospěšné pro zdraví. Karotenoidy jsou lipofilní (v tucích rozpustné) barevné pigmenty. Vyskytují se v chromoplastech rostlinných organismů a dávají mnoha rostlinám a plodům žlutou až načervenalou barvu. Karotenoidy lze detekovat také v chloroplastech zelených rostlin, jejichž barva je maskována zelenou chlorofylem. Karotenoidy mohou být syntetizovány výhradně rostlinnými organismy. Tam jsou během fotosyntézy zapojeni do vstřebávání světla a přenos jeho energie na chlorofyl. Rovněž rozšiřují vstřebávání spektrum v modrozeleném spektrálním rozsahu u fotosyntetických organismů a slouží jako světelné ochranné faktory. Jako antioxidanty navíc karotenoidy chrání chlorofyl molekuly rostlin před fotooxidačním poškozením a chrání zvířata konzumující rostlinné potraviny bohaté na karotenoidy před vlivem agresivity kyslík druh - „oxidační stres“. Dnes je známo 500-600 různých karotenoidů, z nichž asi 10% lze převést na vitamin (retinol) lidským metabolizmem a mají tak vlastnosti provitaminu A. Nejznámějším zástupcem této nemovitosti je beta-karoten. Tento karotenoid má nejvyšší hodnotu vitamin aktivitu. Vitamin se nachází výlučně v živočišném organismu a navíc k beta-karoten, může být také vytvořen z jiných karotenoidů, jako je alfa-karoten a beta-kryptoxanthin. Za obvyklých podmínek výživy lze v lidském séru detekovat asi 40 různých karotenoidů, přičemž následující jsou hlavní karotenoidy v organismu.

  • Alpha-karoten
  • Beta-karoten
  • Lykopen
  • Lutein
  • Zeaxanthin
  • Alfa-kryptoxanthin
  • Beta-kryptoxanthin

Beta-karoten tvoří 15-30% celkových karotenoidů v plazmě.

Biochemie

Chemicky jsou karotenoidy složeny z osmi izoprenoidových jednotek a sestávají z uhlovodíkového řetězce s konjugovanými dvojnými vazbami, které mohou nést různé substituenty na obou koncích. Lze je rozdělit na karoteny, které se skládají z vodík a uhlíka xantofyly, které také obsahují kyslík. Nejdůležitějšími zástupci karotenů jsou alfa- a beta-karoten lykopen a xantofylů lutein, zeaxanthin i beta-kryptoxanthin. Zatímco žluté, červené a oranžové ovoce a zelenina obsahují hlavně karoteny, 60-80% xantofylů se nachází v zelené zelenině. Beta-karoten představuje nejhojnější karotenoid, i když obsah například luteinu ve špenátu a různých zelí odrůdy nebo lykopen v rajčatech je mnohem vyšší.

Vstřebávání

Celkově vstřebávání rychlost karotenoidů je velmi nízká, pohybuje se v rozmezí od 1 do 50%. Se zvyšováním příjmu karotenoidů v potravě klesá rychlost absorpce. Kromě toho absorpce závisí na následujících faktorech.

  • Druh jídla - vláknina, například pektiny, snižuje absorpci.
  • Forma, ve které jsou karotenoidy přítomny v potravinách - s rostoucí velikostí krystalů klesá rychlost absorpce
  • Kombinace s jinými složkami potravy, zejména s tuky - pro zajištění optimální absorpce je nezbytná přítomnost lipidů ve stravě
  • Typ zpracování - tepelné zpracování, mechanické drcení podporuje absorpci.

Například beta-karoten ze surové mrkve je absorbován pouze asi 1%, protože je uzavřen ve složité nestravitelné matrici Proteinů, lipidy a sacharidy v rostlinné buňce. Jak se zvyšuje stupeň zpracování - pod vlivem tepla a mechanického rozmělňování, například během vaření nebo při výrobě kečupu - rychlost absorpce se zvyšuje. Absorpce karotenoidů sleduje cestu lipidové resorpce, která vyžaduje přítomnost tuků a žlučové kyseliny. Karotenoidy jsou spolu s dalšími živinami rozpustnými v tucích baleny do micel po uvolnění z potravy pod vlivem žlučové kyseliny a transportovány do epiteliálních buněk tenkého střeva slizniceZde se aldehydový retinál tvoří z karotenoidů aktivních na vitamín A - beta- a alfa-karoten a beta-kryptoxantin - v důsledku oxidativního štěpení enzymem dioxygenáza - jeden až dva molekuly sítnice může být vytvořen z beta-karotenu. Retinal se převádí na skutečný vitamin A (retinol) pomocí alkohol dehydrogenáza. Následně esterifikace retinolu molekuly s palmitovou, stearovou, olejovou a linolenovou kyseliny, což vede k syntéze retinylesterů. Oxidační štěpení karotenoidů dioxygenázou a tvorba vitaminu A probíhají hlavně v buňkách tenkého střeva sliznice. Avšak karotenoidy aktivní s vitamínem A lze také převést na vitamin A v jiných tkáňových buňkách, jako je například játra, ledvina a plíce. Kyslík a pravděpodobně kovový ion železo, jsou povinni udržovat aktivitu dioxygenázy. Nakonec rozsah enzymatického štěpení a tím i množství syntetizovaného vitaminu A závisí na úrovni příjmu karotenoidů nebo bílkovin, železo stav a současný příjem tuku a rozpustného v tucích vitamíny - vitamíny A, D, E, K. Studie ukázaly, že nasycené mastné kyseliny mají mnohem pozitivnější účinek na absorpci karotenoidů než nenasycené mastné kyseliny. Jsou diskutovány následující příčiny.

  • Polyenové mastné kyseliny - PFS - jako jsou omega-3 a -6 mastné kyseliny zvyšují velikost micely, což snižuje rychlost difúze
  • PFS mění náboj povrchu micely, což negativně ovlivňuje afinitu k epitelové buňce
  • PFS zabírají více prostoru v lipoproteinech VLDL než nasycené tuky, což omezuje prostor pro další lipoidy, jako jsou karotenoidy, retinol a vitamin E -tokoferol.
  • Omega-3 mastné kyseliny inhibují syntézu VLDL. VLDL je důležitý pro transport karotenoidů v séru.
  • PFS zvyšuje potřebu vitaminu E, což je antioxidant, který chrání karotenoidy a vitamin A před oxidací

Doprava a skladování

Výsledné retinylestery, neesterifikovaný retinol, karoteny i xantofyly jsou uloženy v chylomikronech v tenkém střevě sliznice. Chylomikrony patří do skupiny lipoproteinů a mají za úkol uvolňovat látky rozpustné v tucích z epiteliálních buněk tenké střevo do lymfy a jejich transport v séru do játra nebo periferní tkáně. Pouze malá část retinylesterů a karotenoidů je absorbována do extrahepatálních tkání a přeměněna na vitamin A. Větší část dosahuje játra. Větší část zasahuje do jater. Na cestě jsou nabité chylomikrony enzymaticky degradovány na „zbytky chylomikronu“, které jsou absorbovány parenchymálními buňkami jater. V játrech dochází k další přeměně karotenoidů a retinylesterů na vitamin A. Syntetizovaný retinol je poté transportován do hvězdných buněk jater, kde je znovu esterifikován. Více než 80% vytvořeného retinolu je uloženo v jaterních hvězdicových buňkách. Naproti tomu parenchymální buňky jater mají pouze nízký obsah vitaminu A. V případě potřeby se vitamin A uvolňuje z jater, váže se na protein vázající retinol (RBP) a transthyretin - tyroxinvázající prealbumin - a transportovaný v séru do cílových buněk. Karotenoidy uvolňované z jater jsou distribuovány do všech frakcí lipoproteinů, zejména VLDL, LDL a HDLa přepravovány v krev plazma. The LDL frakce obsahuje více než polovinu celkového karotenoidu koncentrace. Karotenoidy se nacházejí ve všech orgánech člověka, i když hladiny v jednotlivých tkáních se liší. Nejvyšší koncentrace lze nalézt v játrech - hlavním úložném orgánu - nadledvinka, testy (varlata) a žluté tělísko (žluté tělísko vaječníku). V porovnání, ledvina, plíce, svaly, srdce, mozek or kůže vykazují nižší hladiny karotenoidů. Pokud vezmeme v úvahu absolutní koncentrace a podíl tkání na celkové hmotnosti organismu, přibližně 65% karotenoidů je lokalizováno v tukové tkáni.

Fyziologicky významné funkce

Antioxidační účinek aktivita Jako základní složky antioxidační sítě lidského těla jsou karotenoidy schopné inaktivovat reaktivní sloučeniny kyslíku - kalení. Patří sem například peroxylové radikály, ionty superoxidových radikálů, singletový kyslík, vodík peroxid a hydroxylové a nitrosylové radikály. Tyto sloučeniny mohou působit na organismus buď jako exogenní noxy, při reakcích závislých na světle nebo endogenně prostřednictvím aerobních metabolických procesů. Takové reaktivní látky se také nazývají volné radikály a mohou s nimi reagovat lipidy, zejména polynenasycené mastné kyseliny a cholesterolu, Proteinů, nukleové kyseliny, sacharidy stejně jako DNA a upravit je nebo zničit. Karotenoidy, zejména beta-karoten, lykopen, lutein a canthaxanthin jsou zvláště zapojeny do detoxikace singletového kyslíku a peroxylových radikálů. Proces „kalení“ je fyzikální jev. Karotenoidy působí jako meziprodukty energie - při reakci s singletovým kyslíkem uvolňují energii v interakci s okolním prostředím ve formě tepla. Tímto způsobem je reaktivní singletový kyslík zneškodněn. Karotenoidy představují nejúčinnější přírodní „singletové kyslíkové zhášeče“. Deaktivace peroxylových radikálů závisí na parciálním tlaku kyslíku. Karotenoidy působí jako účinné antioxidanty pouze při nízkých koncentracích kyslíku. Naopak při vysokém parciálním tlaku kyslíku mohou karotenoidy vyvíjet prooxidační účinky. V důsledku detoxikace singletového kyslíku a peroxylových radikálů je zabráněno tvorbě volných radikálů a je přerušena řetězová reakce peroxidace lipidů. Tímto způsobem chrání karotenoidy před oxidací LDL cholesterolu, což je rizikový faktor při rozvoji aterosklerózy (ateroskleróza, kornatění tepen). Vzhledem k tomu, že karotenoidy jsou spotřebovány během procesu deaktivace prooxidantů, je třeba dbát na zajištění dostatečného příjmu karotenoidů ve stravě. The antioxidant ochrana karotenoidů je tím intenzivnější, čím vyšší koncentrace v séru. Pokud jsou karotenoidy užívány společně s vitamin E (tokoferol) a glutathion - tripeptid z aminokyseliny kyselina glutamová, glycin a cystein - antioxidant účinek lze také zvýšit. Pokud je antioxidační ochranný systém oslaben v důsledku nedostatku antioxidantů, převládají oxidační antioxidanty stres může nastat. Působením proti oxidačním změnám v biologicky důležitých molekulách snižuje zvýšený příjem karotenoidů riziko určitých onemocnění. Tyto zahrnují

Antikarcinogenní účinky Podle četných epidemiologických studií je zvýšená konzumace ovoce a zeleniny bohaté na karotenoidy spojena se sníženým rizikem nádorů. To platí zejména pro plicní, jícnové, žaludeční a kolorektální (dvojtečka a rektální), prostaty, cervikální / colum (cervikální), prsní (prsa) a kůže rakoviny. Karotenoidy uplatňují své ochranné účinky ve 3stupňovém modelu karcinogeneze, zejména na fázi propagace a progrese

  • Inhibice proliferace a diferenciace nádorových buněk.
  • Prevence oxidační DNA a poškození buněk detoxikací volných radikálů a prevencí jejich vývoje.
  • Zlepšení imunitní odpovědi podporou přirozených obranných systémů těla - jedná se zejména o množení B a T buněk, počet T pomocných buněk a aktivitu přirozených zabíječských buněk.
  • Stimulace buněčné komunikace prostřednictvím mezerových spojů.

Spoje mezer jsou kanály buňka-buňka nebo přímé spojení mezi dvěma sousedními buňkami. Prostřednictvím těchto proteinových komplexů tvořících póry - Connexone - dochází k výměně nízkomolekulárních signálních a životně důležitých látek, které mimo jiné regulují procesy růstu a vývoje. Tyto procesy také hrají roli v karcinogenezi. Mezery spojů udržují kontakt mezi buňkami a umožňují řízený růst buněk prostřednictvím výměny signálů. Promotory nádoru inhibují mezibuněčnou komunikaci prostřednictvím mezerových spojení. A konečně, na rozdíl od normálních buněk, nádorové buňky vykazují malou mezibuněčnou signalizaci, což vede k nekontrolovanému buněčnému růstu. Zlepšením buněčné komunikace prostřednictvím mezerových spojů inhibují nádor karotenoidy aktivní A a karotenoidy bez vlastnosti provitaminu A, jako je kanthaxanthin nebo lykopen růst a proliferace buněk. Kromě toho karotenoidy astaxanthin a kanthaxanthin může interferovat s iniciační fází. Inhibují specifickou fázi 1 enzymy, zejména monooxygenázy závislé na cytochromu P450, jako jsou CYP1 A1 nebo CYPA2, o nichž se předpokládá, že jsou odpovědné za vývoj karcinogenů. Podobné účinky astaxanthin a kanthaxanthin byly také pozorovány u některé fáze 2 enzymy. Věková degenerace makuly lutea Makula lutea (žlutá skvrna) je součástí sítnice a oblasti nejostřejšího vidění. Tam, na rozdíl od jiných tkání, karotenoidy lutein a zeaxanthin konkrétně se hromadí. Podle epidemiologických studií je dostatečný příjem potravin bohatých na lutein a zeaxanthin může snížit riziko věkem podmíněné makulární degenerace (AMD). Tento účinek je způsoben fyzikálně-chemickými vlastnostmi karotenoidů - působí jako specifické světelné filtry a antioxidanty. AMD je běžnou příčinou závažnosti zrakové postižení u starších osob a mohou být spojeny s slepota ve stáří. Účinek ochrany před sluncem - ochrana pokožky Účinek ochrany kůže karotenoidů lze přičíst jejich antioxidačním vlastnostem. Zvýšený příjem ovoce a zeleniny, zejména těch, které obsahují beta-karoten, je spojen se zvýšením hladiny karotenoidů v kůži. Studie, ve kterých byl betakaroten použit jako orální látka krém látka vykazovala jasné snížení erytému vyvolaného UV zářením (rozsáhlé zčervenání kůže), když bylo podáváno> 20 mg beta-karotenu / den po dobu 12 týdnů ve srovnání s kontrolní skupinou. Celkově lze betakaroten použít ke zvýšení základní ochrany pokožky.

Biologická dostupnost

Karoteny a xantofyly se liší svou tepelnou stabilitou. Bezkyslíkaté karoteny jsou relativně tepelně stabilní. Naproti tomu většina okysličených xantofylů je při zahřívání zničena. To například vysvětluje, proč má ohřátá zelenina méně zdraví-propagační účinky než neohřátá zelenina. Kromě toho hraje důležitou roli stupeň zpracování potravin. Lykopen ze zpracovaných rajčatových produktů, jako je rajčatová šťáva, je podstatně dostupnější než ze surových rajčat a příjem beta-karotenu se zvyšuje se stupněm rozmělnění přidaných potravin obsahujících karotenoidy. Obsah karotenoidů velmi závisí mimo jiné na ročním období, zralosti, pěstování, sklizni a podmínkách skladování a může se značně lišit v různých částech rostliny. Například vnější listy zelí mají výrazně vyšší množství luteinu a beta-karotenu než vnitřní listy. Pozor. Podle údajů o zásobovací situaci karotenoidů pro muže a ženy pro Spolkovou republiku Německo není nabídka betakarotenu optimální.