Lykopen: Definice, syntéza, absorpce, transport a distribuce

Lykopen (odvozeno od vědeckého názvu Solanum lycopersicum: „rajče“) patří do třídy karotenoidy - ty sekundární rostlinné sloučeniny (bioaktivní látky, které nemají výživnou funkci pro udržení života, ale odlišují se od sebe zdraví-propagační účinky - „výživné složky“), které jsou lipofilní (rozpustné v tucích) pigment barviva zodpovědný za žluté, oranžové a načervenalé barvy mnoha rostlin. Podle jejich chemické struktury karotenoidy lze rozdělit na karoteny, které se skládají z uhlík (C) a vodík (H) - uhlovodíky - a xantofyly, které obsahují kyslík (O) kromě atomů C a H - substituované uhlovodíky. Lykopen patří mezi karoteny a má molekulární vzorec C40H56. Podobně alfa-karoten a beta-karoten představují karoteny, zatímco lutein, zeaxanthin a beta-kryptoxanthin patří do skupiny okysličených xantofylů. Strukturální rys lykopen je polynenasycená polyenová struktura (organická sloučenina s více uhlík-karbonové (CC) dvojné vazby) skládající se z 8 biologických izoprenoidových jednotek (→ tetraterpen) a 13 dvojných vazeb, z nichž 11 je konjugovaných (několik po sobě jdoucích dvojných vazeb oddělených přesně jednou jednoduchou vazbou). Systém konjugovaných dvojných vazeb umožňuje lykopenu absorbovat viditelné světlo v rozsahu vyšších vlnových délek, což dává karotenu jeho červenou barvu. Polyenová struktura je navíc zodpovědná za některé fyzikálně-chemické vlastnosti lykopenu, které přímo souvisejí s jejich biologickými účinky (→ antioxidant potenciál). Na rozdíl od jiných karotenoidy, jako jsou alfa- a beta-karoten, beta-kryptoxanthin, lutein a zeaxanthin, lykopen nenese trimethylcyklohexenový kruh na koncích izoprenoidního řetězce (→ acyklická struktura). Karoten navíc nemá připojené žádné substituenty. Lykopen je výrazně lipofilní (rozpustný v tucích), který ovlivňuje střevní (střevo-příbuzný) vstřebávání a distribuce v organismu. Lykopen se může vyskytovat v různých geometrických formách (cis- / trans- a Z- / E-izomerismus), které jsou vzájemně směnitelné:

  • All-trans-lykopen
  • 5-cis-lykopen
  • 7-cis-lykopen
  • 9-cis-lykopen
  • 11-cis-lykopen
  • 13-cis-lykopen
  • 15-cis-lykopen

V rostlině dominuje all-trans izomer s 79-91%, zatímco v lidském organismu je více než 50% lykopenu ve formě cis. All-trans lykopen obsažený v rostlinných potravinách je částečně izomerizován (přeměněn) na své cis-formy exogenními vlivy, jako je teplo a světlo, na jedné straně a kyselou žaludeční šťávou, na druhé straně, které mají lepší rozpustnost, vyšší vstřebávání rychlost a rychlejší intracelulární a extracelulární (uvnitř i vně buňky) transport ve srovnání s all-trans izomery kvůli nedostatečné agregační (aglomerační) a krystalizační schopnosti. Z hlediska stability však all-trans lykopen překonává většinu svých cis izomerů (nejvyšší stabilita: 5-cis ≥ all-trans ≥ 9-cis ≥ 13-cis> 15-cis> 7-cis-> 11-cis: nejnižší stabilita). Z přibližně 700 identifikovaných karotenoidů je asi 60 převoditelných na vitamin (retinol) lidským metabolizmem, a proto mají aktivitu provitaminu A. Vzhledem ke své acyklické struktuře lykopen nepatří mezi provitaminy A [4, 6, 22, 28, 54, 56-58].

Syntéza

All-trans lykopen je syntetizován (tvořen) všemi rostlinami schopnými fotosyntézy, řas a bakteriea houby. Výchozí látkou pro biosyntézu lykopenu je kyselina mevalonová (nasycená hydroxy-mastná kyselina s rozvětveným řetězcem; C6H12O4), která se převádí na dimethylallylpyrofosfát (DMAPP; C5H12O7P2) podle mevalonátové dráhy (metabolická cesta, při které se z acetylkoenzymu A dochází k biosyntéze isoprenoidů - k tvorbě steroidů a sekundárních metabolitů) prostřednictvím mevalonátu 5-fosfát, mevalonát 5-pyrofosfát a isopentenyl 5-pyrofosfát (IPP). DMAPP kondenzuje se třemi molekuly jeho izomeru IPP (C5H12O7P2), čímž vznikl geranylgeranylpyrofosfát (GGPP; C20H36O7P2). Kondenzace dvou molekuly GGPP vede k syntéze fytoenu (C40H64), centrální látky v biosyntéze karotenoidů. V důsledku několika desaturací (vložení dvojných vazeb, přeměna nasycené sloučeniny na nenasycenou) se fytoen přemění na all-trans lykopen. Lykopen je výchozí látkou všech ostatních karotenoidů. Cyklizace (uzavření kruhu) dvou terminálních izoprenových skupin lykopenu tedy vede k biosyntéze beta-karoten, které mohou být transformovány (převedeny) na okysličené xantofyly hydroxylací (reakce s odstranění of voda). V buňkách rostlinného organismu je all-trans-lykopen lokalizován v membránách, v lipidových kapičkách nebo jako krystal v cytoplazmě. Kromě toho je zabudován do chromoplastů (plastidy zbarvené oranžově, žlutě a načervenalě karotenoidy v okvětních lístcích, plodech nebo zásobních orgánech rostlin) a chloroplastech (organelách buněk zelených řas a vyšších rostlin, které provádějí fotosyntézu) - začleněn do komplexní matice Proteinů, lipidy, a / nebo sacharidy. Zatímco karoten v chromoplastech okvětních lístků a plodů slouží k přilákání zvířat - pro přenos pylu a šíření semen - poskytuje ochranu před fotooxidačním poškozením v chloroplastech listů rostlin jako součást komplexů sběru světla. Antioxidační účinek ochrana je dosažena tzv. kalením (detoxikace, inaktivace) reaktivní kyslík sloučeniny (1O2, singletový kyslík), kde lykopen přímo absorbuje (pohlcuje) sálavou energii prostřednictvím tripletového stavu a deaktivuje ji uvolňováním tepla. Protože schopnost kalení se zvyšuje s počtem dvojných vazeb, má lykopen se svými 13 dvojnými vazbami nejvyšší kalicí aktivitu ve srovnání s jinými karotenoidy. Ve srovnání s luteinem je lykopen mnohem méně hojný u rostlin a živočichů. Červené pigmentové barvivo lze sporadicky detekovat v některých houbách (Porifera; kmen vodních živočichů v Tissueless), hmyzu a fototrofních bakterie (bakterie schopné využívat světlo jako zdroj energie). Hlavním zdrojem lykopenu je zralé ovoce a zelenina, jako jsou rajčata (0.9–4.2 mg / 100 g) a rajčatové výrobky, červený grapefruit (~ 3.4 mg / 100 g), guava (~ 5.4 mg / 100 g), vodní meloun (2.3 -7.2 mg / 100 g), papája (~ 3.7 mg / 100 g), šípkya některé druhy oliv, například peckovice korálového oleje Elaeagnus umbellata. V této souvislosti podléhá obsah lykopenu značným změnám v závislosti na kultivaru, ročním období, zralosti, místě, růstu, sklizni a podmínkách skladování a může se velmi lišit v různých částech rostliny. V rajčatech a rajčatových výrobcích je lykopen asi 9krát koncentrovanější než beta-karoten. Asi 80-85% příjmu lykopenu v potravě je způsobeno konzumací rajčat a rajčatových výrobků, jako jsou rajčatový protlak, kečup, rajčatová omáčka a rajčatová šťáva. Silná lipofilita (rozpustnost v tucích) lykopenu je důvodem, že karoten nelze rozpustit ve vodném prostředí, což způsobuje jeho agregaci a rychlou krystalizaci. Lykopen v čerstvých rajčatech je tedy přítomen v krystalickém stavu a je uzavřen v pevné celulózové a / nebo proteinové matrici, která se obtížně vstřebává. Potravinářské operace, jako je mechanické rozmělňování a tepelné zpracování, mají za následek uvolňování lykopenu z potravinářské matrice a zvyšují jeho biologická dostupnost. Tepelná expozice by však neměla být příliš dlouhá nebo příliš silná, jinak by oxidace, cyklizace (uzavření kruhu) a / nebo cis-izomerizace all-trans lykopenu mohla vést ke ztrátám aktivity o více než 30%. Z důvodů vyšších biologická dostupnost a koncentrace lykopenu, rajčatové výrobky, jako je rajčatová pasta, rajčatová omáčka, kečup a rajčatová šťáva, mají výrazně vyšší obsah lykopenu než čerstvá rajčata. Pro použití v potravinářském průmyslu se lykopen synteticky vyrábí a extrahuje z rajčatových koncentrátů za použití organických rozpouštědel. Používá se jako potravinářské barvivo (E 160d), a je tedy barvicí přísadou do polévek, omáček, ochucených nápojů, dezertů, koření, cukrovinek a pečiva. Lykopen je dále důležitým předchůdcem aromaŠtěpí se kooxidací pomocí lipoxygenáz, reakcí s reaktivními kyslík sloučeniny a pod tepelnou stres, což má za následek karbonylové sloučeniny s nízkou prahovou hodnotou zápachu. Tyto produkty degradace hrají zásadní roli při zpracování rajčat a produktů z rajčat.

Resorpce

Díky své výrazné lipofilitě (rozpustnosti v tucích) je lykopen absorbován (absorbován) v horní části tenké střevo během trávení tuků. To vyžaduje přítomnost dietních tuků (3–5 g / jídlo) jako transportérů, žlučové kyseliny pro solubilizaci a tvorbu micel a esterázy (zažívací enzymy) pro štěpení esterifikovaného lykopenu. Po uvolnění z potravinové matrice se lykopen spojuje v lumen tenkého střeva s dalšími lipofilními látkami a žlučové kyseliny za vzniku smíšených micel (sférické struktury o průměru 3 až 10 nm, ve kterých lipid molekuly jsou uspořádány tak, aby voda- části rozpustné molekuly jsou otočeny směrem ven a části molekuly nerozpustné ve vodě jsou otočeny směrem dovnitř) - micelární fáze pro solubilizaci (zvýšení rozpustnosti) lipidy - které jsou přijímány pasivní difúzí do enterocytů (buněk tenkého střeva) epitel) z duodenum (duodenum) a jejunum (jejunum). Existují důkazy, že střevní vstřebávání lykopenu a dalších karotenoidů zahrnuje specifický epiteliální transportér, který je saturovatelný a jehož aktivita závisí na karotenoidu koncentrace. Míra absorpce lykopenu z rostlinných potravin se velmi liší intra- a interindividuálně, v rozmezí od 30% do 60%, v závislosti na podílu současně dodávaných tuků [3-5, 22, 50, 54, 57]. Pokud jde o jejich propagační vliv na absorpci lykopenu, nasycené mastné kyseliny jsou mnohem účinnější než polynenasycené mastné kyseliny (polyenové mastné kyseliny, PFS), což lze zdůvodnit následovně:

  • PFS zvyšují velikost smíšených micel, což snižuje rychlost difúze
  • PFS mění náboj micelárního povrchu, snižuje afinitu (vazebnou sílu) k enterocytům (buňkám tenkého střevního epitelu)
  • PFS (omega-3 a -6 mastné kyseliny) zabírají více prostoru než nasycené mastné kyseliny v lipoproteinech (agregáty lipidů a proteinů - částice podobné micelám - které slouží k transportu lipofilních látek v krvi), čímž omezují prostor pro další lipofilní molekuly, včetně lykopenu
  • PFS, zejména omega-3 mastné kyseliny, inhibují syntézu lipoproteinů.

Biologická dostupnost lykopenu závisí kromě příjmu tuku na následujících endogenních a exogenních faktorech [4, 5, 8, 14, 15, 22, 28, 29, 40, 46-48, 54, 62, 63, 68]:

  • Množství lykopenu dodávaného stravou (stravou) - se zvyšující se dávkou klesá relativní biologická dostupnost karotenoidu
  • Izomerní forma - lykopen, na rozdíl od jiných karotenoidů, jako je beta-karoten, je lépe absorbován ve své cis-konfiguraci než ve své all-trans formě; tepelné zpracování, jako je vaření, podporuje přeměnu all-trans na cis-lykopen
  • Zdroj potravy - z doplňků (izolovaný, čištěný lykopen v olejovém roztoku - bez přítomnosti nebo esterifikovaný mastnými kyselinami) je karotenoid dostupnější než z rostlinných potravin (nativní lykopen vázaný na komplex), o čemž svědčí výrazně vyšší zvýšení séra hladiny lykopenu po požití doplňků ve srovnání s požitím stejného množství z ovoce a zeleniny
  • Potravinová matrice, ve které je obsažen lykopen - z rajčatových produktů, jako je rajčatová polévka a rajčatová pasta, je lykopen absorbován výrazně lépe než ze surových rajčat, protože zpracování (mechanické drcení, tepelné ošetření atd.) Rostlinné buněčné struktury jsou porušeny, vazby lykopenu do Proteinů a vláknina jsou štěpeny a krystalické karotenoidové agregáty jsou rozpuštěny; míchání potravin obsahujících rajče s olejem dále zvyšuje biologická dostupnost lykopenu.
  • Interakce s jinými složkami potravin:
    • Vláknina, jako jsou pektiny z ovoce, snižuje biologickou dostupnost lykopenu tvorbou špatně rozpustných komplexů s karotenoidem
    • Olestra (náhražka syntetického tuku sestávající z esterů sacharózy a dlouhého řetězce mastné kyseliny (→ polyester sacharózy), které nelze štěpit endogenními lipázami (štěpením tuků) enzymy) kvůli sterické zábraně a je vylučován beze změny) snižuje absorpci lykopenu; podle Koonsvitsky et al (1997) je výsledkem denního příjmu 18 g přípravku Olestra po dobu 3 týdnů pokles sérových hladin karotenoidů o 27%; podle Thornquista a kol. (2000) je již po malém příjmu Olestry (2 g / den) zaznamenán pokles sérových hladin karotenoidů (o 15%).
    • Fytosteroly a -stanoly (chemické sloučeniny ze třídy sterolů nacházející se v mastných částech rostlin, jako jsou semena, klíčky a semena, které jsou velmi podobné struktuře cholesterolu a kompetitivně inhibují jeho absorpci) mohou zhoršit střevní absorpci lykopenu; pravidelné používání pomazánek obsahujících fytosterol, jako je margarín, tedy může vést k mírně snížené (o 10–20%) hladině karotenoidů v séru; současným zvýšením denního příjmu ovoce a zeleniny bohaté na karotenoidy lze zabránit snížení koncentrace karotenoidů v séru konzumací margarínu obsahujícího fytosterol
    • Příjem směsí karotenoidů, jako je lykopen, beta-karoten, kryptoxanthin, zeaxantin a lutein, může jak inhibovat, tak podporovat absorpci střevního lykopenu - na úrovni začlenění (absorpce) do smíšených micel ve střevním lumenu, enterocyt během intracelulárního (uvnitř - buňka) transport a zabudování do lipoproteinů - se silnými interindividuálními rozdíly
      • Podle Olsena (1994) má podávání vysokých farmakologických dávek beta-karotenu za následek sníženou absorpci lykopenu a snížení sérových hladin lykopenu - pravděpodobně v důsledku procesů kinetického vytěsnění podél sliznice střeva; tím se zdá, že preferenční monosupplementace vysokých dávek beta-karotenu inhibuje intestinální absorpci, zejména těch karotenoidů, které mají vyšší ochranný potenciál než beta-karoten, jako je lykopen, zeaxanthin a lutein a jsou přítomny v séru ve významných množstvích
      • Gaziano et al (1995) prokázali pokles obsahu lykopenu v lipoproteinech, zejména ve frakci LDL (lipoproteiny s nízkou hustotou; lipoproteiny s nízkou hustotou bohaté na cholesterol), po šesti dnech požití 100 mg syntetického a přírodního beta-karotenu
      • Wahlquist et al (1994) zjistili zvýšení koncentrací lykopenu v séru při denním podávání 20 mg beta-karotenu po dobu jednoho roku
      • Gossage et al (2000) doplnil kojící a kojící ženy ve věku 19-39 let 30 mg beta-karotenu po dobu 28 dnů s výsledkem, že sérové ​​koncentrace lykopenu nebyly ovlivněny, zatímco sérové ​​hladiny alfa a beta-karotenu se zvýšily a sérum Hladiny luteinu byly významně sníženy
  • Individuální zažívací výkon, jako je mechanické rozmělňování v horním zažívacím traktu, pH žaludku, tok žluči - důkladné žvýkání a nízké pH žaludeční šťávy podporují rozrušení buněk a uvolňování vázaného a esterifikovaného lykopenu, což zvyšuje biologickou dostupnost karotenoidu; snížený tok žluči snižuje biologickou dostupnost v důsledku zhoršené tvorby micel
  • Stav zásobení organismu
  • Genetické faktory

Transport a distribuce v těle

V enterocytech (buňkách tenkého střeva epitel) svršku tenké střevo, lykopen je zabudován do chylomikronů (CM, lipoproteiny bohaté na lipidy), které jsou vylučovány (vylučovány) do intersticiálních prostorů enterocytů exocytózou (transport látek z buňky) a transportovány pryč přes lymfy. Přes truncus intestinalis (nepárový lymfatický sběrný kmen břišní dutiny) a ductus thoracicus (lymfatický sběrný kmen hrudní dutiny) vstupují chylomikrony do podklíčkové žíla (podklíčková žíla), respektive krční žíla (krční žíla), které se sbíhají a tvoří brachiocefalickou žílu (levá strana) - angulus venosus (venózní úhel). Venae brachiocephalicae na obou stranách se spojí a vytvoří nepárový nadřízený vena cava (superior vena cava), která ústí do pravé síně (atrium cordis dextrum). Chylomikrony jsou zavedeny do periferních oběh čerpací silou srdce. Chylomikrony mají poločas (čas, ve kterém se hodnota, která se exponenciálně s časem sníží na polovinu) přibližně 30 minut a jsou degradovány na zbytky chylomikronu (CM-R, částice zbytku chylomikronu s nízkým obsahem tuku) během transportu do játra. V této souvislosti lipoprotein lipáza (LPL) hraje zásadní roli, která se nachází na povrchu endotelových buněk (buňky lemující vnitřek krev plavidla) krevních kapilár a vede k absorpci zdarma mastné kyseliny a malé množství lykopenu do různých tkání, například do svalu, tukové tkáně a mléčné žlázy, štěpením lipidů. Většina lykopenu však zůstává v CM-R, který se váže na specifické receptory v játra a je absorbován do parenchymálních buněk jater prostřednictvím receptorem zprostředkované endocytózy (invaze z buněčná membrána → uškrcení vezikul obsahujících CM-R (buněčné organely) do vnitřku buňky). V játra buňky, lykopen je částečně skladován a další část je začleněna do VLDL (velmi nízká hustota lipoproteiny; lipoproteiny obsahující lipidy o velmi nízké hustotě), kterými se karotenoid dostává do extrahepatálních („mimo játra“) tkání krev oběh. Jako VLDL cirkulující v krev váže se na periferní buňky, lipidy jsou štěpeny působením LPL a uvolněné lipofilní látky, včetně lykopenu, jsou internalizovány (interně absorbovány) pasivní difúzí. To má za následek katabolismus VLDL na IDL (meziprodukt hustota lipoproteiny). Částice IDL mohou být buď přijímány játry zprostředkovaným receptorem a zde degradovány, nebo metabolizovány (metabolizovány) v krevní plazmě triglyceridem lipáza (enzym štěpící tuk) na cholesterolu-bohatý LDL (nízký hustota lipoproteiny). Lykopen vázán na LDL je přijímán do jater a extrahepatálních tkání prostřednictvím receptorem zprostředkované endocytózy na jedné straně a přenesen do HDL (lipoproteiny s vysokou hustotou) na druhé straně, které se podílejí na transportu lykopenu a dalších lipofilních molekul, zejména cholesterolu, z periferních buněk zpět do jater. Složitá směs karotenoidů se nachází v lidských tkáních a orgánech, která podléhá silným individuálním variacím jak kvalitativně (vzor karotenoidů), tak kvantitativně (koncentrace karotenoidů). Lykopen a beta-karoten jsou nejhojnější karotenoidy v krvi a tkáních. Zatímco v nadledvinách dominuje lykopen, varlata (varlata), prostatya játra, plíce a ledviny mají přibližně stejné množství lykopenu a beta-karotenu. Protože lykopen je výrazně lipofilní (rozpustný v tucích), je také lokalizován v tukové tkáni (~ 1 nmol / g vlhké hmotnosti) a kůže, ale při nižších koncentracích než ve varlatech (varlata) a nadledvinách (až do 20 nmol / g hmotnosti za mokra), například [4, 15, 22, 28, 40, 50, 54, 56-58]. V buňkách jednotlivých tkání a orgánů je lykopen zvláště složkou buněčných membrán a ovlivňuje jejich tloušťku, pevnost, tekutost, propustnost (propustnost) a také účinnost. Protože lykopen má největší antioxidant potenciál ve srovnání s jinými karotenoidy a je přednostně uložen v prostaty tkáně, je považován za faktor s nejvyšší účinností z hlediska prostaty rakovina prevence. V krvi je lykopen transportován lipoproteiny složenými z lipofilních molekul a apolipoproteiny (proteinová část, funkce jako strukturní lešení a / nebo rozpoznávací a dokovací molekula, například pro membránové receptory), jako je Apo AI, B-48, C-II, D a E. Karotenoid se váže na 75-80% LDL, 10-25% až HDLa 5-10% na VLDL. V závislosti na stravovacích návycích je koncentrace lykopenu v séru přibližně 0.05–1.05 µmol / l a liší se podle pohlaví, věku, zdraví stav, celkový tělesný tuk hmotaa úroveň alkohol a tabák spotřeba. V lidském séru a mateřské mléko, Dosud bylo identifikováno 34 z přibližně 700 známých karotenoidů, včetně 13 geometrických all-trans izomerů. Mezi nimi byly kromě lykopenu také karoteny alfa- a beta-karoten a xantofyly lutein, zeaxanthin a kryptoxanthin. detekovány nejčastěji.

Vylučování

Neabsorbovaný lykopen opouští tělo ve stolici (stolici), zatímco střevně (střevem) absorbovaný lykopen je vylučován močí ve formě jeho metabolitů. Endogenní degradace lykopenu nastává beta-karotendioxygenázou 2 (BCDO2), která štěpí karoten na pseudojonon, geranial a 2-methyl-2-hepten-6-on. Aby se produkty degradace lykopenu přeměnily na vylučovatelnou formu, podléhají biotransformaci stejně jako všechny lipofilní látky rozpustné v tucích. Biotransformace se vyskytuje v mnoha tkáních, zejména v játrech, a lze ji rozdělit do dvou fází:

  • Ve fázi I jsou metabolity (meziprodukty) lykopenu hydroxylovány (inzerce skupiny OH) systémem cytochromu P-450, aby se zvýšila rozpustnost
  • Ve fázi II dochází ke konjugaci s vysoce hydrofilními (ve vodě rozpustnými) látkami - za tímto účelem se kyselina glukuronová přenáší na dříve vloženou skupinu OH metabolitů pomocí glukuronyltransferázy

Po singlu správa, retenční čas karotenoidů v těle je mezi 5-10 dny.