Lutein: Definice, syntéza, absorpce, transport a distribuce

Lutein (latinsky: luteus „žlutý“) je známý zástupce karotenoidy (lipofilní pigment rozpustný v tucích) barviva rostlinného původu) - ty sekundární rostlinné sloučeniny (bioaktivní látky s zdraví-propagační účinky - „výživné přísady“), které dodávají rostlinným organismům jejich žlutou až načervenalou barvu. Lutein se skládá z celkem 40 uhlík (C-), 56 vodík (H-) a 2 kyslík (O-) atomy - molekulární vzorec C40H56O2. Lutein se tedy jako zeaxantin a beta-kryptoxantin počítá mezi xantofyly, které ve srovnání s karoteny, jako je alfa-karoten, beta-karoten a lykopen, obsahují kromě uhlík a vodík, funkční kyslík skupiny - v případě luteinu ve formě 2 hydroxy (OH) skupin. Strukturním znakem luteinu je polynenasycená polyenová struktura (organická sloučenina s více uhlík-karbonové (CC) dvojné vazby) skládající se z 8 isoprenoidových jednotek a 11 dvojných vazeb, z nichž 10 je konjugovaných (několik po sobě jdoucích dvojných vazeb oddělených přesně jednou jednoduchou vazbou). An kyslík-substituovaný trimethylcyklohexenový kruh (1 alfa, 1 beta iononový kruh) je připojen na každý konec isoprenoidního řetězce. Systém konjugovaných dvojných vazeb je zodpovědný jak za žlutooranžovou barvu, tak za některé fyzikálně-chemické vlastnosti luteinu, které přímo souvisejí s jejich biologickými účinky. Přes polární skupinu OH na alfa a beta iononovém kruhu je lutein výrazně lipofilní (rozpustný v tucích), což ovlivňuje střevní vstřebávání (příjem střevem) a distribuce v organismu. Lutein se může vyskytovat v různých geometrických formách (cis / trans izomery), které jsou navzájem přeměnitelné:

  • All-trans- (3R, 3'R, 6'R) -lutein.
  • 9-cis-lutein
  • 9'-cis-lutein
  • 13-cis-lutein
  • 13'-cis-lutein

V rostlinách dicyklický xantofyl existuje převážně (~ 98%) jako stabilní all-trans izomer. V lidském organismu se někdy mohou vyskytovat různé izomerní formy. Exogenní vlivy, jako je teplo a světlo, mohou změnit konfiguraci luteinu z potravy. Na rozdíl od all-trans izomerů vykazují cis-izomery luteinu lepší rozpustnost, vyšší vstřebávání rychlosti a rychlejší intracelulární a extracelulární transport. Z přibližně 700 karotenoidy identifikováno, asi 60 z nich lze převést na vitamin (retinol) lidským metabolizmem, a tak vykazují aktivitu provitaminu A. Protože oba kruhové systémy luteinu obsahují kyslík, nejde o provitamin A.

Syntéza

Karotenoidy jsou syntetizovány (tvořeny) všemi rostlinami, řasami a bakterie schopný fotosyntézy. U vyšších rostlin dochází k syntéze karotenoidů ve fotosynteticky aktivních tkáních, stejně jako v okvětních lístcích, plodech a pylu. Produkce karotenoidů v přírodě se odhaduje na přibližně 108 tun ročně, z čehož většinu tvoří 4 hlavní karotenoidy lutein, fukoxanthin - v řasách -, violaxanthin a neoxanthin - v rostlinách. Nakonec byly karotenoidy, hlavně xantofyly, detekovány ve všech dosud studovaných částech listů, zejména v těch s dicyklickou strukturou a hydroxylovými substituenty v poloze C-3 nebo C-3 '. Vzhledem k tomu, že se zejména lutein vyskytuje ve volných i esterifikovaných formách u mnoha druhů rostlin a rodů, je pravděpodobně nejdůležitějším karotenoidem pro funkčnost rostlinných organismů. Biosyntéza luteinu probíhá z alfa-karotenu hydroxylací obou iononových kruhů specifickými hydroxylázami - enzymatické zavedení OH skupin. V buňkách rostlinného organismu je lutein uložen v chromoplastech (plastidy zbarvené oranžově, žlutě a načervenalě karotenoidy v okvětních lístcích, plodech nebo v zásobních orgánech rostlin) a chloroplastech (organelách buněk zelených řas a vyšší rostliny, které provádějí fotosyntézu) - začleněny do složité matice Proteinů, lipidy, a / nebo sacharidy. Zatímco xantofyl 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 shromažďujících světlo.Antioxidační účinek ochrana je dosažena tzv. kalením (detoxikace, inaktivace) reaktivních sloučenin kyslíku (1O2, singletový kyslík), přičemž lutein přímo absorbuje (absorbuje) energii záření prostřednictvím stavu tripletů a deaktivuje ji uvolňováním tepla. Vzhledem k tomu, že schopnost kalení se zvyšuje s počtem dvojných vazeb, má lutein se svými 11 dvojnými vazbami vysokou kalicí aktivitu. V podzimních měsících je kromě neoxanthinu a chlorofylu hlavní látkou degradovanou v chloroplastech chlorofyl (zelený rostlinný pigment). beta-karoten. Naproti tomu množství luteinu neklesá. To je důvod, proč listy rostlin na podzim ztrácejí zelenou barvu a je viditelná žlutá lutein. Lutein je v přírodě rozšířený a spolu s alfa- a beta-karotenbeta-kryptoxanthin, lykopen stejně jako zeaxanthin je nejhojnějším karotenoidem v rostlinných potravinách. Vždy je doprovázen zeaxantinem a nachází se s ním převážně v tmavě zelené listové zelenině, jako je kale, špenát, tuřín a petržel, i když se obsah může značně lišit v závislosti na odrůdě, ročním období, zralosti, růstu, sklizni a podmínkách skladování a v různých částech rostliny. Například vnější listy zelí obsahují 150krát více luteinu než vnitřní listy. Lutein vstupuje do živočišného organismu prostřednictvím rostlinných krmiv, kde se hromadí v organismu krev, kůže nebo peří a má atraktant, varování nebo maskování funkce. Například lutein je zodpovědný za žlutou barvu stehen a drápů kuřat, hus a kachen. Barva vaječného žloutku je také způsobena přítomností xantofylů, zejména lutein a zeaxanthin - v poměru přibližně 4: 1. Lutein tvoří asi 70% ve vaječném žloutku. Zejména vajíčka kuřat, kachen a kanárek obsahuje bohatý lutein. Podle Chung et al (2004), biologická dostupnost xantofylu z kuřete bohatého na lutein vajíčka je významně vyšší než z rostlinných potravin, jako je špenát nebo lutein doplňky. Průmyslově se dicyklický xantofyl získává extrakcí rostlinných částí bohatých na lutein, zejména z okvětních lístků Tagetes (měsíček, bylina s citronově žlutými až hnědočervenými květenstvími). Pomocí metod genetického inženýrství je možné ovlivnit obsah a strukturu karotenoidů v rostlinách a tím selektivně zvýšit koncentrace luteinu. Lutein extrahovaný z rostlin se používá jak jako potravinářské barvivo (E161b), včetně barviv nesycených nápojů, energetických tyčinek a dietních potravin, tak jako přísada do krmiva zajišťující zbarvení živočišných produktů. Například lutein se přidává do kuřecího krmiva, aby se zesílila barva vaječných žloutků.

Vstřebávání

Díky své lipofilní povaze (rozpustné v tucích) je lutein absorbován (absorbován) v horní části tenké střevo během trávení tuků. To vyžaduje přítomnost dietních tuků (3–5 g / jídlo) jako transportérů, žlučové kyseliny solubilizovat (zvýšit rozpustnost) a tvořit micely a esterázy (zažívací) enzymy) ke štěpení esterifikovaného luteinu. Po uvolnění z dietní matrice se lutein 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 se vstřebávají do enterocytů (buněk tenkého střeva epitel) z duodenum (duodenum) a jejunum (jejunum) prostřednictvím procesu pasivní difúze. The vstřebávání podíl luteinu v rostlinných potravinách se značně liší intra- a interindividuálně, v rozmezí od 30% do 60%, v závislosti na podílu současně konzumovaných tuků. Z hlediska jejich propagačního vlivu na absorpci luteinu jsou nasycené mastné kyseliny mnohem účinnější než polynenasycené mastné kyseliny (PFS), což lze zdůvodnit následovně:

  • PFS zvyšují velikost smíšených micel, což snižuje rychlost difúze
  • PFS mění náboj micelárního povrchu a tím 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 luteinu
  • PFS, zejména omega-3 mastné kyseliny, inhibují syntézu lipoproteinů.

Kromě příjmu tuku závisí biologická dostupnost luteinu také na následujících endogenních a exogenních faktorech [4, 8, 14, 15, 19, 26, 30, 43, 49-51, 55, 63, 66]:

  • Množství luteinu dodávaného stravou (s jídlem) - se zvyšující se dávkou klesá relativní biologická dostupnost karotenoidu
  • Izomerní forma - lutein, 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 z all-trans na cis lutein
  • Zdroj potravin
    • Z doplňků (izolovaný lutein v olejovém roztoku - bez přítomnosti nebo esterifikovaný mastnými kyselinami) je karotenoid dostupnější než z rostlinných potravin (nativní, komplexně vázaný lutein), o čemž svědčí výrazně vyšší zvýšení hladin luteinu v séru po požití doplňky ve srovnání s příjmem stejného množství z ovoce a zeleniny
    • U živočišných potravin, například vajec, je míra absorpce xantofylu významně vyšší než u potravin rostlinného původu, jako je špenát nebo luteinové doplňky
  • Potravinová matrice, ve které je obsažen lutein - ze zpracované zeleniny (mechanické rozmělňování, tepelné zpracování, homogenizace) je lutein výrazně lépe vstřebáván (> 15%) než ze surových potravin (<3%), protože karotenoid v surové zelenině je krystalický buňka a je uzavřena v pevné celulózové a / nebo proteinové matrici, která se obtížně vstřebává; Jelikož je lutein citlivý na teplo, měly by se potraviny obsahující lutein připravovat šetrně, aby se minimalizovaly ztráty.
  • Interakce s jinými složkami potravin:
    • Vláknina, jako jsou pektiny z ovoce, snižuje biologickou dostupnost luteinu tvorbou špatně rozpustných komplexů s karotenoidem
    • Olestra (náhražka syntetického tuku sestávající z esterů sacharózy a mastných kyselin s dlouhým řetězcem (? Sacharosový polyester), která nemůže být štěpena tělními lipázami (enzymy štěpícími tuky) kvůli sterické zábraně a je vylučována beze změny) snižuje absorpci luteinu; podle Koonsvitsky et al (1997) vede denní příjem 18 g olestra po dobu 3 týdnů k 27% poklesu hladin karotenoidů v séru
    • 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 vstřebávání) mohou interferovat s střevem ( ) absorpce luteinu; 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 lutein, beta-karoten, kryptoxanthin a lykopen, může jak inhibovat, tak podporovat absorpci luteinu ve střevě - na úrovni začlenění do smíšených micel ve střevním lumenu, enterocytů (buňky tenkého střeva) během intracelulárního transportu a začlenění do lipoproteinů - se silnými interindividuálními rozdíly; tím pádem, správa vysokých dávek beta-karotenu (12-30 mg / d) vede u některých subjektů ke zvýšené absorpci luteinu a hladinám luteinu v séru, zatímco takové podávání u jiných subjektů je spojeno se sníženou absorpcí luteinu a hladinami luteinu v séru - pravděpodobně kvůli kinetickému vytěsnění procesy podél střeva sliznice.
    • Proteiny a vitamin E zvýšit absorpci luteinu.
  • Individuální zažívací výkon, jako je mechanické rozmělňování v horním zažívacím traktu, pH žaludku, důkladné žvýkání žluči a nízké pH žaludeční šťávy, podporují rozrušení buněk a uvolňování vázaného a esterifikovaného luteinu, což zvyšuje biologickou dostupnost karotenoidů; 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, lutein je zabudován do chylomikronů (CM, lipoproteiny bohaté na lipidy) spolu s dalšími karotenoidy a lipofilními látkami, jako jsou triglyceridů, Fosfolipidy, a cholesterolu, které jsou vylučovány (vylučovány) do intersticiálních prostorů enterocytů exocytózou (transportem 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 (žilní úhel). Venae brachiocephalicae na obou stranách se spojily a vytvořily nepárového představeného vena cava (superior vena cava), která ústí do pravé síně z srdce. Chylomikrony jsou zavedeny do periferních oběh čerpací silou srdce. Jediným správa halofilní mořské řasy Dunaliella salina, která může produkovat značné množství karotenoidů, včetně (all-trans, cis-) beta-karotenu, alfa-karotenu, kryptoxantinu, lykopenu, luteinu a zeaxantinu, bylo prokázáno v krev zdravých jedinců, kteří chylomikrony přednostně ukládají xantofyly lutein a zeaxanthin nad karoteny, jako je alfa- a beta-karoten. Příčinou je diskutována vyšší polarita xantofylů, která ve srovnání s beta-karotenem vede k účinnějšímu absorpci luteinu jak do směsných micel, tak do lipoproteinů. Chylomikrony mají poločas (čas, ve kterém se hodnota, která se exponenciálně s časem sníží na polovinu) přibližně 30 minut a během transportu do organismu se degradují na zbytky chylomikronu (CM-R, zbytky chylomikronu s nízkým obsahem tuku) játra. V této souvislosti lipoprotein lipáza (LPL) hraje klíčovou roli, která se nachází na povrchu endotelových buněk krev kapiláry a vede k absorpci zdarma mastné kyseliny (FFS) a malé množství luteinu do různých tkání, například do svalu, tukové tkáně a mléčné žlázy, štěpením lipidů. Většina luteinu 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 - zúžení vezikul obsahujících CM-R (buněčné organely) do vnitřku buňky). V játra buňky, lutein je částečně uložen a další část je začleněna do VLDL (velmi nízká hustota lipoproteiny), kterými se karotenoid dostává přes krev do extrahepatálních tkání. Protože se VLDL cirkulující v krvi váže na periferní buňky, lipidy jsou štěpeny působením LPL a uvolněné lipofilní látky, včetně luteinu, jsou internalizovány (interně absorbovány) pasivní difúzí. To má za následek katabolismus (degradaci) 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). Lutein 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 luteinu a dalších lipofilních molekuly, 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 Lutein, zeaxanthin, alfa- a beta-karoten, lykopen a také alfa- a beta-kryptoxanthin jsou hlavními karotenoidy v organismu a přispívají asi 80% k celkovému obsahu karotenoidů. Lutein se nachází ve všech tkáních a orgánů člověka, i když existují značné rozdíly v koncentrace. Kromě jater, nadledvin, varlat (varlata) a vaječníky (vaječníky) - zejména žluté tělísko (corpus luteum) - žlutá skvrna oka (lat.: macula lutea), oblast sítnice (sítnice) s největší hustotou fotoreceptorů („bod nejostřejšího vidění“) má zejména vysoký obsah luteinu. žlutá skvrna se nachází ve středu časové sítnice (spánkové strany) sítnice zrakový nerv papily a má průměr 3-5 mm. Fotoreceptory makuly žluté jsou hlavně čípky odpovědné za vnímání barev. Makula obsahuje lutein a zeaxanthin jako jediné karotenoidy, proto je lutein v interakci se zeaxantinem nezbytný (vitální) ve vizuálním procesu. Oba xantofyly mohou s vysokou účinností absorbovat modré (vysokoenergetické krátké vlnové délky) světlo a chránit tak buňky sítnice před fotooxidačním poškozením, které hraje roli v patogenezi (vývoji) senilního (souvisejícího s věkem) makulární degenerace (AMD). AMD se vyznačuje postupnou ztrátou funkce buněk sítnice a je hlavní příčinou slepota u lidí ve věku> 50 let v průmyslových zemích. Podle epidemiologických studií je zvýšený příjem luteinu a zeaxanthinu (nejméně 6 mg / den z ovoce a zeleniny) spojen se zvýšením hustoty makulárního pigmentu a sníženým rizikem rozvoje AMD [19, 26, 32, 33, 36 , 37, 53, 55-58]. Kromě toho existují důkazy, že denní doplnění luteinem (10 mg / den) - samostatně nebo v kombinaci s antioxidanty, vitamíny, a minerály - může zlepšit zrakové funkce (zraková ostrost a citlivost na kontrast) u pacientů s atrofickou AMD. Dále Dagnelie et al (2000) zjistili zlepšení průměrné zrakové ostrosti a průměrného zorného pole u pacientů s retinitis pigmentosa a další degenerace sítnice (genetická nebo spontánní mutace vyvolaná postupná ztráta funkce tkáně sítnice, při které zahynou zejména fotoreceptory) užíváním luteinu (40 mg / den). Kromě makuly lutea se v krystalické formě nacházejí také lutein a zeaxanthin čočka jako jediné karotenoidy. Chrání objektiv Proteinů z fotooxidačního poškození mohou dicyklické xantofyly zabránit nebo zpomalit progresi (progresi) šedý zákal (šedý zákal, zákal oční čočka) [17, 19-21, 26, 31, 53, 55]. To je podporováno několika prospektivními studiemi, ve kterých zvýšený příjem potravin bohatých na lutein a zeaxanthin, jako je špenát, kel a brokolice, snížil pravděpodobnost vývoje šedý zákal nebo vyžadující extrakci katarakty (chirurgický zákrok, při kterém je zakaleno oční čočka je odstraněn a nahrazen umělou čočkou) o 18-50%. Z hlediska absolutní koncentrace a podílu tkáně na celkové tělesné hmotnosti je lutein většinou lokalizován v tukové tkáni (přibližně 65%) a játrech. Lutein se navíc nachází okrajově v plíce, mozek, srdce, kosterní sval a kůže. Existuje přímá, ale ne lineární korelace (vztah) mezi ukládáním do tkáně a perorálním příjmem karotenoidu. Lutein se tedy z tkáňových zásob uvolňuje jen velmi pomalu během několika týdnů po ukončení příjmu. V krvi je lutein transportován lipoproteiny, které jsou složeny z lipofilních látek molekuly 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 je přítomen v 75% krev. Karotenoid je vázán na 75-80% LDL, 10-25% vázáno na HDLa 5-10% vázáno na VLDL. V normální smíšené strava, koncentrace luteinu v séru se pohybují od 129-628 µg / l (0.1-1.23 µmol / l) a liší se podle pohlaví, věku, zdraví stav, celkový tělesný tuk hmotaa úrovně alkohol a tabák spotřeba. Doplnění standardizovaných dávek luteinu by mohlo potvrdit, že se vyskytují velké interindividuální variace s ohledem na koncentraci luteinu v séru. V lidském séru a mateřské mlékoK dnešnímu dni bylo identifikováno 34 z přibližně 700 známých karotenoidů, včetně 13 geometrických all-trans izomerů. Z nich byly nejčastěji detekovány lutein, kryptoxantin, zeaxantin, alfa- a beta-karoten a lykopen.

Vylučování

Neabsorbovaný lutein opouští tělo ve stolici (stolici), zatímco jeho metabolity (produkty rozkladu) jsou vylučovány močí. K přeměně metabolitů na vylučovatelnou formu procházejí biotransformací, 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 luteinu hydroxylovány (inzerce skupiny OH) systémem cytochromu P-450, aby se zvýšila rozpustnost
  • Ve fázi II probíhá konjugace se silně hydrofilními (ve vodě rozpustnými) látkami - za tímto účelem se kyselina glukuronová přenáší pomocí glukuronyltransferázy na dříve vloženou skupinu OH metabolitů

Velká část metabolitů luteinu dosud nebyla objasněna. Lze však předpokládat, že produkty vylučování jsou převážně glukuronidované metabolity. Po singlu správa, doba pobytu karotenoidů v těle je mezi 5-10 dny.