Что такое каротиноиды. Каротиноиды - это растительные пигменты, придающие красный, оранжевый и желтый цвет овощам и фруктам. Источники каротиноидов. Витамин каротин. Каротиноиды в продуктах

1. КАРОТИНОИДЫ

Поразительное разнообразие цвета живых организмов приносит не только эстетическое удовольствие, но и указывает на высокую биологическую значимость пигментов.

Одними из самых поразительных по красоте и биологической активности природных пигментов являются каротиноиды. Это жирорастворимые соединения, синтезируемые растениями, водорослями, бактериями и грибами (Sandmann, 2001). Их исследование началось еще в 1831 году, когда Вакенродером был выделен из моркови в кристаллическом виде желтый пигмент β-каротин, а в 1837 году Берцелиусом были выделены желтые пигменты из осенних листьев и названы ксантофиллами. Через 100 лет в 1933 году было известно уже 15 различных каротиноидов, около 80 - в 1947 году и за последующие двадцать лет эта величина превысила 300. В настоящее время в группу каротиноидов входит около 700 пигментов. В природе эти вещества определяют цвет опадающих листьев, окраску цветов (нарциссы, ноготки) и плодов (цитрусовые, перец, томаты, морковь, тыква), насекомых (божья коровка), перьев птиц (фламинго, ибис, канарейка) и морских организмов (креветки, лосось). Эти пигменты обеспечивают различные цвета: от желтого до темно-красного, а в комплексе с белками могут давать зеленое и голубое окрашивание.

В растениях они являются вторичными метаболитами и подразделяются на две группы: окисленных ксантофиллов, таких как лютеин, зеаксантин, виолаксантин и каротиноидов-углеводородов, таких как β- и α- каротины и ликопин.

Среди известных растительных пигментов каротиноиды наиболее распространены и отличаются структурным разнообразием и широким спектром биологического действия. В высших растениях каротиноиды синтезируются и локализуются в клеточных пластидах, где они связаны в светочувствительные комплексы, участвуя в процессе фотосинтеза и защищая растения от оксидантного стресса, вызванного избыточным освещением.

Из 700 известных каротиноидов 40 постоянно присутствуют в пище человека, провитаминной (А) активностью у млекопитающих обладают только β-каротин, альфа-каротин и криптоксантины.

Каротиноиды принято считать одними из наиболее мощных улавливателей синглетного кислорода. Именно антиоксидантные свойства этих соединений во многом определяют их биологическую активность. Хотя каротиноиды присутствуют во многих традиционных продуктах питания, наиболее богатыми источниками для человека служат ярко окрашенные овощи, фрукты и соки, причем желто-оранжевые овощи и фрукты обеспечивают основную часть поступления β- и α-каротина, оранжевые фрукты являются источниками α-криптоксантина, темно-зеленые овощи - лютеина, перец - капсантина и капсорубина, а томат и продукты их переработки - ликопина Johnson, 2002.

По уровню накопления каротиноидов среди овощных культур лидируют шпинат, богатый лютеином и зеаксантином, а также представители рода Capsicum , содержащие в плодах капсантин и капсорубин.

Среди экзогенных факторов существенное влияние на накопление каротиноидов оказывает температура выращивания, интенсивность освещенности, длительность светового периода и использование удобрений. Так известно, что в тени содержание лютеина и β-каротина в растениях ниже, чем на свету, а летом выращенная листовая капуста имеет более высокие концентрации этих каротиноидов, чем при выращивании в зимний период. По мере роста содержание каротиноидов в листьях возрастает и снижается на стадии старения, то есть количество каротиноидов в растении зависит и от времени сбора урожая. Экспериментальные исследования подтверждают, что органическое фермерство обеспечивает наибольшее аккумулирование плодами сладкого перца красных и желтых пигментов (табл.2).

Благодаря своим антиоксидантным свойствам каротиноиды привлекают особое внимание в борьбе за предотвращение таких хронических заболеваний, как рак, сердечнососудистые заболевания, диабет и остеопороз.

Таблица 2. Содержание каротиноидов в плодах сладкого перца сорта Almuden в условиях использования органических удобрений, традиционной и интегрированной технологии (мг/кг сырой массы) (Perez-Lopez et al, 1999)

*красная фракция= капсорубин+капсантин и изомеры

Желтая фракция = β-каротин + β-криптоксантин + зеаксантин + виолаксантин

Важнейшей биологической функцией каротиноидов в организме человека является провитаминная (А) активность. Каротиноиды, обладающие такой активностью, 1) поддерживают дифференциацию здоровых эпителиальных клеток, 2) нормализуют репродуктивные функции и 3) зрение. Витамин А входит в состав зрительного пигмента родопсина, что объясняет важную роль в поддержании зрения β-каротина, α-каротина и криптоксантинов. В частности, недостаток витамина А в пище может приводить к развитию так называемой ≪куриной≫ слепоты, характеризующейся существенным снижением чувствительности сетчатки глаза в сумерках, а в тяжелых случаях к развитию так называемого ≪трубчатого≫ зрения≫, когда светочувствительные клетки периферической части сетчатки перестают работать. Лютеин и зеаксантин - два из 7 каротиноидов, обнаруженных в плазме крови, и это единственные каротиноиды сетчатки и хрусталика. В сетчатке лютеин и зеаксантин ответственны за желтую пигментацию и получили название пигменты желтого пятна. Этот участок занимает всего 2% от всей поверхности сетчатки и состоит исключительно из клеток колбочек, ответственных за цветное зрение. Предполагают, что пигменты желтого пятна участвуют в фотопротекции, и пониженное содержание лютеина и зеаксантина может быть связано с поражением сетчатки. Увеличение количества этих пигментов может быть осуществлено путем увеличения потребления антиоксидантов, овощей и фруктов, каротиноидов пищи, нормализации индекса массы тела и отказа от курения. Многие из этих факторов связаны также с пониженным риском развития старческой дегенерации желтого пятна, что предполагает существование причинно-следственной связи. Исследования показывают, что повышение доли лютеина и зеаксантина, а также ликопина снижает риск макулярной дегенерации. Следует особенно отметить, что высокие уровни потребления различных овощей, обеспечивающих поступление в организм разнообразных каротиноидов,снижают риск заболеваний глаз более мощно, чем потребление индивидуальных каротиноидов.

В целом данные эпидемиологических исследований предполагают положительную взаимосвязь между высоким уровнем потребления каротиноидов и низким риском хронических, сердечно-сосудистых заболеваний, некоторых форм рака, уровнем иммунитета.

Исследования антиканцерогенного действия каротиноидов выявили протекторный эффект β-каротина от рака легких у некурящих и особенно у мужчин. Потребление высоких доз каротиноидов снижает риск некоторых видов лимфомы, но не влияет на величину риска развития рака мочевого пузыря. Ликопин способен предотвращать рак предстательной железы.

Снижение риска сердечнососудистых заболеваний под действием каротиноидов обусловлено защитой липопротеинов низкой плотности от перекисного окисления и уменьшением интенсивности оксидантного стресса в местах локализации атеросклеротических бляшек. Когортные исследования позволили установить защитную роль каротиноидов пищи от сердечнососудистых заболеваний в Италии, Японии, Европе и Коста-Рике. Существует ряд работ, подтверждающих защитный эффект ликопина в отношении предотвращения сердечнососудистых заболеваний. Эпидемиологические исследования на 662 больных и 717 здоровых людях из 10 различных Европейских стран показали дозозависимую взаимосвязь между уровнем потребления ликопина и риском инфаркта миокарда. При сравнении уровней потреблении ликопина в Литве и Швеции было показано возрастание риска развития и смертности от коронарной болезни сердца в условиях недостатка потребления ликопина. Как оказалось, ликопин томата, соусов, кетчупов, томатного сока значительно снижает уровень окисленных форм липопротеинов низкой плотности и уменьшает уровень холестерина в крови, снижая тем самым риск сердечно-сосудистых заболеваний.

Предотвращение раковых заболеваний при потреблении высоких доз каротиноидов связано со способностью последних ингибировать пролиферацию клеток, их трансформацию и модулировать экспрессию детерминантных генов. Окисленные каротиноиды (такие как β-криптоксантин и лютеин), а также неокисленные формы (такие как β-каротин и ликопин) связаны со снижением риска заболевания раком. Исследования на культурах клеток показали, что, помимо β-каротина, антиканцерогенную активность могут проявлять некоторые другие каротиноиды, причем активность, в ряде случаев вышактивности β-каротина (например, капсантин, α-каротин, лютеин, зеаксантин и др.).

Около 90% всех каротиноидов в пище и человеческом теле представлено β- и α-каротином, ликопином, лютеином и криптоксантином. Ликопин является одним из основных каротиноидов Средиземноморской диеты и обеспечивает поступление в организм человека до 50% всех каротиноидов. Среди овощей томат представляют собой основной источник ликопина, а продукты на основе томата (кетчуп, томатная паста, соусы) обеспечивают человека 85 % всего ликопина, поступающего с пищей. Антиканцерогенные свойства ликопина подтверждены эпидемиологическими исследованиями, исследованиями in vitro и на лабораторных животных, а также на человеке.

Основными механизмами антиканцерогенного действия ликопина, как предполагают, являются участие в дезактивации активных форм кислорода, регулировании работы системы детоксикации, влияние на пролиферацию клеток, индукция клеточных взаимосвязей, ингибирование клеточного цикла и модулирование передачи сигналов.

В целом человеком абсорбируется около 10-30% ликопина. Положительное влияние на уровень абсорбции ликопина оказывает присутствие жирорастворимых соединений, включая другие каротиноиды. Удивительно, но пространственная конфигурация центральной двойной связи молекулы ликопина определяет интенсивность его абсорбции. Показано, что цисликопин, образующийся при термической обработке томата, абсорбируется эффективнее, чем трансизомер сырых плодов. Цис-изомеры образуются также и в самом организме человека и животных при потреблении транс-форм.

Помимо сыворотки крови ликопин накапливается в значительных количествах в яичках, надпочечника, предстательной и молочной железе, а также печени.

Антиканцерогенные свойства ликопина томата проявляются в отношении рака предстательной железы, молочной железы, шейки матки, яичника, печени, легких, желудочно-кишечного тракта, поджелудочной железы.

Благодаря антиоксидантным свойствам каротиноиды способны защищать организм от других патологических состояний, связанных с оксидантным стрессом. Эпидемиологические исследования показывают, что β-каротин и ликопин совместно с витаминами С и Е в значительной степени снижают риск развития остеопороза. Этот факт представляется особенно важным в профилактике остеопороза у женщин в период менопаузы, характеризующийся существенным снижением антиоксидантной защиты.

Установлено положительное действие ликопина в снижении систолического давления у гипертоников, для которых характерно развитие оксидантного стресса.

Мужское бесплодие связано, как известно, с образованием в сперме значительного количества активных форм кислорода, в то время как у здоровых мужчин активные формы кислорода в семени не обнаружены. Учитывая, что содержание ликопина в семени инфертильных мужчин ниже, чем у здоровых лиц была предпринята попытка коррекции обеспеченности ликопином. Потребление в течение года такими больными 8 мг ликопина в день значительно повысило подвижность сперматозоидов, улучшало их морфологию и обеспечило 5% случаев зачатия.

В настоящее время исследуется роль ликопина в развитии нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Благодаря высокому уровню усвоения кислорода, большим концентрациям липидов и низкой антиоксидантной способности человеческий мозг является весьма уязвимым для воздействия оксидантов. Показано, что ликопин присутствует в малых концентрациях в нервной ткани, причем, его концентрация снижена при болезни Паркинсона и сосудистой деменции. В Японии установлен защитный эффект ликопина томата от возникновения и развития эмфиземы. Ожидается, что защитный эффект ликопина может проявиться у больных диабетом, с заболеваниями кожи, ревматоидным артритом, периодонтальных заболеваниях и воспалительных процессах. Антиоксидантные свойства ликопина открывают также широкие возможности его применения в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности.

Ликопин до сих пор не рассматривают как эссенциальный нутриент, и поэтому оптимальные уровни потребления не утверждены. Однако, основываясь на данных исследований протекторного действия ликопина, можно констатировать, что суточное потребление для борьбы с оксидантным стрессом и предупреждения хронических заболеваний должно составлять 5-7 мг (Levin, 2008). При наличии заболеваний, таких как рак или сердечнососудистые заболевания, уровни потребления ликопина желательно увеличить до 35-75 мг. Реальные уровни потребления ликопина составляют 3-16,2 мг/сутки в США, 25,2 мг - в Канаде, 1,3 мг - в Германии, 1,1 мг - в Великобритании и 0,7 мг - в Финляндии.

2. ФЛАВОНОИДЫ

Биоразнообразие природы неисчерпаемо.

Другая группа антиоксидантов - полифенолы - составляет еще более многочисленную группу природных соединений (их известно более 8000) (Ross& Kasum, 2002).

Биофлавоноиды. Краткая справка

Биофлавоноды или витамин Р . Витамин Р (от латинского «paprika» - перец и «permeabilitus» - проницаемость) объединяет семейство биофлавоноидов. Это очень разнообразная группа растительных полифенольных соединений, влияющих на проницаемость сосудов сходным образом с витамином С.

Источники: лимоны, гречиха, черноплодная рябина, чѐрная смородина, листья чая, плоды шиповника, лук, капуста, яблоки.

Суточная потребность для человека точно не установлена.

Биологическая роль заключается в стабилизации межклеточного матрикса соединительной ткани и уменьшении проницаемости капилляров.

Пристальный интерес к биофлавоноидам возник в последнее время благодаря эпидемиологическим исследованиям, которые выявили защитный эффект овощей, фруктов, содержащих биофлавоноиды, при развитии социально значимых хронических неинфекционных заболеваний: сердечно-сосудистых и злокачественных. В многочисленных опытах показано, что флавоноиды:

1. обладают антиоксидативными свойствами;
2. препятствуют развитию атеросклеротических повреждений стенок артерий, подавляя процессы внутри клеточного перекисного окисления липидов;
3. угнетают агрегацию тромбоцитов;
4. предотвращают окислительное повреждение нуклеиновых кислот и препятствуют развитию процессов канцерогенеза. Предполагают, что флавоноиды обладают также противоаллергическим, противовоспалительным (ингибируют ЦОГ 1 и ЦОГ 2), противовирусным и антипролиферативным эффектами.

Клиническое проявление гиповитаминоза витамина Р характеризуется повышенной кровоточивостью дѐсен и точечными подкожными кровоизлияниями, общей слабостью, быстрой утомляемостью и болями в конечностях.

Препараты растительного происхождения , содержащие флавоноиды, нашли широкое клиническое применение при лечении заболеваний печени: это могут быть простые настои лекарственных растений, таких как цветки бессмертника песчаного или концентрированные экстракты - фламин (сухой концентрат бессмертника песчаного), конвифлавин (из травы ландыша дальневосточного). Комплексный препарат силимарин (содержит смесь биофлавоноидов расторопши пятнистой) обладает гепатотропным и антитоксическим эффектом, применяется при токсических поражениях печени.

Итак, Флавоноиды — это крупнейший класс растительных полифенолов. Полифенолы — это класс химических соединений, характеризующихся присутствием более чем одной фенольной группы на молекулу. Фенолы — органические соединения ароматического ряда, в молекулах которых гидроксильные группы OH− связаны с атомами углерода ароматического кольца.

Это наиболее распространенные в растительном мире антиоксиданты. Одни только флавоноиды (гидроксипроизводные флавона ) способны оказывать противовоспалительное, противовирусное, гормональное, антимутагенное действие, защищать от рака и проявлять еще огромное количество полезных для человека свойств. Установлено, что все природные полифенолы овощей обладают антиканцерогенным действием.

Действие флавоноидов:

• Противовоспалительное
• Антиканцерогенное (защита от рака легких и молочной железы)
• Противовирусное
• Антиоксидантное
• Кардиопротекторное
• Гормональное
• Противоязвенное
• Антидиарейное
• Антиспазмолитическое
• Улучшение памяти, обучения и способности к познанию
• Нейропротекторное
• Снижение риска остеопороза

Роль флавоноидов в поддержании здоровья человека огромна. Эпидемиологические исследования указывают, что потребление овощей и фруктов связано с пониженным риском развития хронических заболеваний, включая сердечнососудистые и рак. Предполагают, что именно флавоноиды и другие полифенолы являются важнейшими биологически активными соединениями, определяющими положительное воздействие овощей и фруктов на здоровье человека.

Эпидемиологические исследования подтверждают защитное действие флавоноидов в отношении онкологических и сердечнососудистых заболеваний (Ghosh&Scheepens, 2009). Обнаружено значительное различие в смертности населения с высоким (Китай) и низким(Северная Америка, Европа) потреблением флавоноидов. Только 2 из 7 крупномасштабных исследований не выявили достоверного защитного эффекта, причем оба исследования были проведены на европейцах с невысоким потреблением флавоноидов. В 14 из 19 исследований была показана обратная корреляция между случаями рака груди и уровнем флавоноидов в крови. Потребление пищи, богатой флавоноидами, связано с меньшей частотой заболеваний сердца, инфарктов, рака и других хронических заболеваний. Показано существование обратной корреляции между уровнем потребления флавоноидов и риском инсульта, а также раком легких и прямой кишки (Trichopoulos, 2003; Hirvonen et al, 2001). Поскольку эти хронические заболевания связаны с повышенным оксидантным стрессом, а флавоноиды являются сильными антиоксидантами in vitro, сделано предположение, что флавоноиды пищи оказывают положительное действие посредством усиления антиоксидантной защиты. Антиоксидантная активность флавоноидов проявляется в повышении антиоксидантного статуса плазмы, защитного действия в отношении витамина Е, эритроцитарных мембран и липопротеинов низкой плотности, а также защиты ПНЖК мембран эритроцитов от перекисного окисления.

Результаты многочисленных исследований предполагают, что у человека флавоноиды проявляют антиаллергенную, противовирусную, противовоспалительную и сосудорасширяющую активность. Флавоноиды, включая кверцитин и таксифолин , благотворно действуют на желудочно-кишечный тракт, проявляя противоязвенную, антиспазмолитическую и антидиарейную активность. Показано, что потребление овощей и фруктов с высоким содержанием полифенолов снижает риск возникновения и развития остеопороза.

Установлено, что кверцетин защищает от ВИЧ инфекции, препятствует окислению липопротеинов высокой плотности, снижая, таким образом, риск сердечно-сосудистых заболеваний. Потребление значительного количества продуктов, содержащих кверцитин (лук, грейпфрут, яблоки), снижает риск развития рака легких.

Широкий спектр биологического действия растений рода Allium (табл.1) связано не только с наличием серосодержащих соединения, но и с высокой концентрацией флавоноидов. Потребление лука ингибирует рост опухолей и микробных клеток, снижает риск рака, дезактивирует свободные радикалы и защищает от сердечно-сосудистых заболеваний. Установлена высокая антиоксидантная активность всех луковых культур (Kim&Kim, 2006; Corzo-Martinez et al, 2007).

Таблица 1. Биологическое действие растений рода Allium

Так девять эпидемиологических исследований в различных частях земного шара (Китай, Италия, Аргентина, США и др.) четко показали значительное снижение риска рака желудочно-кишечного тракта с увеличением потребления чеснока (You et al, 1989; Buiatti et al, 1989). Последнее наблюдение связано со способностью чеснока снижать уровень нитритов в желудочно-кишечном тракте (предшественников канцерогенных нитрозаминов) и бактериостатическим действием в отношении Helicobacter pylory , вызывающего развитие язвы и рака желудка (Lanzotti, 2006). Показано защитное действие аллил ди- и трисульфидов растений рода Allium от рака печени, вызываемого афлатоксином.

Каротиноиды — это пигменты растений, водорослей и фотосинтезирующих бактерий. Они окрашивают растения, овощи и фрукты в яркие желтые, красные и оранжевые цвета. Также они выступают в качестве антиоксиданта для людей.

Существует более 600 различных типов этого пигмента. Некоторые из них могут быть преобразованы нашим организмом в витамин А.

Наиболее распространенными каротиноидами являются:

• альфа-каротин;
• бета-каротин;
• бета-криптоксантин;
• лютеин;
• зеаксантин;
• ликопин.

Организм человека не способен самостоятельно синтезировать этот пигмент, поэтому приходится получать его вместе с пищей. К продуктам, богатым каротиноидами относятся:

• листовая капуста;
• шпинат;
• арбуз;
• мускусная дыня;
• сладкий перец;
• помидоры;
• манго;
• апельсины.

Как работают каротиноиды?

Каротиноиды являются жирорастворимыми соединениями, то есть они лучше всего поглощаются вместе с жирами. В отличие от некоторых богатых белками продуктов и овощей, приготовление или измельчение продуктов, богатых каротиноидами, увеличивают силу их питательных веществ, когда они попадают в кровоток.

Каротиноиды подразделяются на две основные группы: ксантофиллы и каротины. Оба этих типа обладают антиоксидантными свойствами. Кроме того, некоторые каротиноиды могут быть преобразованы в витамин А, являющийся важным компонентом для здоровья человека.

Каротиноиды являющиеся провитамином витамина А — альфа-каротин, бета-каротин и бета-криптоксантин.

Каротиноиды не являющиеся провитамином витамина А — лютеин, зеаксантин и ликопин.

Ксантофиллы

Ксантофиллы содержат кислород и имеют больше желтого пигмента. Они защищают нас от интенсивного воздействия солнечных лучей и больше всего связаны со здоровьем глаз. Лютеин и зеаксантин попадают под категорию ксантофилл.

Продукты, которые относятся к категории ксантофиллов:

• листовая капуста;
• шпинат;
• летний сквош;
• тыква;
• авокадо;
• ярко-жёлтые фрукты;
• кукуруза;
• яичные желтки.

Каротины

Каротины не содержат кислорода и имеют большее количество оранжевого пигмента. Каротины играют значительную роль в содействии процессу роста. Бета-каротин и ликопин попадают под эту категорию каротиноидов.

Продукты, которые относятся к категории каротинов:

• мускусная дыня;
• сладкий картофель;
• папайя;
• тыква;
• мандарины;
• помидоры;
• зимний сквош.

Польза для здоровья

Каротиноиды являются антиоксидантами, защищающими нас от болезней и улучшающими иммунную систему. Каротиноиды являющиеся провитамином витамина А могут быть преобразованы в витамин А, который необходим для роста, улучшения иммунной системы и здоровья глаз.

Здоровье глаз

Употребление в пищу богатых каротиноидами продуктов может защитить здоровые клетки глаз и предотвратить рост раковых клеток.

Одной из основных причин ухудшения зрения является дегенерация желтого пятна или дегенерация центра сетчатки. Длительное воздействие синего света может вызвать это заболевание и негативно повлиять на чувствительные участки глаза. Однако, каротиноиды лютеин и зеаксантин, обнаруженные в сетчатке, могут помочь поглотить синий свет.

Исследования показывают, что включение в рацион по меньшей мере шести миллиграммов лютеина в день может снизить риск развития дегенерации желтого пятна на 43 процента.

Сердечно-сосудистые заболевания

Каротиноиды являются антиоксидантами, снижающими воспаление в организме. Хотя это все еще находится на стадии исследования, промежуточные результаты показали, что противовоспалительные свойства каротиноидов связаны с улучшением сердечно-сосудистого здоровья. Уменьшение воспаления помогает защитить от сердечных заболеваний и предотвращает блокировку стенок артерий.

Рак

Антиоксиданты защищают клетки от свободных радикалов или веществ, которые разрушают или повреждают клеточные мембраны. Увеличение каротиноидов в нашем рационе приводит к росту количества антиоксидантов и защитных клеток в организме. Это важно при борьбе с раком и может предотвратить его развитие.

Каротиноиды связаны со снижением риска развития рака, в частности рака легких. Куря сигареты, человек глотает вредные химические вещества, которые разрушают здоровые клетки. Несмотря на смешанные результаты, одно из исследований показало небольшое снижение риска развития рака легких при включении каротиноидов в рацион.

Аналогичным образом, каротиноиды были связаны с уменьшением риска развития рака кожи. Некоторые каротиноиды могут преобразовываться в витамин А, который защищает от преждевременного старения кожи от воздействия солнца.

Итог

Добавление большего количества продуктов, богатых каротиноидами, в ваш рацион может усилить вашу иммунную систему и общее состояние здоровья.

Хотя каротиноиды доступны в биологически активных добавках витамина А, их употребление естественным образом усиливает антиоксидантные эффекты. Кроме того, добавки могут быть опасными, если они содержат высокий уровень витамина А, который может быть токсичным, в слишком больших дозах.

В любом случае, поговорите со своим врачом, прежде чем менять диету или принимать биологически активные добавки.

К группе каротиноидов относят вещества, окрашенные в желтый или оранжевый цвет. Наиболее известные представители каротиноидов - каротины - пигменты, придающие специфическую окраску корням моркови, а также лютеин - желтый пигмент, содержащийся наряду с каротинами в зеленых частях растений. Окраска семян желтой кукурузы зависит от содержащихся в них каротинов и каротиноидов, получивших название цеаксантина и криптоксантина. Окраска плодов томaтa обусловлена каротиноидом ликопином. Каротиноиды играют большую роль в обмене веществ у растений, участвуя в процессе фотосинтеза.

Группа каротиноидов включает около 65-70 природных пигментов. Каротиноиды содержатся в большинстве растений (за исключением некоторых грибов). Вероятно, во всех животных организмах, но их концентрация почти всегда очень низка. Содержание каротиноидов в зеленых листьях составляет примерно 0,07-0,2 % при расчете на сухую массу листьев. В отдельных исключительных случаях наблюдается, однако, очень высокая концентрация каротиноидов. Например, в пыльниках многих видов лилий содержатся очень большие количества лютеина и каротиноида, называемого антераксантином. Одна из характерных особенностей каротиноидов - наличие в них значительного числа сопряженных двойных связей, образующих их хромофорные группы, от которых зависит окраска. Все натуральные каротиноиды могут рассматриваться как производные ликопина - каротиноида, содержащегося в плодах томатов, а также в некоторых ягодах и фруктах. Эмпирическая формула ликопина С40Н56 .

Путем образования кольца на одном или на обоих концах молекулы ликопина образуются его изомеры: альфа-, бета- или гамма-каротины. Сопоставляя формулы, можно заметить, что альфа-каротин отличается от бета-изомера положением двойной связи в одном из циклов, расположенных по концам молекулы. В отличие от альфа- и бета-изомеров гамма-каротин имеет только лишь один цикл.

Растения, богатые каротиноидами

Наиболее богаты каротинами зеленые части растений и корень моркови.

Природные каротиноиды - производные каротина и ликопина

Каротины являются веществами, из которых образуется витамин А. Поскольку ликопин и каротины содержат 40 углеродных атомов, они могут рассматриваться как образованные восемью остатками изопрена. Все без исключения другие природные каротиноиды - производные четырех указанных выше углеводородов: ликопина и каротинов. Они образуются из этих углеводородов путем введения: гидроксильных, карбонильных или метоксильных групп или же путем частичной гидрогенизации или окисления. В результате введения в молекулу бета-каротина двух оксигрупп образуется каротиноид, содержащийся в зерне кукурузы и называемый цеаксантином. С40Н56О2. Введение двух оксигрупп в молекулу альфа-каротина приводит к образованию лютеина С40Н56О2 (3,3-диокси-альфа-каротин), изомера цеаксантина, содержащегося наряду с каротинами в зеленых частях растений. В результате присоединения к молекуле бета-каротина одного атома кислорода с образованием фураноидной структуры получается каротиноид цитроксантин С40Н56О, содержащийся в кожуре цитрусовых плодов. Продуктами окисления каротиноидов, содержащих в молекуле 40 углеродных атомов, являются кроцетин С20Н2404, биксин С25Н30О4 и бета-цитраурин С30Н40О2. Кроцетин - красящее вещество, содержащееся в рыльцах крокуса в соединении с двумя молекулами дисахарида гентиобиозы в виде гликозида кроцина. Биксин - пигмент красного цвета, содержащийся в плодах тропического растения Bixa orellana; применяется для подкраски масла, маргарина и других пищевых продуктов. В бурых водорослях содержится каротиноид фукоксантин С40Н60О6, который принимает участие в процессе фотосинтеза в качестве так называемого вспомогательного пигмента.

Роль каротиноидов в организме человека

В организме животных и человека каротиноиды играют важную роль в качестве исходных веществ, из которых образуются витамины группы А, а также «зрительный пурпур», участвующий в зрительном акте. В растительном организме каротиноиды играют важную роль в процессе фотосинтеза. Исходя из химического строения каротиноидов, содержащих значительное количество двойных связей, можно предполагать, что они являются в растении переносчиками активного кислорода и принимают участие в окислительно-восстановительных процессах. На это указывает широкое распространение в растениях кислородных производных каротиноидов - эпоксидов, чрезвычайно легко отдающих свой кислород. Каротиноиды легко образуют перекиси, в которых молекула кислорода присоединяется по месту двойной связи и может затем легко окислять различные вещества.

Энциклопедия «Биология»

Каротиноиды

Природные пигменты жёлтого, оранжевого или красного цвета, синтезируемые бактериями, грибами и зелёными растениями. Делятся на каротины и ксантофиллы. Каротины по химической природе представляют собой ненасыщенные углеводороды, молекулы которых построены из 40 атомов углерода. Богаты каротинами листья шпината, корнеплоды моркови, плоды шиповника. Животные обычно не синтезируют каротины и получают их с пищей, накапливая в жировой ткани, яичном желтке, молоке и др. Из каротина (провитамина А) в животном организме образуется витамин А. Ксантофиллы – окисленные производные каротинов (спирты, альдегиды и т. п.). Содержатся в различных органах растений и в клетках многих микроорганизмов. Каротиноиды служат дополнительными пигментами при фотосинтезе, участвуют в фотозависимых реакциях растений (напр., в тропизмах), окрашивают (вместе с другими пигментами) осеннюю листву растений.

Энциклопедический словарь

Каротиноиды

(от лат. carota - морковь и греч. eidos - вид), группа природных пигментов желтого или оранжевого цвета. По химической природе - изопреноиды; ненасыщенные углеводороды (каротины) или их окисленные производные (ксантофиллы). Синтезируются некоторыми микроорганизмами и всеми растениями, в клетках которых участвуют в фотосинтезе и процессах, связанных с поглощением света (фототаксисы, фототропизмы и др.). Обусловливают окраску плодов, осенней листвы, колоний ряда микробов. В организме животных и человека из каротинов, поступающих с пищей, образуется витамин А.

Наряду с зелеными пигментами в хлоропластах и хроматофорах содержатся пигменты, относящиеся к группе каротиноидов. Кароти ноиды - это желтые и оранжевые пигменты алифатического строе­ния, производные изопрена. Каротиноиды содержатся во всех выс­ших растениях и у многих микроорганизмов. Это самые распростра­ненные пигменты с разнообразными функциями. Каротиноиды, содержащие кислород, получили название ксантофиллов. Основными представителями каротиноидов у высших растений являются два пиг­мента -β-каротин (оранжевый) С 40 Н 56 и ксантофилл (желтый) С 40 Н 56 О 2 . Каротин состоит из 8 изопреновых остатков. При разрыве углеродной цепочки пополам и образовании на конце спирто­вой группы, каротин превращается в 2 молекулы витамина А. Обра­щает на себя внимание сходство в структуре фитола - спирта, входя­щего в состав хлорофилла, и углеродной цепочки, соединяющей циклогексениловые кольца каротина. Предполагается, что фитол возни­кает как продукт гидрирования этой части молекулы каротиноидов. Каротиноиды имеют большое количество конъюгированных двойных связей, поэтому они способны к окислительно-восстановительным реакциям. Поглощение света каротиноидами, а, следовательно, их окраска также обусловлены наличием конъюгированных двойных связей, β-каротин имеет два максимума поглощения, соответствую­щие длинам волн 482 и 452 нм. Красные лучи, поглощаемые хлорофиллами, каротиноиды не поглощают. Каротиноиды, в отличие от хлорофилла, не обладают способностью к флюоресценции. Подобно хлорофиллу каротиноиды в хлоропластах вступают во взаимодейст­вие с белками.

Физиологическая роль каротиноидов. Уже тот факт, что кароти­ноиды всегда присутствуют в хлоропластах, позволяет считать, что они принимают участие в процессе фотосинтеза. Однако не отмече­но ни одного случая, когда в отсутствии хлорофилла этот процесс осуществляется, поэтому считают, что роль каротиноидов вспомога­тельная.

В настоящее время предполагается, что каротиноиды, поглощая определенные участки солнечного спектра, передают энергию этих лучей на молекулы хлорофилла. Тем самым они способствуют ис­пользованию лучей, которые хлорофиллом не поглощаются.

Физиологическая роль каротиноидов не ограничивается их уча­стием в передаче энергии на молекулы хлорофилла. На свету происходит вза­имопревращение ксантофиллов (виолоксантин превращается в зеаксантин), что сопровождается выделением кислорода. Спектр действия этой реакции совпадает со спектром поглощения хлорофилла, что позволило высказать предположение об ее участии в процессе фото­синтеза.

Имеются данные, что каротиноиды выполняют защитную функ­цию, предохраняя различные органические вещества, в первую оче­редь молекулы хлорофилла, от разрушения на свету в процессе фото­окисления. Опыты, проведенные на мутантах кукурузы и подсолнеч­ника, показали, что они содержат протохлорофиллид (темновой пред­шественник хлорофилла), который на свету переходит в хлоро­филл а , но разрушается. Последнее связано с отсутствием способно­сти исследованных мутантов к образованию каротиноидов.

Ряд исследователей указывает, что каротиноиды играют опреде­ленную роль в половом процессе у растений. Известно, что в период цветения высших растений содержание каротиноидов в листьях уменьшается. Одновременно оно заметно растет в пыльниках, а так­же в лепестках цветков. Микроспорогенез тесно связан с метаболизмом каротиноидов. Незрелые пыльце­вые зерна имеют белую окраску, а созревшая пыльца - желто-оран­жевую. В половых клетках водорослей наблюдается дифференциро­ванное распределение пигментов. Мужские гаметы имеют желтую окраску и содержат каротиноиды. Женские гаметы содержат хлоро­филл. Высказывается мнение, что именно каротин обусловливает под­вижность сперматозоидов. Материнские клет­ки водоросли хламидомонады образуют половые клетки (гаметы) первоначально без жгутиков, в этот период они еще не могут пере­двигаться в воде. Жгутики образуются только после освещения гамет длинноволновыми лучами, которые улавливаются особым каротиноидом - кроцином.

Образование каротиноидов. Синтез каротиноидов не требует све­та. При формировании листьев каротиноиды образуются и накапли­ваются в пластидах еще в тот период, когда зачаток листа защищен в почке от действия света. При начале освещения образование хлорофилла в этиолированных проростках сопровождается временным падением содержания каротиноидов. Однако затем содержание каро­тиноидов восстанавливается и даже повышается с увеличением интен­сивности освещения. Показана тесная зависимость образования каро­тиноидов от азотного обмена. Установлено, что между содержанием белка и каротиноидов имеется прямая коррелятивная связь. Потеря белка и каротиноидов в срезанных листьях идет параллельно. Обра­зование каротиноидов зависит от источника азотного питания. Более благоприятные результаты по накоплению каротиноидов получены при выращивании растений на нитратном фоне по сравнению с амми­ачным. Недостаток серы резко уменьшает содержание каротиноидов. Большое значение имеет соотношение Са в питательной среде. Относительное увеличение содержания Са приводит к усиленному на­коплению каротиноидов по сравнению с хлорофиллом. Противопо­ложное влияние оказывает увеличение содержания магния.