Что такое каротиноиды и где они содержатся. Каротиноиды
КАРОТИНОИДЫ, природные органические пигменты от жёлтого до красно-фиолетового цвета, продуцируемые бактериями, грибами, растениями. Широко распространены в природе: около 600 различных каротиноидов обнаружены в клетках и тканях всех представителей живой природы в свободном состоянии или в виде гликозидов, эфиров жирных кислот, каротин-протеиновых комплексов. Каротиноиды обусловливают окраску некоторых цветков, плодов, корней, а также осенней листвы растений; каротиноиды, получаемые животными с пищей, окрашивают покровы многих видов рыб, птиц, насекомых, ракообразных. Каротиноиды в наибольшем количестве содержатся в корнеплодах моркови, листьях петрушки, лука, шпината, плодах абрикосов, томатов, тыквы, облепихи.
Каротиноиды имеют структуру изопреноидов; в молекулах каротиноидов четыре изопреновых фрагмента связаны в полиеновую цепь - формула I (R и R’ - главным образом циклогексеновые или алифатические изопреновые фрагменты либо кислородсодержащие производные циклогексена).
Каротиноиды подразделяют на тетратерпеновые углеводороды (каротины) общей формулы С 40 Н 56 , кислородсодержащие производные тетратерпеновых углеводородов (ксантофиллы) и каротиноиды, содержащие в молекулах больше или меньше 40 атомов углерода. В высших растениях наиболее широко представлены каротиноидные углеводороды, главным образом β-каротин (R = R’ = II; составляет 20-30% природных каротиноидов), ликопин (R = R’ = III), γ-каротин (R = II, R’ = III). Каротиноидные углеводороды растворимы в эфирах, хлороформе, бензоле, жирах и маслах, нерастворимы в воде. Легко окисляются О 2 воздуха, неустойчивы на свету и при нагревании в присутствии кислот и щелочей. β-Каротин выделяют экстракцией из моркови, люцерны, гречихи, пальмового масла и другого растительного сырья; в промышленности получают путём микробиологического или химического синтеза (тёмно-рубиновые кристаллы, t пл 182-184°С). Ликопин выделяют из томатов или синтезируют (красно-фиолетовые кристаллы, t пл 174°С).
Среди кислородсодержащих каротиноидов наиболее распространены каротиноиды, в молекулах которых есть гидроксильные группы, например, лютеин (R = IV, R’ = V; жёлтые кристаллы, t пл 193°С), криптоксантин (R = IV, R’ = I; жёлтые кристаллы, t пл 174°С. Встречаются каротиноиды, содержащие карбонильные группы, например, кантаксантин (R = R’ = VI), эпоксидные группы, например, виолаксантин (R = R’ = VII), карбоксильные группы, например, биксин (R = СООН, R’ = СООСН 3), и др.
Каротиноиды участвуют в фотосинтезе (как вспомогательные светопоглощающие пигменты), транспорте кислорода через клеточные мембраны, защите хлорофилла от фотоокисления. Каротиноиды, содержащие в молекуле фрагмент R = II, являются предшественниками витамина А (в организме животных в результате ферментативного расщепления превращаются в витамин А). У животных каротиноиды стимулируют деятельность половых желёз, у человека повышают иммунный статус, предохраняют от фотодерматозов, играют важную роль в процессах восприятия света сетчаткой глаза; являются природными антиоксидантами. Каротиноиды используют в качестве пищевых красителей, компонентов корма для животных, в медицинской практике - для лечения кожных покровов.
За исследования каротиноидов присуждены две Нобелевские премии: П. Карреру в 1937 и Р. Куну в 1938 годах.
Лит.: Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. М., 1986; Карнаухов В. Н. Биологические функции каротиноидов. М., 1988; Кудрицкая С. Е. Каротиноиды плодов и ягод. К., 1990.
Просмотры: 143
25.11.2018
Природные красители, придающие листьям, цветам, плодам, корням и другим частям растений цветную окраску (желтую, оранжевую, красную, коричневую) образуют группу каротиноидов , нерастворимых в воде биологически активных веществ, которые синтезируются всеми видами растений, а также некоторыми микроорганизмами.
Каротиноиды вместе с хлорофиллом , обеспечивающим растениям зелёный цвет, составляют две группы фотосинтетических пигментов и выполняют функции поглощения света с последующим преобразованием солнечной энергии в химическую. Кроме того, каротиноиды играют защитную роль, предохраняя хлорофилл от избыточного действия солнечной энергии и от окисления выделяемым при фотосинтезе кислородом. Также они обеспечивают структуру фотосистемы, занимая в фотосинтетических мембранах строго определённое положение.
Несмотря на сходство их роли в жизнедеятельности растений, хлорофиллы и каротиноиды имеют ряд различий. Так, хлорофиллы поглощают, главным образом, световые волны красной, инфракрасной (длина волн 650 – 710 нм), синей и ультрафиолетовой (длина волн 400 – 500 нм) частей спектра, а каротиноиды – преимущественно зелёной, синей, фиолетовой, ультрафиолетовой области (длина волн 280 – 550 нм). К тому же они имеют различную молекулярную структуру; каротиноиды, в отличие от хлорофилла, не содержат металлов.
Каротиноиды, в свою очередь, представлены двумя видами жирорастворимых полиненасыщенных углеводородных соединений терпенового ряда: каротинами и ксантофиллами . Ксантофиллы отличаются от каротинов тем, что, кроме углерода и водорода, содержат также атомы кислорода.
Находясь в тканях и клетках растений, ксантофиллы обеспечивают им желтую окраску. Впервые были выделены из осенних листьев в 1837 году шведским химиком и минералогом Йёнсом Якобом Берцелиусом, который и дал им это название.
На сегодняшний день исследованы около 650 различных представителей каротиноидов. В их числе находятся самый распространенный и наиболее известный оранжевый пигмент каротин
, придающий желто-оранжевый цвет плодам фруктов и овощей, а также другим частям растений (листьям, корням и пр.), и красный пигмент ликопин
(плоды томата, мякоть арбуза, фрукты, ягоды), являющийся в сущности его изомером. Можно также рассматривать каротины в качестве производных ликопина.
Первый каротиноидный пигмент, известный нам сегодня как каротин (лат. carota ), был получен из корнеплодов моркови и желтой репы в 1831 году немецким ученым Фердинандом Вакенродером. Гораздо позже немецкий химик Рихард Вильштеттер предложил эмпирическую формулу каротина С 40 Н 56 . И лишь в 1930 году, спустя почти столетие после официального открытия каротина, швейцарским химиком Полом Каррером была окончательно подтверждена его структурная формула, за что учёный удостоился Нобелевской премии (1937 г.).
Исследования показали, что каротин может существовать в четырёх формах: α -каротин, β -каротин, γ -каротин и δ -каротин, из которых первые три формы представляют собой провитамин А . Попадая в организм человека (животного), они преобразуются в жизненно необходимые вещества ретиноиды (А 1 , А 2 , ретиноевая кислота и др.), обладающие антиоксидантными свойствами (защита клеток от разрушительного действия световой энергии). Наибольшей эффективностью по своему действию отличается β-каротин, так как он преобразуется в две молекулы ретинола, тогда как остальные (α- и γ-каротин) могут образовывать только одну.
Открытие витамина А произошло в 1913 году. Его значение для жизнедеятельности биоорганизмов трудно переоценить. В качестве структурного компонента клеточных мембран он оказывает благотворное влияние на рост и развитие, входит в состав основного зрительного пигмента родопсина , обеспечивает антиоксидантную защиту. Недостаток этого витамина в питании существенно снижает иммунитет, замедляет ростовые процессы, негативно отражается на зрительных функциях.
В недавних исследованиях нашли подтверждение противоопухолевые и радиопротекторные свойства β-каротина. Он способствует восстановлению защитных сил организма, положительно влияет на работу сердечно-сосудистой системы, показан при некоторых гинекологических заболеваниях и внутриклеточной гипоксии. Благодаря регенерирующим свойствам, масляные препараты с каротином применяются для лечения ожогов, при обморожении, различных кожных заболеваниях. Кроме того, β-каротин является канцеро- и гепатопротектором.
Поскольку организм человека не способен синтезировать витамин А самостоятельно, то его запасы пополняются за счет правильно подобранного питания. К растительной пище, богатой содержанием провитаминов А, относятся морковь, томаты, красный перец, листья шпината, тыква, зелёный лук, брокколи, многие ягоды и фрукты. Употребляя продукты, богатые β-каротином, следует помнить, что он плохо растворяется в воде, поэтому хорошая усваиваемость провитамина обеспечивается в случае сочетания его с небольшим количеством жира. Очень полезны продукты животного происхождения, содержащие ретиноиды (витамин А в наиболее доступной форме): молоко, сливочное масло, сметана, творог, яичный желток, рыбий жир, печень, икра.
Каротин как красящее вещество (краситель Е160 и Е160а) используется в пищевой и кондитерской промышленности. Основными источниками его получения промышленным способом являются плоды таких растений как облепиха, шиповник, некоторые виды грибов и микроорганизмов.
Каротиноиды (от лат. сarota – морковь) – жирорастворимые растительные пигменты желтого, оранжевого, красного цвета, предшественники витамина А.
Эти витамины (группы А) не встречаются в растительных пищевых продуктах. Они содержатся исключительно в продуктах животного происхождения и образуются в организме животного из каротинов. Каротин представляет собой не индивидуальное вещество, а смесь трех изомеров: a-каротина, b-каротина и g-каротина. b-каротин составляет 85% этой смеси.
При гидролитическом расщеплении молекулы b-каротина на две симметричные половины образуются 2 молекулы витамина А (А 1).
b-КАРОТИН
Это превращение происходит в стенках кишечника под действием фермента каротиназы.
Каротины присутствуют во многих растениях, однако в качестве каротиноидного сырья представляют интерес лишь те растения, в которых каротины накапливаются в значительных количествах. Например, морковь, тыква служат промышленным сырьем для выделения каротина в чистом виде. Другие растения, богатые каротином, являются сырьем для получения суммарных препаратов (экстрактов) или используются в форме сборов, настоев, отваров.
Витамин А имеет большое значение в организации полноценного питания и сохранения здоровья человека и животных; он способствует нормальному обмену веществ, росту и развитию организма; обеспечивает нормальную деятельность органа зрения.
Многие растения (тыква, морковь, шпинат, салат, зеленый лук, красный перец, щавель, шиповник, черника, томаты и др.) содержат каротин, являющийся провитамином А. Суточная потребность в витамине А для взрослого человека составляет 0,4-0,7 мг, для детей – 1 мг.
Род. назв. Calendula, ae, f. – уменьшит. форма от лат. Calendae . Так римляне называли первый день каждого месяца. Calendula – это как бы маленькие календы, извещающие о начале дня: у растения соцветие раскрывается днем и закрывается на ночь.
Вид. опред. officinalis, e (аптечный, лекарственный) связано с лечебными свойствами растения.
Встречается под названиями календула.
Ноготки аптечные – культивируемое однолетнее травянистое растение. Все растение железистоопушенное, листья очередные удлиненно-обратнояйцевидные, корзинки одиночные, верхушечные. Цветки золотисто-желтые или оранжевые, крупные, до 5 см в диаметре. Цветки расположены в 2-3 ряда у немахровых и в 10-15 рядов у махровых форм. Плоды семянки, развиваются из краевых язычковых цветков, срединные – бесплодные (обоеполые) и производящие только пыльцу.
Ноготки цветут продолжительное время (более 2 месяцев), поэтому сбор цветков проводят многократно – с начала цветения до заморозков.
При ручном сборе цветочные корзинки обрывают без цветоноса или с цветоносом длиной до 3 см через каждые 3-4 дня в первый период цветения и через 4-6 дней в последующем. За сезон проводят 15-18 сборов – 12-18 ц/га. Собранное сырье очищают от примеси листьев, кусочков стеблей, отцветших корзинок.
Механизированную уборку проводят ромашкоуборочными комбайнами.
Сушат цветки ноготков в сушилках при температуре 50-60(70)°С, реже в воздушных сушилках, разложив на ткани или бумаге слоем в одно соцветие.
Стандартизация
Качество сырья регламентировано требованиями ГФ ХI (экстрактивных веществ, извлекаемых 70% спиртом, не менее 35%).
Лекарственное сырье
Цельные или частично осыпавшиеся корзинки диаметром до 5 см с остатками цветоносов не более 3 см. Обертка серо-зеленая, одно-двухрядная; листочки ее линейные, густоопушенные. Цветоложе слегка выпуклое, голое. Краевые цветки язычковые, длиной 15-28 мм. Срединные цветки трубчатые с пятизубчатым венчиком. Цвет краевых цветков красновато-оранжевый, ярко- или бледно-желтый; срединных – оранжевый, желтовато-коричневый или желтый.
Культивируют ноготки аптечные на Украине, в Молдове, вРеспублике Беларусь.
Хранение
Хранят цветки ноготков в сухих, хорошо проветриваемых помещениях на стеллажах. Срок годности сырья 2 года.
Основное действие . Антисептическое, бактерицидное, противовоспалительное.
Применение
Цветки ноготков применяют как ранозаживляющее, противовоспалительное и бактерицидное средство. Настой применяют как желчегонное, противовоспалительное при желудочно-кишечных заболеваниях и в виде инъекций при свищах; настойку – при ангине, гингивите, для уменьшения кровоточивости десен, в стоматологии для лечения парадонтоза, в терапии – кольпитов, эрозии шейки матки, проктитов; мазь и настойку – при ушибах, порезах, инфицированных ранах, ожогах, фурункулезе. Препарат Калефлон – при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, при хронических гастритах. Жидкий экстракт ноготков входит в состав комплексного препарата Ротокан , обладающий противовоспалительным действием, гемостатическими свойствами, усиливающий процессы регенерации слизистых оболочек. Ротокан – комплексный препарат, в состав которого входят жидкие экстракты ромашки аптечной, тысячелистника и календулы.
Род. назв. Sorbus, i, f. как назв. растения встречается у многих римских авторов. Генетически слово связано с кельт. sor (терпкий) из-за вкуса плодов.
Вид. опред. aucuparia (aucuparius, a, um ) образовано от лат. aucupari (ловить птиц), т.к. плоды рябины применялись для ловли птиц.
Дерево высотой до 6 м, реже кустарник. Листья очередные, непарноперистые. Соцветия – густой щиток. Плоды яблокообразные, шаровидные, яркооранжевые, кислые, горьковатые, слегка вяжущие. Созревают в сентябре и обычно остаются на деревьях до глубокой осени или даже до начала зимы. Распространена почти по всей Европейской части СНГ, на Урале, Кавказе (в горах) и в Сибири. Рябина обыкновенная в Республике Беларусь встречается по всей территории, часто. Разводится как декоративное в садах и парках, вдоль шоссейных дорог.
Химический состав
Плоды рябины богаты каротиноидами, аскорбиновой кислотой (до 200мг %). Содержат витамины Р, В 2 , Е, сахара до 8%, флаво-ноиды, органические кислоты (3,9%), дубильные и горькие вещества; лактон-парасорбиновую кислоту, обладающую антибио-тическим действием, тритерпеновые соединения.
Заготовка, первичная обработка и сушка
Собирают зрелые плоды до заморозков (в августе – сентябре), срезая щитки с плодами, затем их отделяют и очищают от примеси веточек, листьев, плодоножек и поврежденных плодов.
Сушат сырье в сушилках при температуре 60-80°С, в сухую погоду можно сушить в хорошо проветриваемых помещениях, рассыпая тонким слоем на ткани или бумаге. Высушенные плоды не должны быть блеклыми или почерневшими, при сжатии образовывать комки.
Стандартизация
Качество сырья регламентировано ГФ ХI и ГОСТ 6714-74 (влажность не более 18%; золы общей не более 5%; органической примеси не более 0,5%; минеральной не более 0,2 %).
Лекарственное сырье
Согласно требованиям ГОСТа 6714-74, готовое сырье рябины состоит из плодов без плодоножек. Плоды ложные, ягодообразные («яблоко») 2-5-гнездные, округлые или овально-округлые. На верхушке плода видны остатки чашечки в виде пяти малозаметных зубчиков, смыкающихся своими верхушками в центре. В мякоти плода находятся от 2 до 7 слегка серповидноизогнутых, продолговатых, с острыми концами, гладких красновато-бурых семян. Цвет плодов красновато-оранжевый, буровато-красный или желтовато-оранжевый. Запах слабый, свойственный рябине, вкус кисловато-горький.
Хранение
На складах плоды рябины хранят в хорошо проветриваемых помещениях на стеллажах. Срок годности 2 года.
Основное действие . Поливитаминное.
Применение
Плоды рябины – поливитаминное сырье с высоким содержанием b-каротина. Свежие ягоды перерабатывают на витаминный сироп, сухие входят в состав поливитаминных сборов. Засахаренные плоды рябины и варенье из них – диетический продукт, полезный для профилактики и лечения цинги и других авитаминозов. Их можно в перспективе рассматривать как сырье для получения масляного экстракта каротиноидов рябины.
Род. назв. Hippophae, es, f. (греч. hippophaes ) как назв. растения встречается у Диоскорида, у других греч. ученых и писателей. Слово образовано от греч. hippos (лошадь) и phaоs, eos (свет, блеск). Такую этимологию объясняют тем, что в Древней Греции облепихой лечили лошадей, и их шерсть приобретала красивую, блестящую окраску.
Вид. опред. rhamnoides, is (досл. «крушиновидный») образовано от греч. rhamnos (колючий кустарник, крушина) и oides (видный) и связано с тем, что растение представляет собой колючий кустарник. Плоды у растения сидят на коротких плодоножках, как бы облепляя ветви, и отсюда русское «облепиха».
Характеризуются способностью накапливать большие количества каротиноидов. Каротиноиды представляют собой соединения терпеноидной природы и большинство из них принадлежат к тетратспенам, содержащим 40 углеводных атомов в молекуле (С 40 -соединения). Они состоят из восьми изопреновых единиц и образованы связыванием «хвост к хвосту» двух фрагментов, каждый из которых состоит из четырех изопреновых остатков, соединенных «голова к голове». Таким образом, две центральные метильные группы находятся в 1,6-положении относительно друг друга, в то время как остальные нетерминальные метильные группы находятся в 1,5-положении (рис. 1).
Рисунок 1 — Схема соединения изопреновых остатков в центральной части молекул каротиноидов.
Каротиноиды.Общая характеристика
Все каротиноиды формально могут быть получены из ациклического соединения ликопина (рис. 2) посредством реакций, включающих гидрогенирование, дегидрогенирование, циклизацию, вставку кислорода в различные положения, миграцию двойных связей, миграцию метальных групп, удлинение цепи, укорочение цепи.
Рисунок 2 — Структура ликопина
Состоящие исключительно из атомов углерода и водорода, называются каротинами. К ним относятся ликопин, фитоин, фитофлуин, ‘alpha;, ‘beta;, ‘gamma;, ‘delta;, ‘zeta;, ‘epsilon;-каротины, нейроспорин, ‘alpha;- и ‘beta;-зеакаротины (рис. 4). Каротиноиды, содержащие кислород, называются ксантофиллами . Подавляющее большинство известных в настоящее время каротиноидов - ксантофиллы (рис. 4), Каротиноиды, у которых одинарные и двойные связи смещены на одну позицию, называют ретрокаротиноидами . К ретрокаротиноидам, например, относится пигмент ксантофильной группы эшшольцксантин.
Рисунок 3 — Структурные формулы каротинов хромопластов.
Кроме С 40 -каротиноидов в растениях распространены их производные, которые содержат меньше 40 атомов углерода (апокаротиноиды), примером которых могут служить 3-цитраурин и кроцетин. У грибов и бактерий встречаются также С 45 — и С 50 -каротиноиды, не обнаруженные у высших растений.
Наличие сопряженных двойных связей в структуре каротиноидов может обусловливать цис-транс-томерно . Большинство природно встречающихся каротиноидов находятся в транс-форме. Однако у живых организмов, в том числе и у растений, обнаружены также цис-изомеры некоторых каротиноидов, например цис-фитоин, цис-фитофлуин, проликопин (цис-изомер ликопина). Циклические структуры во многих каротиноидах содержат асимметрические атомы углерода, что также обусловливает существование множества стереоизомеров. В частности, хризантемаксантин и флавоксантин имеют одинаковую структурную формулу, но различаются между собой пространственной ориентацией боковых группировок.
Рисунок 4 — Структурные формулы ксантофиллов хромопластов.
Каротиноиды встречаются в свободном состоянии или могут быть этерифицированы жирными кислотами, ацетатом и углеводами. Сложные эфиры ксантофиллов с пальмитиновой, стеариновой, миристановой, лауриновой кислотами и ацетатом обнаружены в лепестках цветков подсолнечника однолетнего, а основное количество кроцетина, наиболее обильно представленного пигмента лепестков сафрона, этерифицирова но гентиобиозой и глюкозой в различных сочетаниях.
Распространение и локализация каротиноидов
Каротиноиды фотосинтезирующих тканей локализованы в основном в гранах хлоропластов, вероятно, в форме хромопротеидов . В частности, были обнаружены комплексы белков с виолаксантином и ‘beta;-каротином. Когда хлоропластные белки солюбилизируются детергентом, они могут быть разделены с помощью центрифугирования на две основные фракции — легкую и тяжелую, которые соответствуют фотосистемам I и II. Каротиноиды неравномерно распределены между этими двумя фракциями. Фотосистема I обогащена ‘beta;-каротином, в фотосистеме II преобладают ксантофиллы.
Пигменты этиолированных проростков локализованы в этиопластах. При этом следует отметить, что преобладающие пигменты в этиопластах этиолированных проростков и хлоропластов зрелых листьев отличны между собой. Так, основными ксантофиллами этиопластов фасоли обыкновенной являются флавоксантин и хризантемаксантин, которые отсутствуют в зеленых листьях. В то же время в них не обнаруживается неоксантин, который является наиболее обильным пигментом в листьях взрослых растении.
Каротиноиды в лепестках цветков локализованы в хромопластах.
В хромопластах желтого нарцисса каротиноиды накапливаются в основном в многочисленных концентрических мембранах. ‘beta;-Каротин в пластидах венца нарцисса снежно-белого находится в кристаллах, расположенных во внутритилакоидном пространстве. В хромопластах цветков хризантемы посевной и испанского дрока обыкновенного, тюльпана, саротамнуса метлистого и многих других растений каротиноиды локализованы в осмиофильных пластоглобулах. В лепестках калюжницы болотной каротиноиды, помимо хромопластов, обнаруживаются также в хлоропластах, а в цветках некоторых растений каротиноиды отсутствуют.
В хромопластах цветков тюльпана каротиноиды локализованы в осмиофильных пластоглобулах
Ксантофиллы в хромопластах цветков, в отличие от пигментов фото-синтезирующих тканей, этерифицированы пальмитиновой, стеариновой, миристиновой либо лауриновой кислотами. Обнаружены также каротиноиды, этерифицированные ацетатом и углеводами.
Зрелые плоды многих растений окрашены благодаря наличию в них тех или иных каротиноидов. Как и в цветках, каротиноиды плодов локализованы в хромопластах, которые развиваются из хлоропластов в процессе созревания. В некоторых случаях, как например в плодах ландыша майского, хромопласты образуются из пропластид.
Каротиноиды в хромопластах красных плодов перца однолетнего, тыквы обыкновенной, розы морщинистой и плодах некоторых других растений локализованы в осмиофильных пластоглобулах и трубчатых образованиях. В плодах желтых, оранжевых и белых разновидностей перца однолетнего каротиноиды накапливаются в форме кристаллических образований. Ксантофиллы в плодах, как и в цветках, в значительной степени этерифицированы.
Распространены каротиноиды в подземных органах моркови и батата, хотя следует отметить, что цвет некоторых азиатских разновидностей моркови обусловлен наличием антоцианов. 90-95 % каротиноидов оранжевых сортов моркови представлены каротинами . Среди них наиболее обильно представлены ‘alpha; ‘beta;, v-каротины и ликопин , в то время как ‘gamma;-каротин, ‘zeta;-каротин, нейроспорин, фитоин и фитофлуин обнаружены в следовых количествах. Ксантофиллы в оранжевой моркови составляют только 5-10 % общего количества каротиноидов, однако их количество возрастает до 75-93 % в разновидностях желтой моркови и не менее 95 % в белой моркови.
Основным пигментом батата (Ipomea batatas edulis ) является ‘beta;-каротин . В моркови пигменты локализованы в хромопластах кристаллического типа, структура которых была детально изучена. Каротиноиды также обнаружены в семенах, пыльниках, тычинках, пыльце различных растений. Показано, что в придатках початков тифониума расщепленного и арума они локализованы в хромопластах.
Каротиноидный состав хромопластов весьма своеобразен и существен но отличается от состава пигментов в хлоропластах. Несмотря на то, что основные каротиноиды большинства хромопластов обнаружены также и в хлоропластах фотосинтезирующих тканей, их количественное соотношение в этих органеллах различное. В то же время в хромопластах некоторых растений находятся специфические каротиноиды, которых нет в хлоропластах. Так, например, капсантин - один из преобладающих пигментов зрелых томатов - содержится только в хромопластах. Более того, это видоспецифический пигмент, поскольку его до настоящего времени не удалось обнаружить у других растений.
Как отмечалось ранее, основная масса каротиноидов растений локализована в пластидах. Однако каротиноиды были идентифицированы и в непластидных структурных компонентах растительных клеток. В частности, многие зеленые водоросли при неблагоприятных условиях развития, обычно при азотном голодании, накапливают большие количества каротиноидов во внутриклеточных отложениях без ограничивающих мембран и в липидных вакуолях. S.Brow n и J.Prebble , применяя специальные предосторожности с целью ингибирования липаз и полифенолокскдаз, обнаружили, что распределение каротина во фракциях при дифференциальном центри-фугировании в градиенте плотности сахарозы гомогената цветной капусты совпадало с распределением сукцинатдегидрогеназы - фермента, являющегося маркером для митохондрий.
На основании этих экспериментов авторы заключили, что митохондрии содержат каротиноиды. Аналогичные выводы сделаны в опытах с клубнями картофеля, где каротиноиды обнаружены также в других фракциях, в частности во фракции «легких» мембран и в микросомах. Однако количество пигментов в непластидных фракциях было незначительным, что несколько затрудняет интерпретацию полученных результатов.
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.
Статьи по теме
