Что такое каротиноиды, зачем они нужны и где их можно найти? Всё, что вы должны знать о каротиноидах

В обзорной статье В.Г.Ладыгина и Г.Н.Ширшиковой изложены современные представления о функциях каротиноидов - желтых, красных и оранжевых пигментов - у растений. Каротиноиды играют очень важную роль в работе молекулярной машины фотосинтеза. Они выполняют три основные функции: фотозащитную (защищают хлорофилл и другие уязвимые компоненты фотосистем от светового «перевозбуждения»), светособирающую (что позволяет растениям использовать энергию света в синей области спектра - задача, с которой хлорофилл не может справиться без помощи каротиноидов) и структурную (служат необходимыми структурными элементами, «кирпчиками» фотосистем).

Каротиноиды - широко распространенный класс пигментов, встречающийся у бактерий, одноклеточных эукариот, грибов, растений и животных. В отличие от ряда других пигментов, таких как гем (окрашивающий кровь и мышцы млекопитающих в красный цвет) или хлорофилл (ответственный за зеленую окраску растений), молекулы каротиноидов не содержат металлов. Они состоят только из углерода, водорода и кислорода, и их способность «работать» с квантами света определяется системой сопряженных двойных связей между атомами углерода, выстроенными в цепочку. Сопряженными называются двойные связи, разделенные одной простой связью.

Каротиноиды поглощают свет с длиной волны 280–550 нм (это зеленая, синяя, фиолетовая, ультрафиолетовая области спектра). Чем больше в молекуле сопряженных двойных связей, тем больше длина волны поглощаемого света. Соответственно меняется и окраска пигмента. Каротиноиды, имеющие 3–5 сопряженных двойных связей, бесцветны, они поглощают свет в ультрафиолетовой области. Дзета-каротин с семью связями имеет желтую окраску, нейроспорин с девятью связями - оранженвую, ликопин с 11 связями - оранжево-красную.

Функции каротиноидов в живой природе не ограничиваются работой со светом, порой они играют важную роль в обмене веществ (вспомним, например, витамин А - производное бета-каротина). И все же главные их функции (будь то в органах зрения животных или в хлоропластах - органеллах фотосинтеза растений) неразрывно связаны со светом. В статье Ладыгина и Ширшиковой рассматривается роль каротиноидов в хлоропластах - органеллах растительной клетки, которые ведут свое происхождение от симбиотических цианобактерий. Основная функция хлоропластов - фотосинтез, то есть производство органики из углекислого газа за счет энергии солнечного света. В мембранах хлоропластов расположены белково-пигментные комплексы - фотосистемы I и II, в состав которых входят разнообразные белки, а также пигменты - хлорофиллы и каротиноиды.

Хлорофилл - основной фотосинтетический пигмент - сам по себе способен поглощать и использовать свет только в красной области спектра (650–710 нм). Каротиноиды поглощают сине-зеленый свет и передают его энергию хлорофиллам. Эта функция каротиноидов - светособирающая - особенно важна для водорослей, поскольку сине-зеленый свет проникает в толщу воды гораздо глубже, чем красный.

Вторая функция каротиноидов в хлоропластах - светозащитная . Они защищают фотосистемы от световых «перегрузок», которые могут приводить к сверхвозбуждению и сбоям в работе фотосистем. Каротиноиды служат своего рода «аварийными клапанами», позволяющими сбросить избыточную энергию, перевести ее в тепло. Каротиноиды справляются с этой задачей несколькими разными способами: просто «фильтруя» поступающий свет, забирая на себя избыточную световую энергию, или снимая энергию с перевозбужденного хлорофилла. Каротиноиды могут также «тушить» активные формы кислорода, то есть служат антиоксидантами.

Одним из способов, при помощи которых каротиноиды «сбрасывают» лишнюю энергию при избыточном освещении, являются циклические химические реакции, в ходе которых одни каротиноиды превращаются в другие. Самая распространенная из этих реакций получила название виолаксантинового цикла. На сильном свету каротиноид виолаксантин превращается в зеаксантин, при этом выделяется кислород. Когда освещенность снижается, зеаксантин превращается обратно в виолаксантин, при этом кислород поглощается. Обе реакции - и прямая, и обратная - катализируются ферментами, гены которых расположены в хромосоме хлоропласта, а не в центральном (ядерном) геноме растительной клетки.

Третья функция каротиноидов - структурная . Каротиноиды - обязательные структурные компоненты фотосинтетических мембран хлоропластов. Экспериментально показано, что без каротиноидов фотосистемы становятся нестабильными. Молекулы каротиноидов занимают строго определенные положения в фотосистемах, и без них вся конструкция попросту разваливается.

Авторы отмечают, что в последние годы о каротиноидах стало известно много нового, однако целый ряд подробностей еще предстоит выяснить. В частности, не до конца еще понятно эволюционное происхождение каротиноидов, а также биохимических и фотохимических реакций с их участием. Неясно, в какой степени можно использовать каротиноиды в филогенетике, то есть для реконструкции путей эволюционного развития организмов. Во многих старых работах наборы каротиноидов, характерные для той или иной группы организмов, использовались как важный таксономический признак. Не совсем ясно, насколько такие признаки надежны, особенно если учесть, что одни и те же каротиноиды можно встретить, например, в хлоропластах растений и в глазах млекопитающих.

Каротиноиды - желтые, оранжевые или красные пигменты, синтезируемые растениями (а также бактериями и грибами), не растворимы в воде, близкие к витамину А (ретинолу) и через него - к очень важному хромофору ретиналю . Каротиноиды относятся к факторам, защищающим организм от развития опухолей.. Каротиноиды отчасти выполняют роль дополнительных фотосинтезирующих пигментов, но при этом могут осуществлять и другие функции, с фотосинтезом не связанные. К каротиноидам относятся широко распространенные каротины и ксантофиллы. По химической природе это изопреноидные углеводороды, содержащие 40 углеродных атомов ( рис. 12). Они относятся к вспомогательным фотосинтетическим пигментам , которые содержат все фотосинтезирующие организмы, относятся каротиноиды, большая группа химических соединений, представляющих собой продукт конденсации остатков изопрена ( рис. 128).

Ксантофиллы - это окисленные каротины. Особенно богаты каротинами зеленые листья некоторых растений (например, шпината), корнеплоды моркови, плоды шиповника, смородины, томата и др. У растений каротиноиды представлены главным образом физиологически наиболее активным р-каротином. Каротины наряду с ксантофиллами нередко обусловливают окраску тех или иных организмов. Например, окраска пурпурных бактерий объясняется наличием ксантофиллов типа роботина и спириллотоксина ; коричневая - бурых и диатомовых водорослей - фукоксантином .

Животные и человек не способны к синтезу каротиноидов, но, получая их с пищей, используют для синтеза витамина A. Каротиноиды, подобно хлорофиллам , очень слабо связаны с белками, они легко извлекаются из растений и используются в качестве лекарственных средств и красителей.

Большинство каротиноидов построено на основе конденсации 8 изопреноидных остатков. У некоторых каротиноидов полиизопреноидная цепь открыта и не содержит циклических группировок. Такие каротиноиды называются алифатическими. У большинства на одном или обоих концах цепи расположено по ароматическому или бета-иононовому кольцу. Каротиноиды первого типа относятся к арильным, второго - к алициклическим. Выделяют также каротиноиды, не содержащие в молекуле кислорода, и кислородсодержащие каротиноиды, общее название которых ксантофиллы .

Состав каротиноидов фотосинтезирующих эубактерий разнообразен. Наряду с пигментами, одинаковыми у разных групп, для каждой из них обнаружены определенные каротиноиды или наборы последних.

Наиболее разнообразен состав каротиноидных пигментов у пурпурных бактерий , из которых выделено свыше 50 каротиноидов. В клетках большинства пурпурных бактерий содержатся только алифатические каротиноиды, многие из которых принадлежат к группе ксантофиллов. У некоторых пурпурных серобактерий обнаружен арильный моноциклический каротиноид окенон, а у двух видов несерных пурпурных бактерий найдено небольшое количество бета-каротина, алициклического каротиноида, распространенного у цианобактерий и фотосинтезирующих эукариотных организмов.

Структурные формулы некоторых характерных для пурпурных бактерий каротиноидов представлены на рис. 70 , 2-5. Набор и количество отдельных каротиноидов определяют окраску пурпурных бактерий, густые суспензии которых имеют пурпурно-фиолетовый, красный, розовый, коричневый, желтый цвета.

Каротиноидные пигменты поглощают свет в синем и зеленом участках спектра, т.е. в области длин волн 400-550 нм. Эти пигменты, как и хлорофиллы, локализованы в мембранах и связаны с мембранными белками без участия ковалентных связей.

Функции каротиноидов фотосинтезирующих эубактерий многообразны. В качестве вспомогательных фотосинтетических пигментов каротиноиды поглощают кванты света в коротковолновой области спектра, которые затем передаются на хлорофилл . У цианобактерий энергия света, поглощенная каротиноидами, поступает в I фотосистему . Эффективность передачи энергии для разных каротиноидов колеблется от 30 до 90%.

Известно участие каротиноидов в осуществлении реакций фототаксиса , а также в защите клетки от токсических эффектов синглетного кислорода.

Действие каротиноидов не ограничивается только их участием в защите от фотодинамического эффекта . Они гасят синглетное состояние кислорода независимо от того, в каких реакциях он возникает: на свету или в темноте.

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.

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.

Каротиноиды - это класс растительных пигментов, придающих красный, оранжевый и желтый цвет овощам и фруктам. Свое название они получили от моркови - carota по-латыни.

Свойства и роль каротиноидов в организме. Каротиноиды в продуктах

Что это такое

В пищевых продуктах обнаружено более 600 каротиноидов, но заметная биоактивность отмечена пока только у шести из них: бета-каротина, альфа-каротина, криптоксантина, ликопина, лютеина и зеаксантина.

Каротиноиды в продуктах

Каротиноидов много в продуктах. Бета-каротином особенно богаты морковь, абрикосы, манго, брокколи, листовые овощи; альфа-каротином - морковь и тыква; ликопином - плоды с красной мякотью (томаты, арбуз, некоторые грейпфруты, гуайява); лютеин и зеаксантин лучше получать из темно-зеленых овощей, кукурузы, тыквы, красного перца; криптоксантин - из манго, красного перца, арбузов, абрикосов, персиков, апельсинов. Для профилактики некоторых болезней желательно использовать смесь всех шести этих соединений.

Свойства каротиноидов

Каротиноиды полезны в первую очередь как антиоксиданты. Хотя все каротиноиды близки между собой по строению и действию, у каждого есть своя специфика. Три каротиноида являются провитаминами А, т. е. превращаются в витамин А нашими клетками. По биологической активности 1 г этого витамина соответствует 6 г бета-каротина и 12 г альфа-каротина или криптоксантина.

Основная польза каротиноидов

Каротиноиды защищают наши клетки от злокачественного перерождения. Ликопин, например, считается неплохим средством для профилактики возникновения рака предстательной железы. Учеными из Гарвардского университета было доказано: если еженедельно употреблять как минимум 10 блюд на основе томатов, то риск возникновения этого опасного заболевания снизится почти на 45 процентов. Весьма вероятно, что ликопин способен предупредить также и возникновение рака желудка и других отделов пищеварительного тракта. Исследования показывают, что высокие дозы альфа-каротина, лютеина и зеаксантина снижают риск рака легких, а первых двух из этих веществ - рака шейки матки.

Очевидно, каротиноиды полезны и для сердечно-сосудистой системы. Ученые, обследовав 1300 пожилых людей, обнаружили следующий факт: у потреблявших в пищу максимальное количество каротиноидов вероятность возникновения ишемической болезни на 50% а инфаркта миокарда на 75% ниже, чем у тех, кто ограничивается минимумом этих продуктов с высоким содержанием каротиноидов. И эта тенденция сохраняется даже несмотря на наличие в первой группе дополнительных факторов риска - табакокурения и повышенного уровня холестерина. По мнению ученых, все , но особенно альфа-каротин и ликопин, препятствуют образованию так называемого «плохого» холестерина (липопротеинов низкой плотности), который способствует атеросклерозу, и, как следствие, ишемической болезни.

Дополнительная польза

Лютеин и зеаксантин важны для зрения. Ликопин защищает хрусталик глаза от окислительного помутнения. Последние исследования доказывают, что потребление 16 мг ликопина из томатной пасты ежедневно в течение 10 недель обеспечивает хорошую защиту от солнечных ожогов ультрафиолетом. К сожалению, развивается она настолько медленно, что считать этот каротиноид надежной заменой солнцезащитного крема не приходится.

Показания к применению каротиноидов, противопоказания, побочное действие

Показания к применению каротиноидов

Профилактика некоторых типов рака, например предстательной железы и легких.

Профилактика ишемической болезни сердца.

Замедление дегенерации желтого пятна сетчатки.

Ослабленный иммунитет.

Способы применения каротиноидов

Дозы

Если в вашем меню недостаточно богатой разнообразными каротиноидами пищи, принимайте добавки, содержащие смесь альфа-каротина, бета-каротина, криптоксантина, ликопина, лютеина и зеаксантина.

Схема приема

Каротиноиды - вещества жирорастворимые, поэтому эффективнее всасываются кишечником, если одновременно проглотить немного жирной пищи. Суточную их дозу лучше разделить хотя бы на два приема в разное время. Тогда больше полезных веществ сможет всосаться в кровь и меньше пройдет, не дав никакого эффекта.

Форма выпуска

Таблетки

Капсулы

Хотя продаются и отдельные каротиноиды, например ликопин в капсулах, полезнее принимать их смесь.

Противопоказания к применению каротиноидов

Высокие дозы каротиноидов противопоказаны при беременности.

Возможные побочные действия

Очень высокие дозы каротиноидов могут привести к появлению оранжевого оттенка кожи, особенно на ладонях и подошвах. Это проходит, если снизить дозу. Других побочных эффектов при использовании смеси каротиноидов неизвестно, но перебор какого-либо из них может помешать действию других.

Привет, друзья!

Я заметила такую интересную вещь.

Иногда пишешь пост и понимаешь, что обычный человек, не вникающий глубоко в различные медицинские или биохимические термины, не совсем порой понимает, что это может обозначать☺

Поэтому я решила написать небольшую серию постов и объяснить более простым языком, некоторые понятия, которые я очень часто употребляю в своих статья.

Все они являются мощнейшими антиоксидантами, защищающими наш организм от свободных радикалов. Красный цвет масла обусловлен присутствием в его составе большого количества каротиноидов, причём их содержание в масле в 15 раз больше, чем в моркови!!!

И да, помните, речь идет не о том, суррогатном пальмовом масле, которого всего боятся ☺ А о настоящем масле из красных пальм!!!

Я покупаю вот такое , добавляю его в пищу и просто наношу на кожу, как маску!!!

• Морковь
• Рябина
• Оранжевый перец
• Кукуруза
• Цитрусовые
• Тыква
• Шиповник
• Облепиха

Также каротиноиды присутствуют в лепестках цветов(особенно ноготки), водорослях, пыльце. Их много в яичном желтке и некоторых видах рыбы, а также еловой хвое.

Как усваиваются каротиноиды в теле?

Усвоение каротиноидов и их превращение в витамин А происходит в нашем теле в тонком кишечнике под воздействием определенных ферментов.

Но, иследованиями было установлено, что каротиноиды далеко не полностью усваиваются организмом.

Этот процесс идет лучше из мелко измельченных и предварительно обработанных продуктов, в которых клеточные мембраны разрушены.

Кроме того, важным фактором для усвоения каротиноидов организмом является наличие жировой среды. Еще в 1941 году было установлено, что количество каротина, усвояемого организмом из сырой моркови при диете, лишенной жиров, не превышает 1%. При тех же условиях из вареной моркови усваивается 19% каротина. После добавления масла усвоение каротина увеличивается до 25%.

Поэтому салат с измельченной морковью и маслом, будет полезнее, чем просто салат из сырой моркови.

Суточная норма

Рекомендуемая суточная норма потребления бета-каротина для взрослых составляет от 2 до 6 мг. Для примера в 100,0 моркови содержится около 8 мг. (я думаю, вы не забыли, что далеко не все 8 мг усвоит наш организм)

ВАЖНО!!!

Большие дозировки картиноидов и витамина А опасны для курильщиков со стажем, так как могут вызывать рак легкого. Также избыток витамина А опасен при беременности.

Также стоит учитывать тот фактор, что, к сожалению, количество каротиноидов постепенно уменьшается в продуктах при хранении.Они быстро разрушаются на свету и при свободном доступе кислорода воздуха.

Поэтому морковь, которую продают в супермаркет, чистую и промытую в пакетах, практически лишена этих важных компонентов.

Чтобы морковь сохранилапо максимуму все свои полезны свойства, ее нужно хранить в темном прохладном месте и не очищенную от земли.

Возможен ли дефицит каротиноидов у современного человека?

К сожалению, да.

По данным НИИ питания РАМН, в России хронический дефицит каротиноидов в питании отмечается у 40-60 % населения. Поэтому обязательно включайте продукты, богатые каротиноидами в свой рацион питания.

Если, чувствуете, что ваше питание неполноценное, покупайте витамины или качественные биологически активные добавки, выделенные из натуральных органических овощей или фруктов.

Я не стала описывать в этом посте подробно все научные детали, химический состав, биодоступность каротиноидов.

Все таки у меня блог, а не Википедия ☺. Думаю,что общее понятие о каротиноидах и о том, зачем они нам нужны, я смогла передать. Надеюсь на это ☺

Буду очень рада, если эта информация вам пригодится и вы поделитесь ей со своими друзьями в социальных сетях. Жду ваших отзывов и комментариев.

Буду очень благодарна за полезные советы ☺

С вами была Алена Яснева, всем пока!