Beta karotinas priklauso didelei grupei karotinoidai - lipofilinis (riebaluose tirpus) pigmentas dažai augalinės kilmės - kurie klasifikuojami kaip antriniai augalų junginiai (bioaktyvios medžiagos su sveikataiskatinantis poveikis - „anutritiniai ingredientai“). Beta karotinas yra geriausiai žinomas ir kiekio požiūriu pats svarbiausias natūralus cheminių medžiagų klasės atstovas karotinoidai, iš kurio taip pat kildinamas junginių kolektyvinis pavadinimas. Struktūrinis bruožas beta karotinas yra simetriška, polinesočioji polieno struktūra (organinis junginys, turintis daugybinį polietileną anglisanglies (CC) dvigubos jungtys), susidedančios iš aštuonių izoprenoidinių vienetų ir 11 konjuguotų dvigubų jungčių (→ tetraterpenas su 40 C atomų). Prie kiekvieno izoprenoidinės grandinės galo yra pridedamas beta-jonono žiedas (nepakeistas, konjuguotas trimetilciklohekseno žiedas) - struktūrinis elementas, kuris taip pat būna retinolyje (vitaminas) ir yra būtina vitamino A aktyvumo sąlyga. Konjuguotų dvigubų jungčių sistema suteikia beta-karotinui oranžinės raudonos ir raudonos spalvos spalvą ir yra atsakinga už kai kurias karotenoido fizikines ir chemines savybes, tiesiogiai susijusias su jo biologiniu poveikiu. Ryškus beta-karotino lipofiliškumas (tirpumas riebaluose) daro įtaką žarnynui (žarnyne) absorbcija ir paskirstymas organizme. Beta-karotinas gali pasireikšti skirtingomis geometrinėmis formomis (cis / trans izomerai), kurie yra konvertuojami vienas į kitą. Augaluose beta-karotino daugiausia yra (~ 98%) kaip stabilaus all-trans izomero. Žmogaus organizme kartais gali pasireikšti skirtingos izomerinės formos. Skirtingai nuo ksantofilų, tokių kaip liuteinas, zeaksantinas ir beta-kriptoksantinas, beta-karotinas, pavyzdžiui, alfa-karotinas ir likopenas, nėra deguonis funkcinė grupė. Iš maždaug 700 karotinoidai nustatyta, apie 60 yra konvertuojami į vitaminas (retinolis) metabolizuojamas žmogaus organizme ir tokiu būdu pasižymi provitamino A aktyvumu. Beta-karotenas (all-trans ir 13-cis izomeras) yra svarbiausias šios savybės atstovas ir turi didžiausią vitaminas aktyvumas, po kurio seka all-trans alfa-karotenas, all-trans beta-kriptoksantinas ir 8′-beta-apokarotenalas. Taigi beta-karotinas labai prisideda prie vitamino A tiekimo, ypač tiems žmonėms, kurie vartoja mažai vitamino A, pavyzdžiui, vegetarams. Molekuliniai karotinoidų reikalavimai vitamino A veiksmingumui apima:
- Beta-jonono žiedas (nepakeistas konjuguotas trimetilciklohekseno žiedas).
- Dėl žiedo pokyčių sumažėja veikla
- Karotinoidai, turintys deguonies (O) nešantį žiedą, pvz., Liuteinas ir zeaksantinas, arba be žiedo struktūros, pavyzdžiui, likopenas, neturi vitamino A aktyvumo
- Izoprenoidinė grandinė
- Mažiausiai 15 C atomų ir 2 metilo grupės.
- Cis izomerai turi mažesnį biologinį aktyvumą nei trans izomerai
Šviesa ir šiluma arba buvimas deguonis gali sumažinti beta-karotino vitamino A aktyvumą atitinkamai izomerizacijos būdu (konversijos trans → cis konfigūracija) ir oksidacine molekulinės struktūros modifikacija.
sintezė
Beta-karotiną sintetina augalai, dumbliai ir bakterijos galintis fotosintezuoti ir yra laikomas augalų organizme chromoplastuose (plastidose oranžinės, geltonos ir raudonos spalvos karotinoidai yra žiedlapiuose, vaisiuose arba augalų laikymo organuose (morkose)) ir chloroplastuose (žaliųjų dumblių ir aukštesnių augalų ląstelių organeliuose). kurie atlieka fotosintezę) -įtraukti į kompleksinę matricą baltymai, lipidaiir angliavandenių. Ten beta-karotenas kartu su kitais karotinoidais apsaugo nuo fotooksidacinių pažeidimų, veikdamas kaip reaktyvinis „gesintuvas“ („detoksikatorius“, „inaktyvatorius“). deguonis junginiai (1O2, pavienis deguonis), ty tiesiogiai sugeria spinduliavimo energiją per tripleto būseną ir išjungia ją išskirdami šilumą. Kadangi gebėjimas užgesinti didėja kartu su dvigubų jungčių skaičiumi, beta-karotenas su 11 dvigubų jungčių turi stipriausią gesinimo aktyvumą, palyginti su kitais karotinoidais. Beta-karotinas yra pats gausiausias karotinoidų pobūdis. Jo yra įvairiuose vaisiuose (2–10 mg / kg) ir daržovėse (20–60 mg / kg), nors turinys gali labai skirtis priklausomai nuo veislės, sezono, subrendimo laipsnio, augimo, derliaus nuėmimo ir laikymo sąlygų bei skirtingose augalo dalyse. Pavyzdžiui, išoriniai lapai kopūstai beta karotino yra 200 kartų daugiau nei vidiniuose lapuose. Geltoni / oranžiniai vaisiai ir daržovės bei tamsiai žalios lapinės daržovės, tokios kaip morkos, moliūgai, lapiniai kopūstai, špinatai, savojos kopūstai, avienos salotose, paprikose, cikorijose, saldžiose bulvėse ir melionuose yra ypač daug beta-karotino. Dėl savo dažomųjų savybių beta-karotenas, ekstrahuotas iš augalų arba pagamintas sintetiniu būdu, naudojamas kaip dažiklis (atitinkamai E 160 ir E 160a) maždaug 5% visų maisto produktų Vokietijoje, įskaitant dažymui. sviestas, margarino, pieno produktų, užtepėlių, konditerijos gaminių ar gazuotų gėrimų, kurių vidutiniškai į kietą maistą ir gėrimus dedama vidutiniškai nuo 1–5 mg / kg iki mg / l.
Absorbcija
Dėl lipofilinio (riebaluose tirpaus) pobūdžio beta-karotinas absorbuojamas (pasisavinamas) viršutiniame plonoji žarna riebalų virškinimo metu. Tam reikalingi maistiniai riebalai (3–5 g / valgis) kaip pernešėjai, tulžies rūgštys tirpinti (didinti tirpumą) ir formuoti miceles bei esterazes (virškinimo fermentai (enzimai)), siekiant išardyti esterifikuotą beta-karotiną. Išsiskyręs iš maisto matricos, beta-karotinas plonosios žarnos spindyje susijungia su kitomis lipofilinėmis medžiagomis ir tulžies rūgštys susidaryti mišrioms micelėms (3-10 nm skersmens sferinės struktūros, kuriose lipidas molekulės yra išdėstyti taip, kad vanduotirpių molekulių dalys pasuktos į išorę ir vandenyje netirpių molekulių dalys pasuktos į vidų) - micelinė fazė, skirta tirpinti (tirpumo padidėjimas) lipidai - kurie yra absorbuojami į enterocitus (plonosios žarnos ląsteles epitelio) iš dvylikapirštės žarnos (dvylikapirštės žarnos) ir tuščiosios žarnos (tuščiosios žarnos) per pasyvų difuzijos procesą. absorbcija augalinio maisto beta-karotino norma labai skiriasi tarp asmenų ir jų viduje, svyruoja nuo 30 iki 60%, atsižvelgiant į tuo pačiu metu suvartojamų riebalų dalį - vidutiniškai 50%, kai suvartojama maždaug 1-3 mg beta-karotino. Kalbant apie skatinamąją įtaką beta-karotino absorbcijai, sočiosios riebalų rūgštys yra daug veiksmingesnės nei polinesočiosios riebalų rūgštys (riebiosios polieno rūgštys, PFS), o tai galima pateisinti taip:
- PFS padidina mišrių micelių dydį, o tai sumažina difuzijos greitį
- PFS keičia micelinio paviršiaus krūvį, sumažindamas afinitetą (jungimosi stiprumą) enterocitams (plonosios žarnos epitelio ląstelėms).
- PFS (omega-3 ir -6 riebalų rūgštys) užima daugiau vietos nei prisotintos riebalų rūgštys lipoproteinuose (lipidų ir baltymų sankaupos - į micelę panašios dalelės, kurios padeda pernešti lipofilines medžiagas kraujyje), taip apribodamos kitų lipofilinių riebalų kiekį. molekulės, įskaitant beta karotiną
- PFS, ypač omega-3 riebalų rūgštys, slopina lipoproteinų sintezę.
Beta-karotino biologinis prieinamumas, be riebalų suvartojimo, priklauso nuo šių endogeninių ir egzogeninių veiksnių [3, 6, 7, 11-13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42 , 46]:
- Tiekiamo maisto (dietinio) beta-karotino kiekis - didėjant dozei, santykinis karotenoido biologinis prieinamumas mažėja
- Izomerinė forma - beta-karotenas yra geriau absorbuojamas visoje trans-konfigūracijoje nei cis-formoje.
- Maisto šaltinis - iš papildų (izoliuoto beta-karotino) karotenoidas yra labiau prieinamas nei iš vaisių ir daržovių (vietinis beta-karotenas), kuris pasireiškia žymiai didesniu beta-karotino kiekio serume padidėjimu pavartojus papildus, palyginti su tuo pačiu vaistu. kiekiai iš įprastos dietos
- Maisto matrica, į kurią įterpta beta-karotinas - iš perdirbtų daržovių (mechaninis smulkinimas, terminis apdorojimas) beta-karotinas absorbuojamas žymiai geriau (> 15%) nei iš žalio maisto (<3%), nes žalių daržovių karotenoidas yra ląstelėje kristalinė ir uždara į kietą nevirškinamą celiuliozės matricą
- Sąveika su kitais maisto ingredientais:
- Maistinės skaidulos, pavyzdžiui, vaisių pektinai, sumažina beta-karotino biologinį prieinamumą, nes su karotinoidu susidaro blogai tirpūs kompleksai.
- Olestra (sintetinis riebalų pakaitalas, sudarytas iš riebalų rūgščių ir sacharozės (→ sacharozės poliesterio) esterių), kurio organizmo lipazės (riebalų skaidymo fermentai) negali skaidyti ir išsiskiria nepakitusios) sumažina beta-karotino absorbciją
- Fitosteroliai ir stanoliai (riebių augalų dalyse esantys sterolių klasės cheminiai junginiai, pvz., Sėklos, daigai ir sėklos, labai panašūs į cholesterolio struktūrą ir konkurenciškai slopinantys jo absorbciją) kenkia beta-karotino absorbcijai žarnyne.
- Karotenoidų mišinių, tokių kaip beta-karotenas, liuteinas ir likopenas, vartojimas gali slopinti ir skatinti žarnyno beta-karotino absorbciją.
- Baltymai ir vitaminas E padidinti beta-karotino kiekį absorbcija.
- Individualus virškinimo darbas, pvz., Mechaninis smulkinimas viršutiniame virškinimo trakte, skrandžio pH, tulžies tekėjimas - kruopštus kramtymas ir žemas skrandžio sulčių pH skatina ląstelių sutrikimą ir atitinkamai sujungto ir esterifikuoto beta-karotino išsiskyrimą, o tai padidina karotenoido biologinį prieinamumą; sumažėjęs tulžies srautas sumažina biologinį prieinamumą dėl sutrikusios micelių susidarymo
- Organizmo aprūpinimo būklė
- Vitamino A tiekimo lygis - esant gerai vitamino A būklei, beta-karotino absorbcija sumažėja
- Genetiniai veiksniai
Biotransformacija
Tuščiosios žarnos (tuščios žarnos) ląstelių citozolyje dalis beta-karotino virsta retinoliu (vitaminu A). Šiuo tikslu karotenoidas yra suskaidomas ties centriniu arba ekscentriniu (decentralizuotu) dvigubu ryšiu citozoliniu, su membrana nesijungiančiu fermentu 15,15′-dioksigenaze - karotenaze, o vyraujantis mechanizmas yra centrinis skilimas. Nors centrinis (simetriškas) beta-karotino skilimas sukelia du molekulės tinklainės, decentralizuoto (asimetrinio) karotenoido skilimo metu atsiranda atitinkamai 8′-, 10′- ir 12′-beta-apokarotenas, priklausomai nuo skilimo (skaidymo) vietos, kuris paverčiamas viena tinklainės molekule. atitinkamai toliau skaidant ar sutrumpinant grandinę. Po to sumažėja tinklainė iki biologiškai aktyvaus retinolio alkoholis dehidrogenazė - grįžtamasis procesas, kuris jungiasi su ląstelių retinolį surišančiu baltymu II (CRBPII) ir esant fiziologinei koncentracijai yra esterinamas lecitinas-retinolio aciltransferazės (LRAT) arba - didesnės koncentracijos - acil-CoA-retinolio aciltransferazės (ARAT) riebalų rūgštys, daugiausia palmitino rūgštis (→ retinilo esteris). Be to, tinklainę galima oksiduoti iki retinoinės rūgšties - negrįžtamo proceso, kuris vyksta tik nedaug [1, 3-5, 13, 31, 36, 37]. Beta-karoteno pavertimas (transformacija) į retinolį enterocitų (plonosios žarnos ląstelių) citozolyje epiteliomanoma, kad yra 17%. Be enterocitų, metabolizmas (metabolizavimas) taip pat gali vykti kepenys, plaučių, inkstasir raumenų ląstelės. Tikriausiai tiek deguonis, tiek metalo jonas geležies - reikalingi 15,15′-dioksigenazės aktyvumui palaikyti. Beta-karoteno pavertimas retinoliu priklauso nuo šių veiksnių:
- Genetiniai veiksniai
- Mitybos ypatybės, turinčios įtakos žarnyno absorbcijai, tokios kaip maisto matrica ir riebalų kiekis
- Tiekiamo beta-karotino kiekis
- Baltymų būklė
- Organizmo aprūpinimo padėtis
- Vitamino A ir vitamino E atsargų lygis
- Alkoholio vartojimas
Kai beta-karotenas ir retinolis (vitaminas A) vartojami vienu metu arba kai vitamino A būklė gera, 15,15′-dioksigenazės aktyvumas plonosios žarnos ląstelėse sumažėja, sumažinant konversijos greitį ir padidinant beta-karotino kiekį. neskeltas. Dėl šios priežasties nėra rizikos hipervitaminozė Net labai didelėmis beta-karotino dozėmis. Maisto rūšies, maisto matricos, kurioje yra beta-karotinas, ir tuo pačiu metu pridėtų riebalų kiekio įtaka enterocitiniam beta-karotino virsmui į retinolį parodyta šioje lentelėje.
| Poveikis yra maždaug ekvivalentiškas 1 µg viso trans-retinolio. | 2 µg beta-karotino piene | Perskaičiavimo koeficientas 2: 1 |
| 4 µg beta-karotino riebaluose | Perskaičiavimo koeficientas 4: 1 | |
| 8 µg beta-karotino homogenizuotose morkose, paruoštose atitinkamai su riebalais arba virtomis žaliosiomis lapinėmis daržovėmis. | Perskaičiavimo koeficientas 8: 1 | |
| 12 µg beta-karotino virtose, įtemptose morkose | Perskaičiavimo koeficientas 12: 1 | |
| 26 µg beta-karotino virtose žalialapėse daržovėse | Perskaičiavimo koeficientas 26: 1 |
Norint pasiekti vitamino A aktyvumą, atitinkantį 1 µg all-trans-retinolio suvartojimą, beta-karotino suvartojimas, pavyzdžiui, 2 µg iš pieno, Reikia 12 µg iš virtų, įtemptų morkų arba 26 µg iš virtų žalių lapų daržovių. Tai aiškiai rodo, kad taikant tikslingą maisto pasirinkimą, maistinių riebalų buvimą ir maisto perdirbimo procesus, pvz virimo arba mechaninis malimas, kad būtų galima gauti mažiau dietinio beta-karotino, kad jis taptų retinoliu, kuris yra dėl jų geresnio absorbcijos žarnyne. Padidėjus beta karotino absorbcijai, enterocituose taip pat padidėja karotenoido virtimas retinoliu.
Transportas ir pasiskirstymas kūne
Beta karotino dalis, kuri nebuvo metabolizuota į retinolį, gleivinės ląstelėse plonoji žarna yra sujungtas su retinilo esteriais ir kitomis lipofilinėmis medžiagomis į chilomikronus (CM, lipidų turinčius lipoproteinus), kurie eksocitozės būdu išskiriami (išskiriami) į enterocitų intersticines erdves (medžiagų pernešimas iš ląstelės) ir pernešami per limfa. Chilomikronai patenka į subklaviją per truncus zarnu (nesuporuotą limfos surinkimo pilvo ertmės kamieną) ir kanalą „ductus thoracicus“ (limfos surinkimas iš krūtinės ląstos ertmės). venas (subklavinė vena) ir kaklo vena (kaklo vena), atitinkamai, susiliejusios, formuojant brachiocefalinę veną (kairėje pusėje) - angulus venosus (venų kampas). Abiejų pusių venae brachiocephalicae susivienija ir sudaro neporinį viršininką tuščioji vena (viršutinė tuščioji vena), kuri atsiveria į dešiniojo prieširdžio iš širdis. Chilomikronai įvedami į periferiją cirkuliacija siurblio jėga širdis. Chilomikronų pusinės eliminacijos laikas (laikas, per kurį eksponentiškai mažėjanti vertė perpus sumažėja perpus) yra maždaug 30 minučių ir pernešant į kepenys. Šiame kontekste lipoproteinas lipazės (LPL) vaidina svarbų vaidmenį, kuris yra ant endotelio ląstelių paviršiaus kraujas kapiliarus ir veda į laisvų pasisavinimą riebalų rūgštys ir nedideli beta karoteno ir retinilo esterių kiekiai į įvairius audinius, pavyzdžiui, raumenis, riebalinį audinį ir pieno liauką, skaidant lipidus. Tačiau dauguma beta-karotino ir esterifikuoto retinolio molekulės lieka CM-R, kurie jungiasi prie specifinių receptorių kepenys ir yra absorbuojami į kepenų parenchimines ląsteles per receptorių sukeltą endocitozę (įsivaizdavimas iš ląstelės membrana → CM-R turinčių pūslelių (ląstelių organelių) smaugimas į ląstelės vidų). Nors retinilo esteriai eina vitamino A metabolizmo kelią, beta-karotenas iš dalies metabolizuojamas (metabolizuojamas) į retinolį ir (arba) laikomas kepenų ląstelėse. Kita dalis yra saugoma VLDL (labai mažai Tankis lipoproteinai; lipidų turintys labai mažo tankio lipoproteinai), per kuriuos karotenoidas per kraują keliauja į ekstepepatinius („už kepenų ribų“) audinius. Kaip VLDL cirkuliuoja kraujas jungiasi prie periferinių ląstelių, lipidai yra suskaidomi veikiant LPL, o išsiskyrusios lipofilinės medžiagos, įskaitant beta-karotiną, yra internalizuojamos (paimamos viduje) pasyvios difuzijos būdu. Dėl to VLDL katabolizuojamas į IDL (tarpinis Tankis lipoproteinai). IDL dalelės gali būti absorbuojamos kepenyse receptorių tarpininkavimo būdu ir jose suskaidomos arba metabolizuojamos kraujas plazmoje trigliceridas lipazės (riebalus skaidantis fermentas) į cholesterolio kiekis-turtingas MTL (žemas Tankis lipoproteinai). Beta-karotinas, prisijungęs prie MTL yra, viena vertus, per receptorių sukeltą endocitozę paimamas į kepenų ir ekstepepatinius audinius ir, kita vertus, DTL (didelio tankio lipoproteinai; baltymų turtingi didelio tankio lipoproteinai), kurie dalyvauja pernešant beta-karotiną ir kitas lipofilines molekules, ypač cholesterolio kiekis, iš periferinių ląstelių atgal į kepenis. Bendras beta-karotino kiekis organizme yra apie 100–150 mg. Provitaminas-A randamas visuose žmogaus organuose, didžiausia koncentracija yra kepenyse, antinksčiuose, sėklidėse (sėklidės) Ir kiaušidės (kiaušidės), ypač geltonkūnio (geltonkūnio). Karotenoidas yra 80–85% poodiniame riebaliniame audinyje (poodiniai riebalai) ir 8–12% kepenyse. Be to, beta-karotinas šiek tiek kaupiasi plaučiuose, smegenys, širdis, skeletinis raumuo, odair kiti organai. Yra tiesioginė, bet ne linijinė koreliacija tarp audinių kaupimosi ir geriamojo karotenoido suvartojimo. Taigi, nutraukus suvartojimą, beta karotinas iš audinių sandėlių išsiskiria labai lėtai kelias savaites. Kraujyje beta-karotiną perneša lipoproteinai, kuriuos sudaro lipofilinės molekulės ir apolipoproteinai (baltymų dalis, veikia kaip struktūriniai pastoliai ir (arba) atpažinimo ir jungiamoji molekulė, pavyzdžiui, membraniniams receptoriams), pavyzdžiui, Apo AI, B-48, C-II, D ir E. Karotenoidą taip pat perneša lipoproteinai. Su karotenoidu jungiasi 58–73% MTL, 17–26 proc DTLir 10-16% prisijungė prie VLDL [13, 23, 33, 36-38, 45]. Įprastoje mišrioje dieta, beta-karotino koncentracija serume svyruoja nuo 20-40 µg / dl (0.4-0.75 µmol / l), moterų vidutinė vertė yra 40% didesnė nei vyrų. Be lyties, biologinio amžiaus, sveikatai būsena, bendras kūno riebalų kiekis masėir alkoholis cigarečių vartojimas taip pat gali turėti įtakos beta karotino koncentracijai serume. Nors karotenoidas yra optimaliai efektyvus, kai serumo lygis yra ≥ 0.4 µmol / l - sveikatai profilaktika - koncentraciją serume <0.3 µmol / l galima nustatyti kaip beta-karotino trūkumą. Beta-karotinas yra placenta-laidi ir pereina į Motinos pienas. Žmogaus serume ir Motinos pienasIki šiol buvo nustatyti 34 iš maždaug 700 žinomų karotinoidų, įskaitant 13 geometrinių all-trans izomerų. Tarp jų beta karotinas buvo aptiktas dažniausiai kartu su liuteinu, kriptoksantinu, zeaksantinu ir alfa-karotinu. Beta-karotinas sudaro maždaug 15-30% visų serume esančių karotinoidų. Nors serume provitaminas-A daugiausia būna visos trans formos, cis konfigūracijos (9-cis beta-karotino) nuolat yra audinių atsargose.
Išsiskyrimas
Neįsiurbtas beta-karotenas palieka kūną išmatose (išmatose), o apokarotenalai ir kiti beta-karotino metabolitai pašalinami su šlapimu. Norint paversti metabolitus į išskiriamą formą, jie, kaip ir visos lipofilinės (riebaluose tirpios) medžiagos, biotransformuojasi. Biotransformacija vyksta daugelyje audinių, ypač kepenyse, ir gali būti suskirstyta į dvi fazes:
- I fazėje beta-karotino metabolitai hidroksilinami (įterpiama OH grupė), kad padidėtų tirpumas citochromo P-450 sistemoje
- II fazėje konjugacija vyksta su labai hidrofilinėmis (vandenyje tirpiomis) medžiagomis - šiuo tikslu gliukuronio rūgštis gliukuroniltransferazės pagalba perkeliama į anksčiau įterptą metabolitų OH grupę.
Didelė dalis beta-karotino metabolitų dar nebuvo išaiškinta. Tačiau galima daryti prielaidą, kad išsiskyrimo produktai daugiausia yra gliukuronizuoti metabolitai. Po singlo administracija, karotenoidų buvimo laikas organizme yra nuo 5-10 dienų.
