Beta karotīns pieder lielajai grupai karotinoīdi - lipofils (taukos šķīstošs) pigments krāsvielas augu izcelsmes - kuras klasificē kā sekundārie augu savienojumi (bioaktīvas vielas ar veselībaveicinoša iedarbība - “anutritīvās sastāvdaļas”). Beta karotīns ir vispazīstamākais un daudzuma ziņā vissvarīgākais dabiskais pārstāvis vielu klasē karotinoīdi, no kura atvasināts arī savienojumu kolektīvais nosaukums. Strukturālā iezīme beta-karotīns ir simetriska, polinepiesātināta poliēna struktūra (organisks savienojums ar vairākkārtēju ogleklisoglekļa (CC) dubultās saites), kas sastāv no astoņām izoprenoīdu vienībām un 11 konjugētām dubultām saitēm (→ tetraterpēns ar 40 C atomiem). Pie beta-jonona gredzena (neaizvietots, konjugēts trimetilcikloheksēna gredzens) ir piestiprināts katrs izoprenoīdu ķēdes gals - strukturāls elements, kas sastopams arī retinolā (A vitamīns) un tas ir A vitamīna aktivitātes priekšnoteikums. Konjugēto dubulto saišu sistēma piešķir beta-karotīnam oranži sarkanu līdz sarkanu krāsu un ir atbildīga par dažām karotinoīda fizikāli ķīmiskajām īpašībām, kas ir tieši saistītas ar tā bioloģisko iedarbību. Izteiktā beta-karotīna lipofilitāte (šķīdība taukos) ietekmē gan zarnu (attiecībā uz zarnu). absorbcija un sadale organismā. Beta-karotīns var rasties dažādās ģeometriskās formās (cis / trans izomēri), kas ir savstarpēji pārveidojami. Augos beta-karotīns pārsvarā atrodas (~ 98%) kā stabils all-trans izomērs. Cilvēka organismā dažkārt var rasties dažādas izomēru formas. Atšķirībā no ksantofiliem, piemēram, luteīns, zeaksantīns un beta-kriptoksantīns, beta-karotīns, piemēram, alfa-karotīns un likopēns, nesatur skābeklis funkcionālā grupa. No aptuveni 700 karotinoīdi aptuveni 60 ir konvertējami uz A vitamīns (retinols) cilvēka metabolismā un tādējādi uzrāda provitamīna A aktivitāti. Beta-karotīns (all-trans un 13-cis izomērs) ir vissvarīgākais pārstāvis ar šo īpašību, un tam ir visaugstākais A vitamīns aktivitāte, kam seko all-trans alfa-karotīns, all-trans beta-kriptoksantīns un 8′-beta-apokarotenāls. Tādējādi beta-karotīns dod izšķirošu ieguldījumu A vitamīna piegādē, īpaši cilvēkiem ar zemu A vitamīna daudzumu, piemēram, veģetāriešiem. Karotinoīdu molekulārās prasības A vitamīna efektivitātei ietver:
- Beta-jonona gredzens (neaizvietots konjugēts trimetilcikloheksēna gredzens).
- Izmaiņas gredzenā noved pie aktivitātes samazināšanās
- Karotinoīdiem ar skābekļa (O) nesošo gredzenu, piemēram, luteīnu un zeaksantīnu, vai bez gredzena struktūras, piemēram, likopēns, nav A vitamīna aktivitātes
- Izoprenoīdu ķēde
- Vismaz 15 C atomi plus 2 metilgrupas.
- Cis izomēriem ir zemāka bioloģiskā aktivitāte nekā trans izomēriem
Gaisma un siltums vai skābeklis var samazināt beta-karotīna A vitamīna aktivitāti, attiecīgi izomerizējot (pārveidojot trans → cis konfigurāciju) un oksidatīvi pārveidojot molekulāro struktūru.
Sintēze
Beta-karotīnu sintezē augi, aļģes un baktērijas kas spēj fotosintēzi un tiek uzglabāts augu organismā hromoplastos (oranžā, dzeltenā un karotinoīdu krāsotos plastīdos ziedlapiņās, augļos vai augu uzglabāšanas orgānos (burkānos)) un hloroplastos (zaļo aļģu un augstāko augu šūnu organellos). kas veic fotosintēzi) - iekļauti sarežģītā matricā proteīni, lipīdi, un ogļhidrāti. Tur beta-karotīns kopā ar citiem karotinoīdiem nodrošina aizsardzību pret fotooksidatīviem bojājumiem, darbojoties kā reaktīvā līdzekļa “dzesētājs” (“detoksikators”, “inaktivators”). skābeklis savienojumi (1O2, viens skābeklis), ti, tieši absorbējot starojuma enerģiju ar tripleta stāvokli un deaktivizējot, atbrīvojot siltumu. Tā kā spēja dzēst palielinās līdz ar dubulto saišu skaitu, beta-karotīnam ar tā 11 dubultajām saitēm ir visspēcīgākā dzēšanas aktivitāte salīdzinājumā ar citiem karotinoīdiem. Beta-karotīns ir visizplatītākais karotinoīds dabā. Tas ir sastopams visdažādākajos augļos (2–10 mg / kg) un dārzeņos (20–60 mg / kg), lai gan saturs var ievērojami atšķirties atkarībā no šķirnes, sezona, gatavības pakāpe, augšanas, novākšanas un uzglabāšanas apstākļi un dažādās auga daļās. Piemēram, kāposti satur 200 reizes vairāk beta-karotīna nekā iekšējās lapas. Dzelteni / oranži augļi un dārzeņi un tumši zaļi lapu dārzeņi, piemēram, burkāni, ķirbi, kāposti, spināti, savojas kāposti, jēra salāti, bulgāru pipari, cigoriņi, saldie kartupeļi un melones ir īpaši bagāti ar beta-karotīnu. Pateicoties krāsojošajām īpašībām, beta-karotīnu, kas ekstrahēts no augiem vai ražots sintētiski, izmanto kā krāsvielu (attiecīgi E 160 un E 160a) apmēram 5% no visiem pārtikas produktiem Vācijā, ieskaitot krāsvielu. sviests, margarīnu, piena produktus, pastas, konditorejas izstrādājumus vai sodas, kuru vidējais daudzums cietajiem pārtikas produktiem un dzērieniem ir attiecīgi no 1 līdz 5 mg / kg līdz mg / l.
Absorbcija
Beta-karotīns lipofilā (taukos šķīstošā) rakstura dēļ tiek absorbēts (uzņemts) tievā zarnā tauku gremošanas laikā. Tas prasa uzturvielu tauku (3-5 g / maltītes) klātbūtni kā transportētājus, žultsskābes izšķīdināt (palielināt šķīdību) un veidot micellas un esterāzes (gremošanas fermenti), lai atdalītu esterificētu beta-karotīnu. Pēc izdalīšanās no pārtikas matricas beta-karotīns tievās zarnas lūmenā apvienojas ar citām lipofilām vielām un žultsskābes veidot jauktas miceles (sfēriskas struktūras 3-10 nm diametrā, kurās lipīds molekulas ir sakārtoti tā, lai ūdens- šķīstošo molekulu daļas tiek pagrieztas uz āru un ūdenī nešķīstošo molekulu daļas tiek pagrieztas uz iekšu) - micelārā fāze šķīdināšanai (šķīdības palielināšanās) lipīdi - kas uzsūcas enterocītos (tievās zarnas šūnās epitēlijs) no divpadsmitpirkstu zarnas (divpadsmitpirkstu zarnas) un tukšās zarnas (tukšās zarnas) caur pasīvo difūzijas procesu. The absorbcija Beta karotīna daudzums no augu valsts pārtikas produktiem un starp cilvēkiem ievērojami atšķiras, svārstoties no 30 līdz 60% atkarībā no tajā pašā laikā patērēto tauku proporcijas - vidēji 50%, ja tiek patērēts aptuveni 1-3 mg beta-karotīna. Runājot par veicinošo ietekmi uz beta-karotīna absorbciju, piesātinātās taukskābes ir daudz efektīvākas nekā polinepiesātinātās taukskābes (poliēna taukskābes, PFS), ko var pamatot šādi:
- PFS palielina jauktu micellu lielumu, kas samazina difūzijas ātrumu
- PFS maina micelārās virsmas lādiņu, samazinot afinitāti (saistīšanās stiprumu) pret enterocītiem (tievās zarnas epitēlija šūnām).
- PFS (omega-3 un -6 taukskābes) aizņem vairāk vietas nekā piesātinātās taukskābes lipoproteīnos (lipīdu un olbaltumvielu kopumi - micellām līdzīgas daļiņas, kas kalpo lipofilu vielu transportēšanai asinīs), tādējādi ierobežojot vietu citām lipofilām molekulas, ieskaitot beta-karotīnu
- PFS, īpaši omega-3 taukskābes, kavē lipoproteīnu sintēzi.
Beta-karotīna biopieejamība papildus tauku uzņemšanai ir atkarīga no šādiem endogēniem un eksogēniem faktoriem [3, 6, 7, 11-13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42 , 46]:
- Piegādātā barības (uztura) beta-karotīna daudzums - palielinoties devai, karotinoīda relatīvā biopieejamība samazinās
- Izomēra forma - beta-karotīns ir labāk absorbēts tā all-trans konfigurācijā nekā cis formā.
- Pārtikas avots - no piedevām (izolēts beta-karotīns) karotinoīds ir vairāk pieejams nekā no augļiem un dārzeņiem (dabiskais beta-karotīns), kas izpaužas kā ievērojami lielāks seruma beta-karotīna līmeņa pieaugums pēc piedevu lietošanas, salīdzinot ar to pašu zāļu lietošanu. no parastās diētas
- Pārtikas matrica, kurā ir iekļauts beta-karotīns - no pārstrādātiem dārzeņiem (mehāniskā sasmalcināšana, termiskā apstrāde) beta-karotīns uzsūcas ievērojami labāk (> 15%) nekā no neapstrādātiem pārtikas produktiem (<3%), jo karotinoīds ir neapstrādātos dārzeņos šūnā kristāliska un noslēgta cietā nesagremojamā celulozes matricā
- Mijiedarbība ar citām pārtikas sastāvdaļām:
- Uztura šķiedras, piemēram, augļu pektīni, samazina beta-karotīna biopieejamību, veidojot slikti šķīstošus kompleksus ar karotinoīdu
- Olestra (sintētiskais tauku aizstājējs, kas sastāv no taukskābju un saharozes (→ saharozes poliestera) esteriem), ko nevar sašķelt ķermeņa lipāzes (tauku šķelšanas enzīmi) un kas izdalās nemainīts) samazina beta-karotīna uzsūkšanos
- Fitosterīni un stanoli (ķīmiskie savienojumi no sterīnu klases, kas atrodami taukainās augu daļās, piemēram, sēklas, asni un sēklas, kas ir ļoti līdzīgi holesterīna struktūrai un konkurējoši kavē tā absorbciju) pasliktina beta-karotīna absorbciju zarnās
- Karotinoīdu maisījumu, piemēram, beta-karotīna, luteīna un likopēna, uzņemšana var gan inhibēt, gan veicināt zarnu beta-karotīna uzsūkšanos.
- Olbaltumvielas un E vitamīna palielināt beta-karotīnu absorbcija.
- Individuāla gremošanas darbība, piemēram, mehāniska sasmalcināšana gremošanas trakta augšdaļā, kuņģa pH, žults plūsma - rūpīga košļāšana un zems kuņģa sulas pH veicina šūnu darbības traucējumus un attiecīgi saistītā un esterificētā beta-karotīna izdalīšanos, kas palielina karotinoīda biopieejamību; samazināta žults plūsma samazina biopieejamību traucētu micellu veidošanās dēļ
- Organisma piegādes statuss
- A vitamīna piegādes līmenis - ar labu A vitamīna stāvokli beta-karotīna uzsūkšanās ir pazemināta
- Ģenētiskie faktori
Biotransformācija
Tukšās zarnas (tukšās zarnas) šūnu citozolā daļa beta-karotīna tiek pārveidota par retinolu (A vitamīns). Šim nolūkam karotinoīdu pie centrālās vai ekscentriskas (decentralizētas) dubultās saites sašķeļ citosola, membrānām nesaistīts enzīms 15,15′-dioksigenāze - karotenāze, dominējošais mehānisms ir centrālā šķelšana. Bet centrālā (simetriskā) beta-karotīna šķelšanās rada divus molekulas tīklenes, decentralizēta (asimetriska) karotinoīda šķelšanās rada attiecīgi 8′-, 10′- un 12′-beta-apokarotīnu atkarībā no sadalīšanās (sadalīšanās) vietas, kas tiek pārveidota par vienu tīklenes molekulu attiecīgi noārdoties vai saīsinot ķēdi. Tam seko tīklenes reducēšanās par bioloģiski aktīvo retinolu par alkohols dehidrogenāze - atgriezenisks process -, kas saistās ar šūnu retinolu saistošo olbaltumu II (CRBPII) un fizioloģiskā koncentrācijā ir esterificēts ar lecitīns-retinola aciltransferāzes (LRAT) vai - augstākās koncentrācijās - ar acil-CoA-retinola aciltransferāzes (ARAT) palīdzību taukskābes, galvenokārt palmitīnskābe (→ retinilgrupa) esteris). Turklāt tīkleni var oksidēt par retīnskābi - neatgriezenisku procesu, kas notiek tikai nelielā mērā [1, 3-5, 13, 31, 36, 37]. Beta-karotīna pārveidošana (pārveidošana) par retinolu enterocītu (tievās zarnas šūnu) citosolā epitēlijstiek lēsts, ka tas ir 17%. Papildus enterocītiem metabolizācija (metabolizācija) var notikt arī citosolā aknas, plaušu, niereun muskuļu šūnas. Gan skābeklis, gan metāla jons - domājams dzelzs - ir nepieciešami, lai uzturētu 15,15′-dioksigenāzes aktivitāti. Beta-karotīna pārveidošana par retinolu ir atkarīga no šādiem faktoriem:
- Ģenētiskie faktori
- Uztura īpašības, kas ietekmē zarnu absorbciju, piemēram, pārtikas matrica un tauku saturs
- Piegādātā beta-karotīna daudzums
- Olbaltumvielu statuss
- Organisma apgādes situācija
- A vitamīna un E vitamīna piegādes līmenis
- Alkohola lietošana
Ja beta-karotīns un retinols (A vitamīns) tiek lietoti vienlaikus vai ja A vitamīna stāvoklis ir labs, 15,15′-dioksigenāzes aktivitāte tievās zarnas šūnās samazinās, samazinot konversijas ātrumu un palielinot beta-karotīna daudzumu, kas ir nav sašķelts. Šī iemesla dēļ nepastāv risks hipervitaminoze A pat ļoti lielās beta-karotīna devās. Pārtikas veida, pārtikas matricas, kurā iestrādāts beta-karotīns, un tajā pašā laikā pievienoto tauku daudzuma ietekme uz beta-karotīna enterocītisko pārvēršanu retinolā parādīta šajā tabulā.
| Efektīvi ir aptuveni ekvivalents 1 µg all-trans-retinola. | 2 µg beta-karotīna pienā | Reklāmguvumu attiecība 2: 1 |
| 4 µg beta-karotīna taukos | Reklāmguvumu attiecība 4: 1 | |
| 8 µg beta-karotīna homogenizētos burkānos, kas attiecīgi sagatavoti ar taukiem vai termiski apstrādātiem zaļajiem lapu dārzeņiem. | Reklāmguvumu attiecība 8: 1 | |
| 12 μg beta-karotīna vārītos, izkāstos burkānos | Reklāmguvumu attiecība 12: 1 | |
| 26 µg beta-karotīna vārītos zaļo lapu dārzeņos | Reklāmguvumu attiecība 26: 1 |
Lai sasniegtu A vitamīna aktivitāti, kas atbilst 1 µg all-trans-retinola uzņemšanai, beta-karotīna uzņemšana, piemēram, 2 µg no piensNepieciešams 12 µg vārītu, izkāstu burkānu vai 26 µg no vārītiem zaļo lapu dārzeņiem. Tas skaidri norāda, ka, izmantojot mērķtiecīgu pārtikas izvēli, uztura tauku klātbūtni un pārtikas pārstrādes procesus, piemēram, vārīšanas vai mehāniska malšana, lai pārvērstos par retinolu, ir nepieciešams piegādāt mazāk uztura beta-karotīna, kas ir saistīts ar to uzlaboto zarnu absorbciju. Palielinoties beta-karotīna absorbcijai, enterocītos palielinās arī karotinoīda pārveidošanās par retinolu.
Transports un izplatīšanās organismā
Beta-karotīna daļa, kas nav metabolizēta par retinolu, gļotādas šūnās tievā zarnā tiek apvienots ar retinilesteriem un citām lipofilām vielām chilomicronos (CM, lipīdiem bagāti lipoproteīni), kurus eksocitozes ceļā (vielu transportēšana no šūnas) izdalās (izdalās) enterocītu intersticiālajās telpās un transportē prom caur limfa. Caur truncus zarnas (nesabojāta vēdera dobuma limfas savākšanas stumbrs) un ductus thoracicus (krūšu dobuma limfātisko savākšanas stumbru) chilomikroni nonāk subklāvijā vēnas (subklāvijas vēna) un kakla vēna (kakla vēna), attiecīgi, kas saplūst, veidojot brahiocefālisko vēnu (kreisā puse) - angulus venosus (venozais leņķis). Abu pušu venae brachiocephalicae apvienojas, veidojot nesaistītu priekšnieku dobās vēnas (superior vena cava), kas atveras labais ātrijs no sirds. Hilomikroni tiek ievadīti perifērijā apgrozība ar sūknēšanas spēku sirds. Halomikronu pussabrukšanas periods (laiks, kurā vērtība, kas laika gaitā eksponenciāli samazinās, tiek samazināta uz pusi) ir aptuveni 30 minūtes un transportēšanas laikā tiek sadalīti līdz chilomikrona paliekām (CM-R, mazs tauku chilomikrona atlikumu daļiņām) aknas. Šajā kontekstā lipoproteīni lipāze (LPL) ir izšķiroša loma, kas atrodas uz endotēlija šūnu virsmas asinis kapilārus un noved pie brīvas uzņemšanas taukskābes un nelielu daudzumu beta-karotīna un retinilesteru dažādos audos, piemēram, muskuļos, taukaudos un piena dziedzeros, šķeļot lipīdus. Tomēr lielākā daļa beta-karotīna un esterificēta retinola molekulas paliek CM-R, kas saistās ar specifiskiem receptoriem aknas un ar receptoru mediētas endocitozes palīdzību tiek uzņemtas aknu parenhīmas šūnās (ieslodzījums no šūnu membrānu → CM-R saturošu pūslīšu (šūnu organellu) nožņaugšana šūnas iekšpusē). Kamēr retinilesteri seko A vitamīna metabolismam, beta-karotīns daļēji tiek metabolizēts (metabolizēts) līdz retinolam un / vai uzglabāts aknu šūnās. Otra daļa tiek glabāta VLDL (ļoti zema Blīvums lipoproteīni; lipīdus saturoši lipoproteīni ar ļoti zemu blīvumu), caur kuriem karotinoīds caur asinsriti nonāk ārpushepatiskos (“ārpus aknām”) audos. Tā kā VLDL apgrozībā asinis saistās ar perifērām šūnām, lipīdi tiek sašķelti ar LPL iedarbību, un atbrīvotās lipofilās vielas, ieskaitot beta-karotīnu, pasīvās difūzijas rezultātā tiek internalizētas (uzņemtas iekšēji). Tā rezultātā notiek VLDL katabolisms uz IDL (starpprodukts Blīvums lipoproteīni). IDL daļiņas var vai nu uzņemt aknās ar receptoru starpniecību un tur noārdīties, vai arī metabolizēt asinis plazmā ar triglicerīdu palīdzību lipāze (tauku šķelšanas enzīms) uz holesterīns-bagātīgi ZBL (zems Blīvums lipoproteīni). Beta-karotīns saistīts ar ZBL no vienas puses tiek uzņemts aknās un ekstrahepatiskos audos, izmantojot receptoru starpniecību, un, no otras puses, tiek pārnests uz ABL (augsta blīvuma lipoproteīni; proteīniem bagāti augsta blīvuma lipoproteīni), kas ir iesaistīti beta-karotīna un citu lipofīlo molekulu, īpaši holesterīns, no perifērām šūnām atpakaļ uz aknām. Beta-karotīna kopējais ķermeņa saturs ir aptuveni 100-150 mg. Provitamīns-A ir atrodams visos cilvēka orgānos, ar augstāko koncentrāciju aknās, virsnieru dziedzeros, sēkliniekos (sēklinieki), Un olnīcas (olnīcas), īpaši dzeltenais ķermenis (dzeltenais ķermenis). Karotinoīda uzglabāšana ir 80-85% zemādas taukaudos (zemādas taukos) un 8-12% aknās. Turklāt beta-karotīns tiek nedaudz uzglabāts plaušās, smadzenes, sirds, skeleta muskulis, ādaun citi orgāni. Starp audu uzglabāšanu un perorālo karotinoīda uzņemšanu pastāv tieša, bet ne lineāra korelācija. Tādējādi beta-karotīns no audu depo vairāku nedēļu laikā pēc uzņemšanas pārtraukšanas izdalās ļoti lēni. Beta-karotīnu asinīs transportē lipoproteīni, kas sastāv no lipofilām molekulām un apolipoproteīni (olbaltumvielu daļa, funkcija kā strukturāla sastatne un / vai atpazīšanas un dokošanas molekula, piemēram, membrānas receptoriem), piemēram, Apo AI, B-48, C-II, D un E. Karotinoīdu transportē arī lipoproteīni. Karotinoīds ir saistīts ar 58-73% ZBL, Saistās ar 17–26% ABLun 10-16% saistās ar VLDL [13, 23, 33, 36-38, 45]. Normālā jauktā uztursbeta-karotīna koncentrācija serumā svārstās no 20-40 µg / dl (0.4-0.75 µmol / l), sievietēm vidēji par 40% augstāka vērtība nekā vīriešiem. Papildus dzimumam, bioloģiskajam vecumam, veselība statuss, kopējais ķermeņa tauku daudzums masa, un alkohols un cigarešu patēriņš var ietekmēt arī beta-karotīna koncentrāciju serumā. Kamēr karotinoīds ir optimāli efektīvs seruma līmenī ≥ 0.4 µmol / l - izteiksmē veselība profilakse - seruma koncentrāciju <0.3 µmol / l var identificēt kā beta-karotīna deficītu. Beta-karotīns ir placenta-izturīgs un pāriet mātes piens. Cilvēka serumā un mātes piensLīdz šim ir identificēti 34 no aptuveni 700 zināmajiem karotinoīdiem, ieskaitot 13 ģeometriskos all-trans izomērus. Starp tiem beta karotīns tika atklāts visbiežāk kopā ar luteīnu, kriptoksantīnu, zeaksantīnu un alfa-karotīnu. Beta-karotīns veido apmēram 15-30% no kopējā karotinoīdu daudzuma serumā. Kamēr provitamīns A serumā galvenokārt notiek visa trans formā, cis konfigurācija (9-cis beta karotīns) pastāvīgi atrodas audu veikalos.
Izdalīšanās
Neuzsūcies beta-karotīns atstāj ķermeni izkārnījumos (izkārnījumos), savukārt apokarotenāli un citi beta-karotīna metabolīti tiek izvadīti ar urīnu. Lai pārveidotu metabolītus izdalāmā formā, tie tiek biotransformēti, tāpat kā visas lipofilās (taukos šķīstošās) vielas. Biotransformācija notiek daudzos audos, īpaši aknās, un to var sadalīt divās fāzēs:
- I fāzē beta-karotīna metabolīti tiek hidroksilēti (OH grupas ievietošana), lai palielinātu šķīdību ar citohroma P-450 sistēmu
- II fāzē konjugācija notiek ar ļoti hidrofilām (ūdenī šķīstošām) vielām - šim nolūkam glikuronskābe ar glikuroniltransferāzes palīdzību tiek pārnesta uz iepriekš ievietoto metabolītu OH grupu.
Liela daļa beta-karotīna metabolītu vēl nav noskaidroti. Tomēr var pieņemt, ka izdalīšanās produkti pārsvarā ir glikuronidēti metabolīti. Pēc viena pārvalde, karotinoīdu uzturēšanās laiks organismā ir no 5-10 dienām.
