Накапливают каротиноиды. Роль каротиноидов в организме человека

Каротиноиды — обширный класс натуральных пигментов, необходимых для нормальной жизнедеятельности большинства биологических организмов. Эти вещества, насчитывающие более 600 разновидностей , являются одними из самых распространённых органических соединений на планете. Однако большинство высших млекопитающих, в том числе и человек, не могут синтезировать каротиноиды в собственном теле, поэтому крайне важно получать достаточные дозы этих веществ извне. Прежде чем ответить на вопрос: "каротиноиды - что это такое?" следует обратиться к информации об источниках каротиноидов.

Источники каротиноидов

Первые представители этого класса пигментов были открыты ещё в XIX веке при анализе тканей моркови и тыквы . Именно от английского названия моркови (carrot — кэрот) и образовалось название всей группы веществ.

«Источниками каротиноидам являются практически все овощи и фрукты жёлтого, оранжевого и красного оттенков»

Очень скоро было выяснено, что многие растения и некоторые животные, имеющие жёлтую и красную окраску, аккумулируют в своём теле существенные объёмы каротиноидов. Для пополнения запасов этих соединений в организме подойдут следующие продукты:

Но при употреблении в пищу сырых овощей и фруктов в среднем усваивается лишь 1% массы содержащихся в них каротиноидов. Повысить этот показатель поможет предварительная термическая (сварить, пожарить) и механическая (порезать, натереть) обработка, разрушающая клеточные стенки растительных тканей. Также рекомендуется употреблять такие продукты вместе с жирами (например, подсолнечным маслом), что повысит усвояемость полезных веществ на 25%.

Однако стоит учесть, что далеко не все жёлто-красные пигменты одинаково полезны. Нередко их эффективность может отличаться в 1000 раз . Поэтому для тех, кто хочет сохранить молодость и здоровье, крайне важно знать, какие каротиноиды самые полезные и как их лучше всего употреблять.

Сравнение каротиноидов

Все каротиноиды оказывают комплексное воздействие на тело человека:

• Противодействие образованию свободных радикалов (антиоксидация);
• Стимуляция эндокринной системы;
• Укрепление клеточных мембран;
• Источник витамина A (провитамин);
• Улучшение усвоения кальция;
• Стимуляция иммунитета и прочее.

На данный момент существуют лишь фрагментарные исследования , анализирующие эффективность части каротиноидов относительно друг друга. В частности, интенсивно изучаются противоокислительные свойства этих веществ.

Значительная часть опытов указывают на то, что больше всего пользы среди них даёт Астаксантин — пигмент, максимальное содержание которого находится в лососёвых рыбах и некоторых микроорганизмах . В ряде экспериментов это соединение в десятки и сотни раз превосходит своих конкурентов, но его концентрация в натуральных продуктах крайне мала . К счастью, современная фармакология нашла выход из этой ситуации.

«Из пищи можно усвоить лишь малую часть содержащихся в ней каротиноидов»

БАДы на основе каротиноидов

Повысить усвояемость рассматриваемой группы веществ можно при помощи создания высококонцентрированных препаратов на основе натурального сырья. И если извлечь каротиноиды из моркови или апельсинов довольно просто, то в случае с астаксантином учёным пришлось поломать голову.

Так как оптимальным источником для получения одного из самых сильных антиоксидантов являются микроводоросли

Сегодня я расскажу, как получить золотистый, сияющий и привлекательный оттенок кожи без косметики и солярия. Заинтригованы? На самом деле, все достаточно просто. Эксперты из Университета Сент-Эндрюс собрали группу добровольцев, чтобы проанализировать влияние рациона на цвет кожи. Они сделали фотографии людей до начала курса питания и после. Оказалось, фрукты и овощи приводили к усилению природного красного и желтого подтона кожи (фактически она темнела). При оценки привлекательности, такая кожа признана самой здоровой и сексуальной.

Овощи (каротины) - справа!

Оттенок кожи зависит от сочетания пигментов: меланин, гемоглобин и каротины. Меланин зависит от вашей генетики и солнца, а вот гемоглобин находится в кровеносных сосудах, поэтому краснота кожи зависит от их тонуса и глубины залегания. Если вы получили синяк, то он будет менять цвет из-за распада гемоглобина на компоненты разного цвета. Именно гемоглобин делает щеки розовыми и позволяет людям краснеть при волнении, когда под действием выброса гормонов расширяются сосуды.

Доктор Росс Уайтхед, руководитель исследования, считает, что овощи и фрукты могут стать заменой соляриям (намного более здоровой). Также проводился отдельный эксперимент: ученые просили людей оценить привлекательность нескольких человек. В итоге чаще всего положительные отзывы получали "люди со здоровым цветом лица".

Ранее было известно, что некоторые овощи, такие как морковь, могут способствовать оранжевому цвету кожи и тем не менее, это не было настолько показательно. А вот теперь доказано экспериментальным путем, что увеличение пигментов в коже может быть заметно для других. Используя датчики света, исследователи показали, что красные и желтые оттенки были связаны с уровнем каротиноидов в коже.

Существуют сотни различных видов каротиноидов. Основными представителями каротиноидов у высших растений являются два пигмента — каротин (оранжевый) и ксантофилл (желтый). Но в данном эксперименте наиболее сильное влияние на кожу оказали ликопин из томатов и красного перца, а так же бета-каротин, содержащийся в моркови, а еще брокколи, кабачки, и шпинат. Цвет кожи может также зависеть и от химических веществ, называемых полифенолы, они содержатся в яблоках, чернике и вишне, которые вызывают прилив крови к поверхности кожи.

Росс Уайтхед, ведущий ученый эксперимента, опубликовал результаты исследований в журнале PLoS ONE. В своем интервью он сказал, что даже специалисты не предполагали такого разнопланового влияния овощей и фруктов, как показал эксперимент.

Основной источник каротиноидов – это зелень и овощи. Содержание каротиноидов в пище коррелирует с их содержинием в коже, причем каротиноиды находятся во всех слоях кожи. Также эти исследования установили, что оттенок кожи, который ей придают каротиноиды, воспринимается как более здоровый и сексуальный, чем загар, полученный только от солярия. Разумеется, оба цвета также эффективно между собой взаимодействуют.

Каротиноиды и цвет кожи

Каротиноиды – это большая группа пигментов, которые оказывают на наше здоровье очень широкий спектр положительных эффектов. Из них только бета-каротин может быть токсичным в высоких дозах. Однако в природных источниках каротинов находится их смесь (ликопен, бета-каротин, альфа-каротин, лютеин, зеаксантин и др), которые могут превращаться друг в друга, что делает их безопасными. Также к каротиноидам относится король антиоксидантов – астаксантин, про который я недавно писал.

Животные (в том числе и человек) не могут синтезировать каротиноиды de novo, их поступление зависит только от источников питания. Усвоение каротиноидов, как и других липидов, происходит в дуоденальной области тонкого кишечника. Под влиянием желудочно-кишечной среды (например кислотности желудочного сока), наличия специфических рецепторов протеинов каротиноиды могут разрушаться окислителями или энзимами или метаболизировать, как например b-каротин в витамин А в слизистой.

Источники каротиноидов:

Из источников, присущих средним широтам можно выделить плоды моркови, тыквы, томатов, сладкого перца, облепихи, шиповника, рябины. Темно-зеленые овощи также содержат каротиноиды. Зеленый хлорофилл маскирует содержащийся в них желто-оранжевый пигмент. Особенно богаты каротинами зеленые листья некоторых растений (например, шпината), корнеплоды моркови, плоды шиповника, смородины, томата и др. Альфа-каротин присутствует в моркови и тыкве, ликопин-в красных плодах (например, в арбузах, красных грейпфрутах и особенно в томатах, прошедших кулинарную обработку).

Много лютеина и зеаксантина в темно-зеленых овощах, в тыкве и красном перце, а криптоксантина-в манго, апельсинах и персиках. Некоторые культуры накапливают преимущественный тип каротиноидов: морковь и люцерна – каротины, томаты – ликопин, плоды паприки – капксантин и капсорубин, желтая кукуруза – криптоксантин и зеаксантин, аннато – биксин. Как вариант – томатная паста (та, в которой только измельченные томаты!)

Альфа-каротин. Альфа-каротин, также как бета-каротин и бета-криптоксантин, являются провитаминами, они могут быть преобразованы организмом человекав витамин А. Их пищевые источники — оранжевые продукты, такие как тыква иморковь. Низкий уровень каротиноидов в крови связан с развитием сердечно-сосудистых заболеваний. Суточная рекомендуемая норма потребления альфа-каротина 518 мкг / сут. Средилюдей 19 лет и старше только 23% получают эту норму.

Бета-каротин. Бета-каротин содержится во многих фруктах и овощах оранжевого и желтого цветов — дыня, морковь, сладкий картофель. Бета-каротин является мощным антиоксидантом, защищающим клетки организма от повреждений, вызванныхсвободными радикалами. Также считается, что этот каротиноид способствует повышениюфункции иммунной системы и может играть защитную роль вздоровье костей. Норма приема бета-каротина 3787 мкг / сутки. Среди взрослых 19ти лет и старше только 16% потребляют достаточное количество.

Бета-криптоксантин. Бета-криптоксантин содержится в овощах, таких как тыква, перец, и фруктах, таких как мандарины. Эпидемиологические исследования показывают, что антиоксидантный потенциал каротиноидов может защитить от окислительных процессов, которые могут привести к воспалению. Исследования показывают, что незначительное увеличение потребления бета-криптоксантина, эквивалентное одному стакану свежевыжатого апельсинового сока в день, уменьшает риск развития воспалительных заболеваний, таких как ревматоидный артрит. Норма бета-криптоксантина — 223 мкг / сут. Потребляют такое количество только 20% людей.

Лютеин / зеаксантин. Лютеин содержится в зеленых листовых овощах и обладает высоким уровнем антиоксидантной активности. Высокие уровни лютеина и зеаксантина (каротиноид, тесно связанный с лютеином, является его производным) уменьшают риск возрастной макулярной дегенерации, которая является ведущей причиной слепоты у пожилых людей. Лютеин и зеаксантин действуют как фильтры для синего цвета и создают возможности для сохранения зрения.В одном из исследований было выявлено, что пожилые люди с высоким содержанием лютеина / зеаксантина в потребляемой пище, имели самый низкий риск возрастной макулярной дегенерации. Норма потребления для лютеина / зеаксантина — 2055 мкг / сутки. Потребляют норму 17% взрослых людей.

Ликопин. Ликопин извлекают из помидоров, этот каротиноид является мощным антиоксидантом. Эпидемиологические исследования показали, что существует корреляция между увеличением потребления томатов и снижением риска рака простаты. Норма ликопина — 6332 мкг / сутки. Потребление взрослым населением 31%.

Не только оттенок, но и защита

лагодаря своим антиоксидантным и противовоспалительным свойствам, а также способности влиять на рост и деление клеток, каротиноиды защищают кожу от фотоповреждения и способствуют профилактике кожных заболеваний. Широко изучено систематическое защитное действие, оказываемое бета-каротином при солнечных ожогах (эритема). Мета-анализ нескольких исследований показал, что для максимального защитного эффекта требуется целевое потребление бета-каротина в течение, как минимум, 10 месяцев. Клинические исследования, также изучавшие повышенное потребление ликопина с фруктами и овощами, дали положительные результаты при лечении солнечных ожогов.

Не только кожа.

В ходе многих исследований были получены доказательства связи между регулярным потреблением пищевых продуктов с высоким содержанием каротиноидов и сниженным риском развития ряда заболеваний. Считается, что базовые механизмы защитного действия обусловлены антиоксидантной активностью каротиноидов и их биохимической способностью влиять на передачу сигнала в клетках.

Следовательно, достаточное потребление каротиноидов для поддержания собственной антиоксидантной системы организма препятствует развитию заболеваний, провоцируемых окислительным повреждением компонентов клеток. Поскольку эти питательные микроэлементы являются жирорастворимыми веществами, их действие, преимущественно, направлено на защиту клеточных мембран и липопротеинов от избыточного окисления. Каротиноиды способствуют профилактике клеточной мутации, а значит, развития рака. Кроме того, они препятствуют образованию атеросклероза – одной из причин развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Заключение.

1. Вы можете влиять на оттенок и состояние кожи диетой. Овощи не только дадут здоровый сияющий привлекательный оттенок кожи, но и защитят ее от старения. Плюс множетсво прочих положительных эффектов.

2. Варьируя содержание разных каротиноидов, вы можете получить свой идеальный оттенок кожи, при этом он будет на самом деле идти изнутри, а не намазываться как крем.

3. Как минимум – это шесть недель и три-четыре дозы овощей в день (можно съедать и в один-два приема). Потребление минимум трех порций овощей и фруктов в день, включая морковь, капусту и киви, дает коже здоровый вид и золотистое сияние. Причем, чтобы ощутить на себе эффект, достаточно всего шести недель. В принципе, даже 30 мг бета-каротина значительно замедляет фотостарение кожи.

4. Каротиноиды – это жирорастворимые соединения, поэтому обязательно добавляйте жиры (оливковое масло, сливочное масло) для лучшего их усвоения.

5. Термическая обработка и измельчение повышает процент усвоения каротиноидов. Здесь следует отметить, что большинство каротиноидов в растениях, особенно в овощах, ассоциированы с полисахаридами, липидами, белками. Эти комплексы способствуют сохранению каротиноидов, но препятствуют их усвоению организмом. По-этому биодоступность лютеина, а также зеаксантина из природного сырья составляет 10–20 % по сравнению с чистым веществом. Биодоступность же чистого бета-каротина непосредственно из моркови не более 20 %, а из брюквы – менее 1 %. Разрушить блоки каротиноидов с комплексообразователями можно путем кулинарной обработки содержащего их сырья: измельчения, пропаривания, щадящего нагревания.

Источники:

Оригинал исследования есть в свободном доступе:

Attractive Skin Coloration: Harnessing Sexual Selection to Improve Diet and Health,

Fruit, Vegetable and Dietary Carotenoid Intakes Explain Variation in Skin-Color in Young Caucasian Women: a Cross-Sectional Study.

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.

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.

Каротиноиды - жирорастворимые пигменты желтого, оранжевого, красного цвета - присутствуют в хлоропластах всех растений. Они входят также в состав хромопластов в незеленых частях растений, например в корнеплодах моркови, от латинского наименования которой (Daucus carota L.) они и получили свое название. В зеленых листьях каротиноиды обычно незаметны из-за присутствия хлорофилла, но осенью, когда хлорофилл разрушается, именно каротиноиды придают листьям характерную желтую и оранжевую окраску. Каротиноиды синтезируются также бактериями и грибами, но не животными организмами. В настоящее время известно около 400 пигментов, относящихся к этой группе.

Структура и свойства. Элементарный состав каротиноидов установил Вильштеттер. С 1920 по 1930 г. была определена структура основных пигментов этой группы. Искусственный синтез ряда каротиноидов впервые осуществлен в 1950 г. в лаборатории П. Каррера. К каротиноидам относятся три группы соединений: 1) оранжевые или красные пигменты каротины (С 40 Н 56); 2) желтые ксантофиллы (С 4 оН 56 О 2 и С 40 H 51 O 4); 3) каротиноидные кислоты - продукты окисления каротиноидов с укороченной цепочкой и карбоксильными группами (например, C 20 H 24 O 2 - кроцетин, имеющий две карбоксильные группы).

Каротины и ксантофиллы хорошо растворимы в хлороформе, бензоле, сероуглероде, ацетоне. Каротины легко растворимы в петролейном и диэтиловом эфирах, но почти нерастворимы в метаноле и этаноле. Ксантофиллы хорошо растворимы в спиртах и значительно хуже в петролейном эфире.

Все каротиноиды - полиеновые соединения. Каротиноиды первых двух групп состоят из восьми остатков изопрена, которые образуют цепь конъюгированных двойных связей. Каротиноиды могут быть ациклическими (алифатическими), моно- и бициклическими. Циклы на концах молекул каротиноидов являются производными ионона (рис. 1).

Рис.1. Структурные формулы каротиноидов и последовательность их превращений

Примером ациклического каротиноида может служить ликопин (С 40 Н 56) - основной каротин некоторых плодов (в частности, томатов) и пурпурных бактерий.

Каротин (рис. 1) имеет два β-иононовых кольца (двойная связь между С 5 и С 6). При гидролизе β-каротина по центральной двойной связи образуются две молекулы витамина А (ретинола). α-Каротин отличается от β-каротина тем, что у него одно кольцо β-иононовое, а второе - Ј-иононовое (двойная связь между С 4 и С 5).

Ксантофилл лютеин - производное a-каротина, а зеаксантин - β-каротина. Эти ксантофиллы имеют по одной гидроксильной группе в каждом иононовом кольце. Дополнительное включение в молекулу зеаксантина двух атомов кислорода по двойным связям С 5 -С 6 (эпоксидные группы) приводит к образованию виолаксантина. Название

«виолаксантин» связано с выделением этого соединения из лепестков желтых анютиных глазок (Viola tricolor). Зеаксантин впервые получен из зерновок кукурузы (Zea mays). Лютеин (от лат. luteus - желтый) содержится, в частности, в желтке куриных яиц. К наиболее окисленным изомерам лютеина относится фукоксантин (С 40 Н 60 О 6) - главный ксантофилл бурых водорослей.

Основные каротиноиды пластид высших растений и водорослей - Β-каротин, лютеин, виолаксантин и неоксантин. Синтез каротиноидов начинается с ацетил-СоА через мевалоновую кислоту, геранилгеранилпирофосфат до ликопина, который является предшественником всех других каротиноидов. Синтез каротиноидов происходит в темноте, но резко ускоряется при действии света. Спектры поглощения каротиноидов характеризуются двумя полосами в фиолетово-синей и синей области от 400 до 500 нм (см. рис. 4.3). Количество и положение максимумов поглощения зависят от растворителя. Этот спектр поглощения определяется системой конъюгированных двойных связей. При увеличении числа таких связей максимумы поглощения смещаются в длинноволновую область спектра. Каротиноиды, как и хлорофиллы, нековалентно связаны с белками и липидами фотосинтетических мембран.

Роль каротиноидов в процессах фотосинтеза

Каротиноиды - обязательные компоненты пигментных систем всех фотосинтезирующих организмов. Они выполняют ряд функций, главные из которых: 1) участие в поглощении света в качестве дополнительных пигментов, 2) защита молекул хлорофиллов от необратимого фотоокисления. Возможно, каротиноиды принимают участие в кислородном обмене при фотосинтезе.

Важное значение каротиноидов как дополнительных пигментов, поглощающих свет в синефиолетовой и синей частях спектра, становится очевидным при рассмотрении распределения энергии в спектре суммарной солнечной радиации на поверхности Земли. Как следует из рисунка 2, максимум этой радиации приходится на сине-голубую и зеленую части спектра (480 - 530 нм). В естественных условиях доходящая до поверхности Земли суммарная радиация слагается из потока прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность и рассеянной радиации неба.

Рис.2.Распределение энергии в спектре суммарной и рассеянной радиации при безоблачном небе

Рассеивание света в атмосфере происходит благодаря аэрозольным частицам (капли воды, пылинки и т. д.) и флуктуациям плотности воздуха (молекулярное рассеяние). Спектральный состав суммарной радиации в области 350 - 800 нм при безоблачном небе в течение дня почти не меняется. Объясняется это тем, что увеличение доли красных лучей в прямой солнечной радиации при низком стоянии Солнца сопровождается увеличением доли рассеянного света, в котором много сине-фиолетовых лучей. Атмосфера Земли в значительно большей степени рассеивает лучи коротковолновой части спектра (интенсивность рассеяния обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени), поэтому небо выглядит голубым. При отсутствии прямого солнечного света (пасмурная погода) увеличивается доля сине-фиолетовых лучей. Эти данные указывают на важность коротковолновой части спектра при использовании наземными растениями рассеянного света и возможность участия каротиноидов в фотосинтезе в качестве дополнительных пигментов. В модельных опытах показана высокая эффективность переноса энергии света от каротиноидов к хлорофиллу а, причем этой способностью обладают молекулы каротинов, но не ксантофиллов.

Вторая функция каротиноидов - защитная. Впервые данные о том, что каротиноиды могут защищать молекулы хлорофилла от разрушения, были получены Д. И. Ивановским. В его опытах пробирки, содержащие одинаковый объем раствора хлорофилла и разные концентрации каротиноидов, выставлялись на 3 ч на прямой солнечный свет. Оказалось, что чем больше каротиноидов было в пробирке, тем в меньшей степени разрушался хлорофилл. В дальнейшем эти данные получили многочисленные подтверждения. Так, бескаротиноидные мутанты хламидомонады на свету в атмосфере кислорода погибают, а в темноте при гетеротрофном способе питания нормально развиваются и размножаются. У мутанта кукурузы, у которого отсутствовал синтез каротиноидов, образующийся хлорофилл в аэробных условиях при сильном освещении быстро разрушался. В отсутствие кислорода хлорофилл не разрушался.

Каким же образом каротиноиды препятствуют разрушению хлорофилла? В настоящее время показано, что каротиноиды способны реагировать с хлорофиллом, находящимся в триплетном состоянии, предотвращая его необратимое окисление. При этом энергия триплетного возбужденного состояния хлорофилла превращается в теплоту.

Рис.3. Реакция каротиноидов с хлорофиллом

Кроме этого каротиноиды, взаимодействуя с возбужденным (синглетным) кислородом, который неспецифически окисляет многие органические вещества, могут переводить его в основное состояние.

Рис.4. Реакция каротиноидов с возбужденным кислородом

Менее ясна роль каротиноидов в кислородном обмене при фотосинтезе. У высших растений, мхов, зеленых и бурых водорослей осуществляется светозависимое обратимое дезэпоксидирование ксантофиллов. Примером такого превращения может служить виолаксантиновый цикл.

Рис.5. Виолаксантиновый цикл

Значение виолаксантинового цикла остается невыясненным. Возможно, он служит для устранения излишков кислорода. Каротиноиды у растений выполняют и другие функции, не связанные с фотосинтезом. В светочувствительных «глазках» одноклеточных жгутиковых и в верхушках побегов высших растений каротиноиды, контрастируя свет, способствуют определению его направления. Это необходимо для фототаксисов у жгутиковых и фототропизмов у высших растений.

Каротиноиды обусловливают цвет лепестков и плодов у некоторых растений Производные каротиноидов - витамин А, ксантоксин, действующий подобно АБК, и другие биологически активные соединения. Хромопротеин родопсин, обнаруженный у некоторых галофильных бактерий, поглощая свет, функционирует в качестве Н + -помпы. Хромофорной группой бактериородопсина является ретиналь - альдегидная форма витамина А. Бактериородопсин аналогичен родопсину зрительных анализаторов животных.