Бета-каротин принадлежи към голямата група на каротеноиди - липофилен (мастноразтворим) пигмент багрила от растителен произход - които са класифицирани като вторични растителни съединения (биоактивни вещества с здраве-популяризиращи ефекти - „хранителни съставки“). Бета-каротин е най-известният и по отношение на количеството най-важният естествен представител на класа вещества на каротеноиди, от което е получено и колективното наименование на съединенията. Структурна характеристика на бета-каротин е симетричната, полиненаситена полиенова структура (органично съединение с множество въглероден-въглеродни (CC) двойни връзки), състоящ се от осем изопреноидни единици и 11 конюгирани двойни връзки (→ тетратерпен с 40 С атоми). Към всеки край на изопреноидната верига е прикрепен бета-йононов пръстен (незаместен, конюгиран триметилциклохексенов пръстен) - структурен елемент, който се среща и в ретинола (витамин А) и е предпоставка за активност на витамин А. Системата от конюгирани двойни връзки придава на бета-каротина оранжево-червения до червения цвят и е отговорна за някои физикохимични свойства на каротеноида, които са пряко свързани с неговите биологични ефекти. Изразената липофилност (разтворимост на мазнини) на бета-каротина влияе както върху червата (по отношение на червата) абсорбция намлява разпределение в организма. Бета-каротинът може да се появи в различни геометрични форми (цис / транс изомери), които са конвертируеми един в друг. При растенията бета-каротинът присъства предимно (~ 98%) като стабилен изцяло транс-изомер. В човешкия организъм понякога могат да се появят различни изомерни форми.За разлика от ксантофилите, като лутеин, зеаксантин и бета-криптоксантин, бета-каротин, като алфа-каротин и ликопен, не съдържа кислород функционална група. От приблизително 700 каротеноиди идентифицирани, около 60 са конвертируеми витамин А (ретинол) от човешкия метаболизъм и по този начин проявяват провитамин А активност. Бета-каротинът (изцяло транс и 13-цис изомер) е най-важният представител с това свойство и има най-високо витамин А активност, последвана от изцяло транс-алфа-каротин, изцяло транс-бета-криптоксантин и 8′-бета-апокаротенал. По този начин бета-каротинът има решаващ принос за снабдяването с витамин А, особено при хора с нисък прием на витамин А, като вегетарианци. Молекулярните изисквания на каротеноидите за ефикасност на витамин А включват:
- Бета-йононов пръстен (незаместен конюгиран триметилциклохексенов пръстен).
- Промените в пръстена водят до намаляване на активността
- Каротеноидите с носител на кислород (О) пръстен, като лутеин и зеаксантин, или без пръстенна структура, като ликопен, нямат активност на витамин А
- Изопреноидна верига
- Най-малко 15 С атома плюс 2 метилови групи.
- Цис изомерите имат по-ниска биологична активност от транс изомерите
Светлина и топлина или наличието на кислород може да намали витамин А активността на бета-каротин чрез изомеризация (преобразуване транс → цис конфигурация) и съответно окислителна модификация на молекулярната структура.
Синтез
Бета-каротинът се синтезира от растения, водорасли и бактерии способен на фотосинтез и се съхранява в растителния организъм в хромопластите (пластиди, оцветени в оранжево, жълто и червеникаво от каротеноиди в венчелистчета, плодове или органи за съхранение (моркови) на растенията) и хлоропласти (органели от клетки на зелени водорасли и висши растения които извършват фотосинтеза) -включени в сложна матрица от протеини, липиди, и въглехидрати. Там бета-каротинът, заедно с други каротеноиди, осигурява защита срещу фотоокислителни увреждания, като действа като „гасител“ („детоксикатор“, „инактиватор“) на реактивен кислород съединения (1O2, синглетен кислород), т.е. директно поглъщащи лъчиста енергия чрез триплетното състояние и деактивирайки я чрез отделяне на топлина. Тъй като способността за закаляване се увеличава с броя на двойните връзки, бета-каротинът със своите 11 двойни връзки има най-силната охлаждаща активност в сравнение с други каротеноиди. Бета-каротинът е най-разпространеният каротиноид в природата. Той се намира в голямо разнообразие от плодове (2-10 mg / kg) и зеленчуци (20-60 mg / kg), въпреки че съдържанието може да варира значително в зависимост от сорта, сезон, степен на зрялост, растеж, реколта и условия на съхранение и в различни части на растението. Например външните листа на зеле съдържат 200 пъти повече бета-каротин от вътрешните листа. Жълти / оранжеви плодове и зеленчуци и тъмнозелени листни зеленчуци, като моркови, тиква, зеле, спанак, савой зеле, агнешка салата, чушки, цикория, сладки картофи и пъпеши са особено богати на бета-каротин. Поради оцветяващите си свойства бета-каротинът - извлечен от растения или произведен синтетично - се използва като оцветител (съответно Е 160 и Е 160а) в около 5% от всички храни в Германия, включително за оцветяване масло, маргарин, млечни продукти, спредове, сладкарски изделия или газирани напитки, със средно между 1-5 mg / kg и mg / l, добавени съответно към твърди храни и напитки.
Абсорбцията
Поради своята липофилна (мастноразтворима) природа, бета-каротинът се абсорбира (поема) в горната част тънко черво по време на храносмилането. Това налага наличието на хранителни мазнини (3-5 g / хранене) като транспортери, жлъчни киселини за разтваряне (повишаване на разтворимостта) и образуване на мицели и естерази (храносмилателни ензими) за разцепване на естерифициран бета-каротин. След освобождаване от хранителната матрица, бета-каротинът се комбинира в лумена на тънките черва с други липофилни вещества и жлъчни киселини за образуване на смесени мицели (сферични структури с диаметър 3-10 nm, в които липидът молекули са подредени по такъв начин, че водаразтворимите молекулни части са обърнати навън, а неразтворимите във вода молекулни порции са обърнати навътре) - мицеларна фаза за разтваряне (увеличаване на разтворимостта) на липиди - които се абсорбират в ентероцитите (клетки на тънките черва епителий) от дванадесетопръстник (дванадесетопръстник) и йеюнум (йеюнум) чрез процес на пасивна дифузия. The абсорбция процентът на бета-каротин от растителна храна варира значително между и в рамките на индивидите, варирайки от 30 до 60% в зависимост от дела на консумираните мазнини едновременно - средно 50%, когато се консумират приблизително 1-3 mg бета-каротин. По отношение на тяхното стимулиращо влияние върху абсорбцията на бета-каротин, наситените мастни киселини са далеч по-ефективни от полиненаситените мастни киселини (полиенови мастни киселини, PFS), което може да бъде оправдано, както следва:
- PFS увеличават размера на смесените мицели, което намалява скоростта на дифузия
- PFS променят заряда на мицеларната повърхност, намалявайки афинитета (силата на свързване) към ентероцитите (клетки на тънкочревния епител)
- PFS (омега-3 и -6 мастни киселини) заемат повече място от наситените мастни киселини в липопротеините (агрегати от липиди и протеини - мицелоподобни частици - които служат за транспортиране на липофилни вещества в кръвта), като по този начин ограничават пространството за други липофилни молекули, включително бета-каротин
- PFS, особено омега-3 мастни киселини, инхибират синтеза на липопротеини.
Бионаличността на бета-каротин зависи от следните ендогенни и екзогенни фактори в допълнение към приема на мазнини [3, 6, 7, 11-13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42 , 46]:
- Количество доставен хранителен (диетичен) бета-каротин - с увеличаване на дозата относителната бионаличност на каротеноида намалява
- Изомерна форма - бета-каротинът се абсорбира по-добре в своята транс-конфигурация, отколкото в цис-формата си.
- Източник на храна - от добавки (изолиран бета-каротин) каротеноидът е по-достъпен, отколкото от плодове и зеленчуци (естествен бета-каротин), което се проявява в значително по-високо увеличение на серумните нива на бета-каротин след прием на добавки в сравнение с приемането на същите суми от обичайната диета
- Хранителна матрица, в която е включен бета-каротин - от преработени зеленчуци (механично смилане, термична обработка) бета-каротинът се абсорбира значително по-добре (> 15%), отколкото от суровите храни (<3%), тъй като каротеноидът в суровите зеленчуци присъства в клетъчната кристална и затворена в твърда несмилаема целулозна матрица
- Взаимодействия с други хранителни съставки:
- Диетичните фибри, като пектини от плодове, намаляват бионаличността на бета-каротин, като образуват слабо разтворими комплекси с каротеноида
- Olestra (синтетичен заместител на мазнини, състоящ се от естери на мастни киселини и захароза (→ захароза полиестер), който не може да се разцепи от липазите в организма (ензими, разцепващи мазнини) и се екскретира непроменен) намалява абсорбцията на бета-каротин
- Фитостеролите и станолите (химични съединения от класа на стерините, намиращи се в мастни растителни части, като семена, кълнове и семена, които са много сходни със структурата на холестерола и конкурентно инхибират неговата абсорбция) влошават чревната абсорбция на бета-каротин
- Приемът на каротиноидни смеси, като бета-каротин, лутеин и ликопен, може едновременно да инхибира и насърчава чревната абсорбция на бета-каротин
- Протеини намлява витамин Е повишаване на бета-каротина абсорбция.
- Индивидуално храносмилателно представяне, като механично смилане в горната част на храносмилателния тракт, стомашно рН, жлъчен поток - задълбоченото дъвчене и ниското рН на стомашния сок насърчават клетъчното разрушаване и отделянето на свързания и естерифициран бета-каротин, съответно, което увеличава бионаличността на каротеноида; намаленият поток на жлъчката намалява бионаличността поради нарушено образуване на мицела
- Състояние на снабдяване на организма
- Ниво на доставка на витамин А - при добро състояние на витамин А абсорбцията на бета-каротин е намалена
- Генетични фактори
Биотрансформация
В цитозола на клетките на йеюнума (празно черво) част от бета-каротина се превръща в ретинол (витамин А). За тази цел каротеноидът се разцепва или в централната, или в ексцентричната (децентрализирана) двойна връзка от цитозолната, немембранно свързана ензимна 15,15′-диоксигеназа - каротеназа, като централното разцепване е доминиращият механизъм. Докато централното (симетрично) разцепване на бета-каротин води до две молекули на ретината, децентрализираното (асиметрично) разцепване на каротеноида води съответно до 8′-, 10′- и 12′-бета-апокаротен, в зависимост от мястото на разграждане (разлагане), което се превръща в една молекула на ретината чрез по-нататъшно разграждане или съкращаване на веригата, съответно. Това е последвано от намаляване на ретината до биологично активен ретинол с алкохол дехидрогеназа - обратим процес -, който се свързва с клетъчния ретинол-свързващ протеин II (CRBPII) и - при физиологични концентрации - се естерифицира от лецитин-ретинол ацилтрансфераза (LRAT) или - при по-високи концентрации - от ацил-CoA-ретинол ацилтрансфераза (ARAT) с мастни киселини, главно палмитинова киселина (→ ретинил естер). Освен това ретината може да се окисли до ретиноева киселина - необратим процес, който се случва само в малка степен [1, 3-5, 13, 31, 36, 37]. Превръщането (трансформацията) на бета-каротин в ретинол в цитозола на ентероцитите (клетки на тънките черва) епителий) се оценява на 17%. В допълнение към ентероцитите, метаболизирането (метаболизирането) може да се случи и в цитозола на черен дроб, бял дроб, бъбрек, и мускулни клетки. Както кислород, така и метален йон - вероятно желязо - са необходими за поддържане на активността на 15,15′-диоксигеназа. Превръщането на бета-каротин в ретинол зависи от следните фактори:
- Генетични фактори
- Диетични характеристики, които влияят върху чревната абсорбция, като хранителна матрица и съдържание на мазнини
- Количество доставен бета-каротин
- Протеинов статус
- Ситуация на снабдяване на организма
- Доставка на витамин А и витамин Е
- Консумация на алкохол
Когато се консумират едновременно бета-каротин и ретинол (витамин А) или когато състоянието на витамин А е добро, активността на 15,15′-диоксигеназа в тънките чревни клетки намалява, намалявайки степента на конверсия и увеличавайки количеството бета-каротин, което е не е разцепен. Поради тази причина няма риск от хипервитаминоза Дори при много високи дози бета-каротин. Влиянието на вида храна, хранителната матрица, в която е включен бета-каротинът, и количеството добавена мазнина едновременно върху ентероцитното превръщане на бета-каротин в ретинол е показано в следващата таблица.
| Приблизително еквивалентни по ефект на 1 µg изцяло транс-ретинол са. | 2 µg бета-каротин в млякото | Съотношение на преобразуване 2: 1 |
| 4 µg бета-каротин в мазнини | Съотношение на преобразуване 4: 1 | |
| 8 µg бета-каротин в хомогенизирани моркови, приготвени съответно с мазнини или варени зелени листни зеленчуци. | Съотношение на преобразуване 8: 1 | |
| 12 µg бета-каротин в варени, прецедени моркови | Съотношение на преобразуване 12: 1 | |
| 26 µg бета-каротин в варени зеленчукови зеленчуци | Съотношение на преобразуване 26: 1 |
За постигане на активност на витамин А, съответстваща на приема на 1 µg изцяло транс-ретинол, прием на бета-каротин, например, 2 µg от мляко, Необходими са 12 µg от варени, прецедени моркови или 26 µg от варени зеленчукови зеленчуци. Това става ясно, че чрез целенасочен подбор на храна, наличие на хранителни мазнини и процеси за преработка на храни, като готвене или механично смилане, съответно, трябва да се достави по-малко диетичен бета-каротин за превръщане в ретинол, което се дължи на подобрената им чревна абсорбция. С увеличаване на абсорбцията на бета-каротин, конверсията на каротеноида в ретинол в ентероцитите също се увеличава.
Транспорт и разпределение в тялото
Частта от бета-каротин, която не е метаболизирана до ретинол в лигавичните клетки на тънко черво се включва, заедно с ретинилови естери и други липофилни вещества, в хиломикрони (CM, богати на липиди липопротеини), които се секретират (секретират) в интерстициалните пространства на ентероцитите чрез екзоцитоза (транспортиране на вещества извън клетката) и се транспортират по на лимфа. Чрез truncus intestinalis (несдвоен лимфен събирателен ствол на коремната кухина) и ductus thoracicus (лимфен събирателен ствол на гръдната кухина) хиломикроните навлизат в субклавията вена (субклавиална вена) и югуларна вена (югуларна вена), съответно, които се сливат, образувайки брахиоцефалната вена (лява страна) - angulus venosus (венозен ъгъл). Venae brachiocephalicae от двете страни се обединяват, за да образуват несдвоения висш Главна артерия (горната куха вена), която се отваря в дясно предсърдие от сърце. Хиломикроните се въвеждат в периферните Тя от силата на изпомпване на сърце. Хиломикроните имат полуживот (времето, при което стойността, която намалява експоненциално с времето, се намалява наполовина) от около 30 минути и се разграждат до остатъци от хиломикрон (CM-R, остатъци от хиломикрон с ниско съдържание на мазнини) по време на транспортиране до черен дроб. В този контекст, липопротеин липаза (LPL) играе решаваща роля, която се намира на повърхността на ендотелните клетки на кръв капиляри и води до усвояване на свободен мастни киселини и малки количества бета-каротин и ретинилови естери в различни тъкани, например мускули, мастна тъкан и млечна жлеза, чрез липидно разцепване. Въпреки това, по-голямата част от бета-каротин и естерифициран ретинол молекули остават в CM-R, които се свързват със специфични рецептори в черен дроб и се поглъщат в паренхимните клетки на черния дроб посредством рецептор-медиирана ендоцитоза (инвагинация от клетъчната мембрана → удушаване на CM-R-съдържащи везикули (клетъчни органели) във вътрешността на клетката). Докато ретиниловите естери следват метаболитния път на витамин А, бета-каротинът се метаболизира частично (метаболизира) до ретинол и / или се съхранява в чернодробните клетки. Другата част се съхранява във VLDL (много ниска плътност липопротеини; липопротеини, съдържащи липиди с много ниска плътност), през които каротеноидът преминава през кръвния поток към екстрахепаталните („извън черния дроб“) тъкани. Тъй като VLDL циркулира в кръв свързва се с периферните клетки, липиди се разцепват чрез действие на LPL и освободените липофилни вещества, включително бета-каротин, се интернализират (поемат вътрешно) чрез пасивна дифузия. Това води до катаболизъм на VLDL към IDL (междинен плътност липопротеини). IDL частиците могат или да бъдат погълнати от черния дроб по рецептор-медииран начин и там да се разграждат или метаболизират в кръв плазма от триглицерид липаза (ензим, разделящ мазнините) до холестерол-богат LDL (ниско плътност бета-каротин, свързан с LDL , от една страна, се поглъща в черния дроб и екстрахепаталните тъкани чрез рецептор-медиирана ендоцитоза и, от друга страна, се пренася в HDL (липопротеини с висока плътност; богати на протеини липопротеини с висока плътност), които участват в транспорта на бета-каротин и други липофилни молекули, особено холестерол, от периферни клетки обратно към черния дроб. Общото телесно съдържание на бета-каротин е около 100-150 mg. Провитамин-А се намира във всички органи на човека, с най-високи концентрации в черния дроб, надбъбречните жлези, тестисите (тестиси), И яйчници (яйчници), особено жълтото тяло (жълтото тяло). Съхранението на каротеноида е 80-85% в подкожната мастна тъкан (подкожна мазнина) и 8-12% в черния дроб. В допълнение, бета-каротинът се съхранява незначително в белите дробове, мозък, сърце, скелетна мускулатура, кожаи други органи. Съществува пряка, но не линейна връзка между съхранението в тъканите и пероралния прием на каротеноида. По този начин бета-каротинът се освобождава от депата на тъканите само много бавно в продължение на няколко седмици след спиране на приема. В кръвта бета-каротинът се транспортира от липопротеини, които са съставени от липофилни молекули и аполипопротеини (протеинова част, функционира като структурно скеле и / или разпознаваща и докинг молекула, например за мембранни рецептори), като Apo AI, B-48, C-II, D и E. Каротеноидът също се транспортира от липопротеини. Каротиноидът е свързан с 58-73% LDL, 17-26% обвързани с HDLи 10-16%, свързани с VLDL [13, 23, 33, 36-38, 45]. В нормален смесен диета, серумните концентрации на бета-каротин варират от 20-40 µg / dl (0.4-0.75 µmol / l), като жените имат средно 40% по-висока стойност от мъжете. В допълнение към пола, биологичната възраст, здраве състояние, общо телесни мазнини маса, и алкохол и консумацията на цигари също може да повлияе на серумните концентрации на бета-каротин. Докато каротеноидът е оптимално ефективен при серумно ниво ≥ 0.4 µmol / l - по отношение на здраве профилактика - серумните концентрации <0.3 µmol / l могат да бъдат идентифицирани като дефицит на бета-каротин. Бета-каротинът е плацента-пропусклив и преминава в кърма. В човешки серум и кърма, 34 от приблизително 700 известни каротеноиди, включително 13 геометрични изцяло транс-изомери, са идентифицирани към днешна дата. Сред тях бета-каротинът е открит най-често заедно с лутеин, криптоксантин, зеаксантин и алфа-каротин. Бета-каротинът представлява приблизително 15-30% от общите каротеноиди в серума. Докато провитамин-А се среща предимно в неговата изцяло транс форма в серума, цис конфигурацията (9-цис бета-каротин) постоянно присъства в тъканните запаси.
отделяне
Неабсорбираният бета-каротин напуска тялото във фекалиите (изпражненията), докато апокаротеналите и други метаболити на бета-каротина се елиминират с урината. За да превърнат метаболитите в екскретируема форма, те се подлагат на биотрансформация, както и всички липофилни (мастноразтворими) вещества. Биотрансформацията се среща в много тъкани, особено в черния дроб, и може да бъде разделена на две фази:
- Във фаза I метаболитите на бета-каротин се хидроксилират (вмъкване на ОН група), за да се увеличи разтворимостта от системата цитохром Р-450
- Във фаза II настъпва конюгация с силно хидрофилни (водоразтворими) вещества - за тази цел глюкуроновата киселина се прехвърля в предварително въведената OH група на метаболитите с помощта на глюкуронилтрансфераза
Голяма част от метаболитите на бета-каротин все още не са изяснени. Въпреки това може да се приеме, че екскреционните продукти са предимно глюкуронирани метаболити. След сингъл администрация, времето на престой на каротеноидите в тялото е между 5-10 дни.
