Лутеин: Определение, синтез, абсорбция, транспорт и разпространение

Лутеинът (на латински: luteus „жълт”) е добре познат представител на каротеноиди (липофилен (мастноразтворим) пигмент багрила от растителен произход) - тези вторични растителни съединения (биоактивни вещества с здраве-промотиращи ефекти - „хранителни съставки“), които придават на растителните организми жълтия до червеникав цвят. Лутеинът се състои от общо 40 въглероден (С-), 56 водород (Н-) и 2 кислород (О-) атоми - молекулна формула C40H56O2. По този начин лутеинът, подобно на зеаксантин и бета-криптоксантин, се брои сред ксантофилите, които в сравнение с каротините като алфа-каротин, бета-каротин намлява ликопен, съдържат, освен въглероден намлява водород, функционален кислород групи - под формата на 2 хидрокси (ОН) групи в случай на лутеин. Структурната характеристика на лутеина е полиненаситена полиенова структура (органично съединение с множество въглероден-въглеродни (CC) двойни връзки), състоящи се от 8 изопреноидни единици и 11 двойни връзки, 10 от които са конюгирани (множество последователни двойни връзки, разделени с точно една единична връзка). An кислород-заместен триметилциклохексенов пръстен (1 алфа, 1 бета йононов пръстен) е прикрепен към всеки край на изопреноидната верига. Системата от конюгирани двойни връзки е отговорна както за жълто-оранжевия цвят, така и за някои физикохимични свойства на лутеина, които са пряко свързани с техните биологични ефекти. Въпреки полярната OH група на алфа и бета йононовия пръстен, лутеинът е подчертано липофилен (мастноразтворим), който влияе върху чревния тракт абсорбция (поглъщане през червата) и разпределение в организма. Лутеинът може да се появи в различни геометрични форми (цис / транс изомери), които са конвертируеми един в друг:

  • Изцяло транс- (3R, 3'R, 6'R) -лутеин.
  • 9-цис-лутеин
  • 9′-цис-лутеин
  • 13-цис-лутеин
  • 13′-цис-лутеин

При растенията дицикличният ксантофил съществува предимно (~ 98%) като стабилен изцяло транс-изомер. В човешкия организъм понякога могат да се появят различни изомерни форми. Екзогенни влияния, като топлина и светлина, могат да променят конфигурацията на лутеин от храната. Цис-изомерите на лутеин, за разлика от всички транс-изомери, показват по-добра разтворимост, по-висока абсорбция скорости и по-бърз вътреклетъчен и извънклетъчен транспорт. От приблизително 700 каротеноиди идентифицирани, около 60 са конвертируеми витамин А (ретинол) от човешкия метаболизъм и по този начин проявяват активност на провитамин А. Тъй като и двете пръстеновидни системи на лутеин съдържат кислород, той не е провитамин А.

Синтез

Каротеноидите се синтезират (образуват) от всички растения, водорасли и бактерии способен на фотосинтеза. При висшите растения синтезът на каротеноиди се случва във фотосинтетично активни тъкани, както и в листенца, плодове и цветен прашец. Производството на каротеноиди в природата се изчислява на около 108 тона годишно, като по-голямата част се дължи на 4-те основни каротеноида лутеин, фукоксантин - в водораслите, виолаксантин и неоксантин - в растенията. И накрая, каротеноиди, главно ксантофили, са открити във всички изследвани досега листни части, особено тези с дициклична структура и хидрокси заместители в позиция C-3 или C-3 ′. Тъй като лутеинът се среща по-специално в свободна, както и естерифицирана форма в много растителни видове и родове, той е може би най-важният каротеноид за функционалността на растителните организми. Биосинтезата на лутеин се получава от алфа-каротин чрез хидроксилиране на двата йононови пръстена чрез специфични хидроксилази - ензимно въвеждане на OH групи. В клетките на растителния организъм лутеинът се съхранява в хромопластите (пластиди, оцветени в оранжево, жълто и червеникаво от каротеноиди в венчелистчета, плодове или органи за съхранение (моркови) на растенията) и хлоропласти (органели на клетките на зелените водорасли и висши растения, които извършват фотосинтеза) - включени в сложна матрица от протеини, липиди, и / или въглехидрати. Докато ксантофилът в хромопластите на венчелистчетата и плодовете служи за привличане на животни - за пренасяне на цветен прашец и разпръскване на семена - той осигурява защита срещу фотоокислителни щети в хлоропластите на растителните листа като компонент на събиращите светлината комплекси.Антиоксидантен защитата се постига чрез така нареченото закаляване (детоксикация, инактивиране) на реактивни кислородни съединения (1O2, синглетен кислород), при което лутеинът директно поглъща (поема) радиационната енергия чрез триплетното състояние и я дезактивира чрез отделяне на топлина. Тъй като способността за гасене се увеличава с броя на двойните връзки, лутеинът със своите 11 двойни връзки има висока тушираща активност. През есенните месеци хлорофилът (зеленият растителен пигмент) е основното вещество, разградено в хлоропластите, в допълнение към неоксантин и бета-каротин. За разлика от това, количеството лутеин не намалява. Това е причината листата на растенията да загубят зеления си цвят през есента и жълтият лутеин да стане видим. Лутеинът е широко разпространен в природата и заедно с алфа- и бета-каротин, бета-криптоксантин, ликопен както и зеаксантинът, той е най-разпространеният каротеноид в растителните храни. Винаги се придружава от зеаксантин и се съдържа с него предимно в тъмнозелени листни зеленчуци като кейл, спанак, зелеви репи и магданоз, въпреки че съдържанието може да варира значително в зависимост от сорта, сезона, зрелостта, растежа, прибирането и условията на съхранение и в различните части на растението. Например външните листа на зеле съдържат 150 пъти повече лутеин от вътрешните листа. Лутеинът навлиза в животинския организъм чрез растителна храна, където се натрупва в кръв, кожа или пера и има атрактант, предупреждение или камуфлаж функция. Например, лутеинът е отговорен за жълтия цвят на бедрата и ноктите на пилета, гъски и патици. Цветът на яйчния жълтък също се дължи на наличието на ксантофили, особено лутеин и зеаксантин - в съотношение около 4: 1. Лутеинът представлява около 70% в яйчния жълтък. По-специално, яйца от пилетата, патиците и канарчетата съдържат изобилие от лутеин. Според Chung et al (2004), бионаличност на ксантофил от богато на лутеин пиле яйца е значително по-висока, отколкото от растителни храни, като спанак или лутеин добавки. Промишлено, дицикличният ксантофил се получава чрез извличане на богати на лутеин растителни части, особено от венчелистчетата на Tagetes (невен, тревисто растение с лимоненожълти до кафявочервени съцветия). Използвайки методи за генно инженерство, е възможно да се повлияе на съдържанието и структурата на каротеноидите в растенията и по този начин селективно да се увеличи концентрация на лутеин. Лутеинът, извлечен от растения, се използва както като хранителен оцветител (E161b), включително за оцветяване на негазирани напитки, енергийни барове и диетични храни, така и като фуражна добавка за осигуряване на оцветяване в животинските продукти. Например, лутеинът се добавя към пилешки фураж, за да засили цвета на яйчните жълтъци.

Абсорбцията

Поради липофилната си (мастноразтворима) природа, лутеинът 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 лутеин. След освобождаване от диетичната матрица, лутеинът 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 нормата на лутеин от растителна храна варира в широки граници в рамките на отделните и между отделните индивиди, варирайки от 30% до 60%, в зависимост от дела на мазнините, консумирани едновременно. По отношение на тяхното стимулиращо влияние върху усвояването на лутеин, наситените мастни киселини са много по-ефективни от полиненаситените 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 и по този начин намаляват афинитета (силата на свързване) към ентероцитите (клетки на тънките чревни епители)
  • 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 лутеин
  • PFS, особено омега-3 мастни киселини, инхибират синтеза на липопротеини.

В допълнение към приема на мазнини, бионаличността на лутеин зависи и от следните ендогенни и екзогенни фактори [4, 8, 14, 15, 19, 26, 30, 43, 49-51, 55, 63, 66]:

  • Количество лутеин, доставено алиментарно (с храна) - с увеличаване на дозата относителната бионаличност на каротеноида намалява
  • Изомерна форма - лутеинът, за разлика от други каротеноиди като бета-каротин, се абсорбира по-добре в своята цис конфигурация, отколкото в своята изцяло транс-форма; термичната обработка, като готвене, насърчава превръщането от all-trans в цис лутеин
  • Източник на храна
    • От добавките (изолиран лутеин в мазен разтвор - без присъствие или естерифициран с мастни киселини), каротеноидът е по-достъпен, отколкото от растителни храни (естествен, сложно свързан лутеин), което се доказва от значително по-високо увеличение на серумните нива на лутеин след поглъщане добавки в сравнение с прием на равни количества от плодове и зеленчуци
    • От животински храни, например яйца, степента на усвояване на ксантофил е значително по-висока, отколкото от храни от растителен произход, като спанак или лутеинови добавки
  • Хранителна матрица, в която е включен лутеин - от преработени зеленчуци (механично смилане, термична обработка, хомогенизация) лутеинът се абсорбира значително по-добре (> 15%), отколкото от суровите храни (<3%), тъй като каротеноидът в суровите зеленчуци е кристален в клетка и е затворена в твърда целулозна и / или протеинова матрица, която е трудна за усвояване; Тъй като лутеинът е чувствителен към топлина, храните, съдържащи лутеин, трябва да се приготвят внимателно, за да се минимизират загубите.
  • Взаимодействия с други хранителни съставки:
    • Диетичните фибри, като пектини от плодове, намаляват бионаличността на лутеин чрез образуване на слабо разтворими комплекси с каротеноида
    • Olestra (синтетичен заместител на мазнините, състоящ се от естери на захароза и дълговерижни мастни киселини (? Захароза полиестер), който не може да се разцепи от липазите на тялото (ензими, разцепващи мазнини) поради стерично препятствие и се екскретира непроменен) намалява абсорбцията на лутеин; според Koonsvitsky et al (1997), дневният прием на 18 g олестра за период от 3 седмици води до 27% спад в нивата на серумните каротеноиди
    • 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) могат да повлияят на чревния тракт ) абсорбция на лутеин; по този начин, редовната употреба на фитостерол-съдържащи спредове, като маргарин, може да доведе до умерено намалено (с 10-20%) ниво на серумен каротеноид; чрез едновременно увеличаване на дневния прием на богати на каротеноиди плодове и зеленчуци, намаляването на серумната концентрация на каротеноиди може да бъде предотвратено чрез консумация на маргарин, съдържащ фитостерол
    • Прием на каротеноидни смеси, като лутеин, бета-каротин, криптоксантин и ликопен, може едновременно да инхибира и насърчава усвояването на лутеин в червата - на нивото на включване в смесени мицели в лумена на червата, ентероцити (тънкочревни клетки) по време на вътреклетъчен транспорт и включване в липопротеини - със силни междуиндивидуални различия; поради това, администрация високи дози бета-каротин (12-30 mg / ден) води до повишена абсорбция на лутеин и серумни нива на лутеин при някои пациенти, докато такова приложение при други пациенти е свързано с намалена абсорбция на лутеин и нива на серумен лутеин - вероятно поради кинетично изместване процеси по чревния тракт лигавицата.
    • Протеини намлява витамин Е увеличават абсорбцията на лутеин.
  • Индивидуално храносмилателно представяне, като механично смилане в горната част на храносмилателния тракт, стомашно рН, щателно дъвчене на жлъчния поток и ниско рН на стомашния сок насърчават клетъчното разрушаване и освобождаването на свързания и естерифициран лутеин, съответно, което увеличава бионаличността на каротеноидите; намаленият поток на жлъчката намалява бионаличността поради нарушено образуване на мицела
  • Състояние на снабдяване на организма
  • Генетични фактори

Транспорт и разпределение в тялото

В ентероцитите (клетки на тънките черва епителий) на горната тънко черво, лутеинът е включен в хиломикрони (CM, богати на липиди липопротеини) заедно с други каротеноиди и липофилни вещества, като триглицериди, фосфолипиди, и холестерол, които се секретират (секретират) в интерстициалните пространства на ентероцитите чрез екзоцитоза (транспорт на вещества извън клетката) и се транспортират през 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. От един-единствен администрация на халофилните морски водорасли Dunaliella salina, които могат да произвеждат значителни количества каротеноиди, включително (изцяло транс, цис-) бета-каротин, алфа-каротин, криптоксантин, ликопен, лутеин и зеаксантин, е показано в кръв на здрави индивиди, които хиломикрони предпочитано съхраняват ксантофилите лутеин и зеаксантин над каротини като алфа- и бета-каротин. Причината се обсъжда в по-високата полярност на ксантофилите, което води до по-ефективно усвояване на лутеин както в смесени мицели, така и в липопротеини в сравнение с бета-каротин. Хиломикроните имат период на 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 (FFS) и малки количества лутеин в различни тъкани, например мускули, мастна тъкан и млечна жлеза, чрез липидно разцепване. Въпреки това, по-голямата част от лутеин остава в CM-R, който се свързва със специфични рецептори в черен дроб и се поема в паренхимните клетки на черния дроб чрез рецептор-медиирана ендоцитоза (инвагинация от клетъчната мембрана - свиване на CM-R-съдържащи везикули (клетъчни органели) във вътрешността на клетката). В черен дроб клетки, лутеинът се съхранява частично, а друга част е включена във VLDL (много ниска плътност липопротеини), чрез които каротеноидът достига до екстрахепаталните тъкани чрез кръвния поток. Тъй като VLDL, циркулиращ в кръвта, се свързва с периферните клетки, липиди се разцепват чрез действие на LPL и освободените липофилни вещества, включително лутеин, се интернализират (поемат вътрешно) чрез пасивна дифузия. Това води до катаболизъм (разграждане) на VLDL до IDL (междинен плътност липопротеини). IDL частиците могат или да бъдат поети от черния дроб по медииран от рецептора начин и там да се разграждат, или да се метаболизират (метаболизират) в кръвната плазма от триглицериди липаза (ензим, разделящ мазнините) до холестерол-богат LDL (ниско плътност липопротеини). Лутеинът е обвързан LDL се поема в черния дроб и екстрахепаталните тъкани чрез рецептор-медиирана ендоцитоза, от една страна и се прехвърля в HDL (липопротеини с висока плътност) от друга страна, които участват в транспорта на лутеин и други липофилни молекули, По-специално холестерол, от периферни клетки обратно към черния дроб. В човешките тъкани и органи се намира сложна смес от каротеноиди, която е обект на силни индивидуални вариации както в качествено (модел на каротеноиди), така и количествено (концентрация каротеноиди) .Лутеинът, зеаксантинът, алфа- и бета-каротинът, ликопенът, както и алфа- и бета-криптоксантинът са основните каротиноиди в организма и допринасят около 80% за общото съдържание на каротеноиди.Лутеинът се намира във всички тъкани и органи на хората, въпреки че има значителни разлики в концентрация. В допълнение към черния дроб, надбъбречните жлези, тестисите (тестиси) И яйчници (яйчници) - особено жълтото тяло (жълтото тяло) - жълто петно на окото (лат.: macula lutea, областта на ретината (ретината) с най-голяма плътност на фоторецепторите („точката на най-остро зрение“), по-специално има високо съдържание на лутеин. жълто петно се намира в центъра на временната ретина (страна на съня) на оптичен нерв папила и има диаметър 3-5 мм. Фоторецепторите на жълтата макула са главно конусите, отговорни за възприемането на цветовете. Макулата съдържа лутеин и зеаксантин като единствените каротеноиди, поради което лутеинът, във взаимодействие със зеаксантин, е от съществено значение (жизненоважен) за зрителния процес. И двата ксантофила могат да абсорбират синя (високоенергийна късо дължина на вълната) светлина с висока ефективност и по този начин да защитят клетките на ретината от фотоокислително увреждане, което играе роля в патогенезата (развитието) на сенилната (свързана с възрастта) дегенерация на макулата (AMD). AMD се характеризира с постепенна загуба на клетъчната функция на ретината и е водещата причина за слепота при хора на възраст> 50 години в индустриализираните страни. Според епидемиологични проучвания повишеният прием на лутеин и зеаксантин (най-малко 6 mg / ден от плодове и зеленчуци) е свързан с увеличаване на плътността на макулния пигмент и намален риск от развитие на AMD [19, 26, 32, 33, 36 , 37, 53, 55-58]. Освен това има доказателства, че ежедневната добавка с лутеин (10 mg / ден) - самостоятелно или в комбинация с антиоксиданти, витамини, и полезни изкопаеми - може да подобри зрителната функция (зрителна острота и контрастна чувствителност) при пациенти с атрофична AMD. Освен това, Dagnelie et al (2000) установяват подобрение на средната зрителна острота и средното зрително поле при пациенти с ретинит пигментоза и други дегенерации на ретината (генетична или спонтанна индуцирана от мутация постепенна загуба на тъканната функция на ретината, в която фоторецепторите по-специално загиват) чрез приемане на лутеин (40 mg / ден). лещата като единствените каротеноиди. Чрез защита на лещата протеини от фотооксидативно увреждане, дицикличните ксантофили могат да предотвратят или забавят прогресията (прогресията) на катаракт (катаракта, замъгляване на леща на окото) [17, 19-21, 26, 31, 53, 55]. Това се подкрепя от няколко проспективни проучвания, при които увеличеният прием на богати на лутеин и зеаксантин храни, като спанак, зеле и броколи, намалява вероятността от развитие на катаракт или изискващи екстракция на катаракта (хирургична процедура, при която замъглено леща на окото се отстранява и замества с изкуствена леща) с 18-50%. По отношение на абсолютната концентрация и принос на тъканите към общото телесно тегло, лутеинът се локализира най-вече в мастната тъкан (около 65%) и черния дроб. Освен това лутеинът се намира незначително в бял дроб, мозък, сърце, скелетна мускулатура и кожа. Съществува пряка, но не линейна корелация (връзка) между съхранението в тъканите и пероралния прием на каротеноида. По този начин лутеинът се освобождава от тъканните депа само много бавно в продължение на няколко седмици след спиране на приема. В кръвта лутеинът се транспортира от липопротеини, които са съставени от липофилни молекули намлява 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 присъства в 75% от кръв. Каротеноидът е свързан с 75-80% LDL, 10-25% обвързани с HDLи 5-10% свързани с VLDL. В нормален смесен диета, серумните концентрации на лутеин варират от 129-628 µg / l (0.1-1.23 µmol / l) и варират в зависимост от пола, възрастта, здраве състояние, общо телесни мазнини маса, и нива на алкохол намлява тютюн консумация. Добавянето на стандартизирани дози лутеин може да потвърди, че се наблюдават големи междуиндивидуални вариации по отношение на серумната концентрация на лутеин. кърма, 34 от приблизително 700 известни каротеноиди, включително 13 геометрични изцяло транс-изомери, са идентифицирани към днешна дата. Сред тях най-често са открити лутеин, криптоксантин, зеаксантин, алфа- и бета-каротин и ликопен.

отделяне

Неабсорбираният лутеин напуска тялото във фекалиите (изпражненията), докато неговите метаболити (продукти на разграждането) 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 лутеина се хидроксилират (вмъкване на ОН група) от системата на цитохром Р-450 за повишаване на разтворимостта
  • Във фаза II се осъществява конюгиране със 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 лутеин 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.