Béta-karotin nagy csoportjába tartozik karotinoidok - lipofil (zsírban oldódó) pigment festékek növényi eredetű - amelyek besorolása: másodlagos növényi vegyületek (bioaktív anyagok Egészségelősegítő hatások - „anutritív összetevők”). Béta-karotin a legismertebb, mennyiségi szempontból pedig a legfontosabb természetes képviselője a karotinoidok, amelyből a vegyületek gyűjtőneve is származik. Szerkezeti jellemzője béta-karotin szimmetrikus, többszörösen telítetlen poliénszerkezet (többszörös szerves vegyület) szén-szén (CC) kettős kötés), amely nyolc izoprenoid egységből és 11 konjugált kettős kötésből áll (→ 40 C-atomú tetraterpén). Az izoprenoid lánc mindkét végéhez béta-ionon gyűrű (helyettesítetlen, konjugált trimetilciklohexén gyűrű) kapcsolódik - ez egy szerkezeti elem, amely a retinolban is előfordul (A-vitamin) és előfeltétele az A-vitamin aktivitásának. A konjugált kettős kötések rendszere narancsvörös-vörös színt ad a béta-karotinnak, és felelős a karotinoid egyes fizikai-kémiai tulajdonságaiért, amelyek közvetlenül kapcsolódnak biológiai hatásaihoz. A béta-karotin kifejezett lipofilicitása (zsírban való oldhatósága) mindkét bélre hatással van (a beleket illetően) abszorpció és a terjesztés a szervezetben. A béta-karotin különböző geometriai formákban (cisz / transz izomerek) fordulhat elő, amelyek egymásba alakíthatók. A növényekben a béta-karotin túlnyomórészt (~ 98%) van jelen stabil all-transz izomer formájában. Az emberi szervezetben néha különböző izomer formák jelenhetnek meg. A xantofillal ellentétben, például a lutein, a zeaxanthin és a béta-cryptoxanthin, a béta-karotin, mint az alfa-karotin és likopin, nem tartalmaz oxigén funkcionális csoport. A körülbelül 700-ból karotinoidok azonosítottak, körülbelül 60 darab átváltható A-vitamin (retinol) az emberi anyagcserén keresztül, és ezáltal provitamin A aktivitást mutat. A béta-karotin (all-transz és 13-cisz izomer) a legfontosabb képviselő ezzel a tulajdonsággal, és a legmagasabb A-vitamin aktivitás, majd all-transz-alfa-karotin, all-transz-béta-kriptoxantin és 8'-béta-apokarotenal. Így a béta-karotin döntő mértékben hozzájárul az A-vitamin-ellátáshoz, különösen az alacsony A-vitamin-bevitelű személyeknél, például a vegetáriánusoknál. A karotinoidok molekuláris követelményei az A-vitamin hatékonyságához a következők:
- Béta-ionon gyűrű (szubsztituálatlan konjugált trimetil-ciklohexén gyűrű).
- A gyűrű megváltozása az aktivitás csökkenéséhez vezet
- Az oxigént (O) hordozó gyűrűt tartalmazó karotinoidok, például a lutein és a zeaxantin, vagy a gyűrűs szerkezet nélkül, például a likopin, nincsenek A-vitamin aktivitással
- Izoprenoid lánc
- Legalább 15 C-atom plusz 2 metilcsoport.
- A cisz izomerek biológiai aktivitása alacsonyabb, mint a transz izomereké
Fény és hő vagy a jelenléte oxigén izomerizációval (konverziós transz → cisz konfiguráció) és a molekulaszerkezet oxidatív módosításával csökkentheti a béta-karotin A-vitamin aktivitását.
Szintézis
A béta-karotint növények, algák és baktériumok fotoszintézisre képes, és a növényi szervezetben tárolódik a kromoplasztokban (narancssárgára, sárgára és karotinoidokkal vörösülő plasztidák szirmaiban, gyümölcsökben vagy a növények tároló szerveiben (sárgarépában)) és kloroplasztokban (zöldalgák és magasabb rendű növények sejtjeinek organellái). amelyek fotoszintézist hajtanak végre) - komplex mátrixába építve fehérjék, lipidekés szénhidrátok. Ott a béta-karotin, más karotinoidokkal együtt, védelmet nyújt a fotooxidatív károsodások ellen azáltal, hogy reaktív „csillapítóként” („méregtelenítő”, „inaktivátor”) működik. oxigén vegyületek (1O2, szingulett oxigén), azaz a sugárzó energiát közvetlenül elnyelik a triplett állapoton keresztül, és deaktiválják azt hőfelszabadítással. Mivel a kioltás képessége a kettős kötések számával növekszik, a 11 kettős kötéssel rendelkező béta-karotin rendelkezik a legerősebb kioltó aktivitással a többi karotinoidhoz képest. A béta-karotin a természetben a legelterjedtebb karotinoidot képviseli. Sokféle gyümölcsben (2-10 mg / kg) és zöldségben (20-60 mg / kg) található meg, bár a fajtától függően a tartalom nagymértékben változhat, évszak, érettségi fok, növekedés, betakarítási és tárolási feltételek, valamint a növény különböző részein. Például a káposzta 200-szor több béta-karotint tartalmaz, mint a belső levelek. Sárga / narancssárga gyümölcsök és zöldségek, valamint sötétzöld leveles zöldségek, például sárgarépa, tök, kelkáposzta, spenót, szója káposzta, báránysaláta, kaliforniai paprika, cikória, édesburgonya és dinnye különösen gazdag béta-karotinban. Színező tulajdonságai miatt a növényekből kivont vagy szintetikus úton előállított béta-karotint színezőanyagként (E 160, illetve E 160a) használják az összes németországi élelmiszer körülbelül 5% -ában, beleértve a színezéket is vaj, margarin, tejtermékek, kenőcsök, cukrászsütemények vagy üdítők, átlagosan 1-5 mg / kg és mg / l között adva a szilárd ételekhez és italokhoz.
Abszorpció
Lipofil (zsírban oldódó) jellege miatt a béta-karotin felszívódik (felszívódik) a felső vékonybél zsíremésztés során. Ez szükségessé teszi az étkezési zsírok (3-5 g / étkezés) jelenlétét transzporterként, epesavak oldható (növeli az oldhatóságot) és micellákat, valamint észterázokat képez (emésztő enzimek) az észterezett béta-karotin lehasításához. Az élelmiszer-mátrixból való felszabadulás után a béta-karotin a vékonybél lumenében egyesül más lipofil anyagokkal és epesavak kevert micellák képződésére (3-10 nm átmérőjű gömb alakú szerkezetek, amelyekben a lipid molekulák úgy vannak elrendezve, hogy a víz- az oldható molekula részeket kifelé fordítjuk, a vízben oldhatatlan molekulákat pedig befelé fordítjuk) - micelláris fázis az oldhatósághoz (az oldhatóság növekedése) lipidek - amelyek felszívódnak az enterocitákba (a vékonybél sejtjei hámszövet) patkóbél (duodenum) és a jejunum (jejunum) passzív diffúziós folyamaton keresztül. A abszorpció A növényi élelmiszerekből származó béta-karotin aránya jelentősen változik az egyének között és azokon belül, 30 és 60% között mozog az egyidejűleg fogyasztott zsírok arányától függően - átlagosan 50%, ha körülbelül 1-3 mg béta-karotint fogyasztanak. A béta-karotin felszívódását elősegítő hatásuk szempontjából a telített zsírsavak sokkal hatékonyabbak, mint a többszörösen telítetlen zsírsavak (polién-zsírsavak, PFS), ami a következőképpen igazolható:
- A PFS növeli a kevert micellák méretét, ami csökkenti a diffúzió sebességét
- A PFS megváltoztatja a micelláris felület töltését, csökkentve az affinitást (kötési szilárdságot) az enterocitákhoz (a vékonybél hám sejtjeihez).
- A PFS (omega-3 és -6 zsírsavak) több helyet foglal el, mint a telített zsírsavak a lipoproteinekben (lipidek és fehérjék aggregátumai - micellaszerű részecskék, amelyek a lipofil anyagok szállítását szolgálják a vérben), korlátozva ezzel a többi lipofil molekulák, beleértve a béta-karotint is
- PFS, különösen az omega-3 zsírsavak, gátolják a lipoprotein szintézist.
A béta-karotin biohasznosulása a zsírbevitel mellett a következő endogén és exogén tényezőktől függ [3, 6, 7, 11-13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42 , 46]:
- A táplált (étrendi) béta-karotin mennyisége - az adag növekedésével csökken a karotinoid relatív biohasznosulása
- Izomer forma - a béta-karotin all-trans konfigurációjában jobban felszívódik, mint cisz formájában.
- Élelmiszerforrás - kiegészítőkből (izolált béta-karotin) a karotinoid jobban elérhető, mint a gyümölcsökből és zöldségekből (natív béta-karotin), ami a szérum béta-karotin szintjének jelentősen nagyobb növekedésében nyilvánul meg a kiegészítők bevétele után, mint ugyanazok a gyógyszerek a szokásos étrendből származó mennyiségek
- Élelmiszermátrix, amelyben a béta-karotin beépül - feldolgozott zöldségekből (mechanikus aprítás, hőkezelés) a béta-karotin lényegesen jobban (> 15%) szívódik fel jobban, mint a nyers élelmiszerekből (<3%), mert a nyers zöldségekben található a karotinoid a sejtben kristályos és szilárd emészthetetlen cellulózmátrixba van zárva
- Kölcsönhatások más élelmiszer-összetevőkkel:
- Az élelmi rostok, például a gyümölcsökből származó pektinek, csökkentik a béta-karotin biohasznosulását azáltal, hogy rosszul oldódó komplexeket képeznek a karotinoiddal
- Az Olestra (zsírsav- és szacharóz-észterekből álló szintetikus zsírpótló (→ szacharóz-poliészter), amelyet a test lipázai (zsírhasító enzimek) nem hasíthatnak és változatlan formában ürülnek ki) csökkenti a béta-karotin felszívódását
- A fitoszterolok és a sztanolok (a zsíros növényi részekben található szterinek osztályába tartozó kémiai vegyületek, mint például a magvak, a hajtások és a magvak, amelyek nagyon hasonlítanak a koleszterin szerkezetéhez és versenyképesen gátolják annak felszívódását) rontják a béta-karotin bélben történő felszívódását
- A karotinoid keverékek, például a béta-karotin, a lutein és a likopin bevitele egyaránt gátolhatja és elősegítheti a bél béta-karotin felszívódását.
- Fehérjék és a E-vitamin növeli a béta-karotint abszorpció.
- Az egyéni emésztési teljesítmény, például a felső emésztőrendszer mechanikus aprítása, a gyomor pH-ja, az epe áramlása - az alapos rágás és az alacsony gyomornedv-pH elősegíti a sejtek megszakadását, illetve a kötött és észterezett béta-karotin felszabadulását, ami növeli a karotinoid biológiai hozzáférhetőségét; a csökkent epeáramlás csökkenti a biohasznosulást a károsodott micella képződés miatt
- A szervezet ellátási állapota
- A-vitamin-ellátottság szintje - jó A-vitamin-állapot mellett a béta-karotin felszívódása csökken
- Genetikai tényezők
Biotranszformáció
A jejunum (üres bél) sejtjeinek citoszoljában a béta-karotin egy része retinollá (A-vitamin) alakul át. Ebből a célból a karotinoidot a központi vagy az excentrikus (decentralizált) kettős kötésen keresztül hasítja a citoszolos, nem membránhoz kötött 15,15′-dioxigenáz - karotenáz enzim, a központi hasítás a domináns mechanizmus. Míg a béta-karotin központi (szimmetrikus) hasítása kettőt eredményez molekulák retinális, decentralizált (aszimmetrikus) hasítása a karotinoidnak 8'-, 10′- és 12′-béta-apokarotént eredményez, a lebomlás (bomlás) helyétől függően, amelyet a retina egy molekulájává alakítanak át. további lebontással vagy a lánc rövidülésével. Ezt követi a retina biológiailag aktív retinollá történő redukciója alkohol dehidrogenáz - reverzibilis folyamat -, amely kötődik a sejtes retinolt megkötő II fehérjéhez (CRBPII) és - fiziológiai koncentrációnál - észterezett lecitin-retinol-aciltranszferáz (LRAT) vagy - nagyobb koncentrációban - acil-CoA-retinol-aciltranszferáz (ARAT) alkalmazásával zsírsavak, főleg palmitinsav (→ retinil észter). Ezenkívül a retina retinsavvá oxidálódhat - ez irreverzibilis folyamat, amely csak kis mértékben megy végbe [1, 3-5, 13, 31, 36, 37]. A béta-karotin átalakulása (átalakulása) retinollá az enterociták (a vékonybél sejtjei) citoszoljában hámszövet) becslése szerint 17%. Az enterociták mellett metabolizáció (metabolizáció) is előfordulhat a citoszolban máj, tüdő, veseés izomsejtek. Oxigén és fémion egyaránt - feltehetően vasaló - szükségesek a 15,15′-dioxigenáz aktivitásának fenntartásához. A béta-karotin retinollá történő átalakulása a következő tényezőktől függ:
- Genetikai tényezők
- A bél felszívódását befolyásoló étrendi jellemzők, például az élelmiszer-mátrix és a zsírtartalom
- A szállított béta-karotin mennyisége
- Fehérje állapota
- A szervezet ellátási helyzete
- Az A-vitamin és az E-vitamin mennyisége
- Alkohol fogyasztás
Ha a béta-karotint és a retinolt (A-vitamin) egyidejűleg fogyasztják, vagy ha az A-vitamin állapota jó, a 15,15′-dioxigenáz aktivitása a vékonybél sejtjeiben csökken, csökkentve a konverziós arányt és növelve a béta-karotin mennyiségét. nem hasított. Emiatt nincs kockázat hipervitaminózis A nagyon nagy dózisú béta-karotin mellett is. Az élelmiszer típusának, az élelmiszer-mátrixnak, amelybe a béta-karotin beépült, és az egyidejűleg hozzáadott zsír mennyiségének a befolyását a béta-karotin retinollá történő enterocitikus átalakulására a következő táblázat mutatja.
| Hatásában megközelítőleg ekvivalens 1 µg all-transz-retinol. | 2 µg béta-karotin tejben | Konverziós arány 2: 1 |
| 4 µg béta-karotin zsírokban | Konverziós arány 4: 1 | |
| 8 µg béta-karotin zsírral vagy főtt zöld leveles zöldséggel készített homogenizált sárgarépában. | Konverziós arány 8: 1 | |
| 12 μg béta-karotin főtt, leszűrt sárgarépában | Konverziós arány 12: 1 | |
| 26 µg béta-karotin főtt zöld levelű zöldségekben | Konverziós arány 26: 1 |
1 µg all-transz-retinol bevitelének megfelelő A-vitamin aktivitás elérése érdekében a béta-karotin bevitel például 2 µg tej, 12 µg főtt, leszűrt sárgarépából vagy 26 µg főtt zöld leveles zöldségből van szükség. Ez világossá teszi, hogy a célzott élelmiszer-kiválasztás, az étkezési zsírok jelenléte és az élelmiszer-feldolgozási folyamatok, mint pl főzés vagy mechanikus őrléssel kevesebb étrendi béta-karotint kell biztosítani a retinollá történő átalakuláshoz, ami a jobb bélfelszívódásuknak köszönhető. A béta-karotin felszívódásának növekedésével az enterocitákban a karotinoid retinollá való átalakulása is növekszik.
Szállítás és eloszlás a testben
A béta-karotin azon része, amelyet nem metabolizáltak retinollá a nyálkahártya sejtjeiben vékonybél retinil-észterekkel és más lipofil anyagokkal együtt chilomicronokba (CM, lipidekben gazdag lipoproteinek) épül be, amelyeket exocitózis (az anyagok sejtből történő szállítása) szekretál (szekretál) az enterociták intersticiális tereibe és az a nyirok. A chilomicronok a truncus zarnu (a hasüreg páratlan nyirokgyűjtő törzse) és a ductus thoracicus (a mellkas üregének nyirokgyűjtő törzse) útján jutnak a szubklaviaba. ér (subclavia vénája), illetve a jugularis véna (jugularis véna), amelyek konvergálva alkotják a brachiocephalicus vénát (bal oldal) - angulus venosus (vénás szög). Mindkét oldal venae brachiocephalicae egyesülve alkotják a párosítatlan felsőbbséget vena cava (superior vena cava), amely a jobb pitvar az szív. A chilomicronokat a perifériába vezetik be keringés a szivattyú erővel szív. A chilomikronok felezési ideje (az idő, amelyben az idővel exponenciálisan csökkenő érték feleződik) körülbelül 30 perc, és a chilomicron maradványokká (CM-R, alacsony zsírtartalmú chilomicron maradék részecskékké) bomlik le máj. Ebben az összefüggésben a lipoprotein lipáz (LPL) kulcsfontosságú szerepet játszik, amely az. Endothelsejtjeinek felszínén helyezkedik el vér kapillárisok és a szabad felszívódásához vezet zsírsavak és kis mennyiségű béta-karotin és retinil-észter különféle szövetekbe, például izomba, zsírszövetbe és emlőmirigybe, lipidhasítással. A béta-karotin és észterezett retinol többsége azonban molekulák maradnak a CM-R-ekben, amelyek a specifikus receptorokhoz kötődnek máj és a receptor által közvetített endocitózis révén a máj parenchymasejtjeibe kerülnek (behatolás az sejt membrán → a CM-R-t tartalmazó vezikulák (sejtorganellák) fojtása a sejt belsejébe). Míg a retinil-észterek az A-vitamin metabolikus útját követik, a béta-karotin részben metabolizálódik (metabolizálódik) retinollá és / vagy a májsejtekben tárolódik. A másik részt a VLDL tárolja (nagyon alacsony sűrűség lipoproteinek; lipidtartalmú, nagyon kis sűrűségű lipoproteinek), amelyeken keresztül a karotinoid a véráramon keresztül az extrahepatikus („a májon kívüli”) szövetekbe jut. Mivel a VLDL kering a vér a perifériás sejtekhez kötődik, lipidek az LPL hatására hasadnak, és a felszabaduló lipofil anyagokat, beleértve a béta-karotint is, passzív diffúzióval internalizálják (belsőleg felveszik). Ennek eredményeként a VLDL katabolizálódik IDL-re (köztes sűrűség lipoproteinek). Az IDL-részecskéket vagy felveheti a máj receptorok által közvetített módon, és ott lebonthatja, vagy metabolizálódhat a májban vér plazmát trigliceriddel lipáz (zsírmegosztó enzim) to koleszterin-gazdag LDL (alacsony sűrűség lipoproteinek). Béta-karotin kötődik LDL egyrészt a receptor által közvetített endocitózis révén a májba és az extrahepatikus szövetekbe kerül, másrészt HDL (nagy sűrűségű lipoproteinek; nagy sűrűségű fehérjében gazdag lipoproteinek), amelyek részt vesznek a béta-karotin és más lipofil molekulák, különösen koleszterin, a perifériás sejtektől a májig. A béta-karotin teljes testtartalma körülbelül 100-150 mg. Az A provitamin az ember minden szervében megtalálható, a legnagyobb koncentrációt a májban, a mellékveseiben, a herékben (herék), És petefészkek (petefészkek), különösen a sárgatest (sárgatest). A karotinoid tárolása 80-85% a szubkután zsírszövetben (szubkután zsír) és 8-12% a májban. Ezenkívül a béta-karotin marginálisan tárolódik a tüdőben, agy, szív, vázizom, bőrés más szervek. Közvetlen, de nem lineáris összefüggés van a szövetek tárolása és a karotinoid orális bevitele között. Így a béta-karotin csak nagyon lassan, több hét alatt szabadul fel a szövetraktárakból a bevitel abbahagyása után. A vérben a béta-karotint lipoproteinek szállítják, amelyek lipofil molekulákból és apolipoproteinek (fehérje molekularész, strukturális állványként funkcionál és / vagy felismerő és dokkoló molekula, például membránreceptoroknál), például Apo AI, B-48, C-II, D és E. A karotinoidot lipoproteinek is szállítják. A karotinoid 58-73% -ban kötődik LDL, 17-26% kötődik HDLés 10-16% kötődik a VLDL-hez [13, 23, 33, 36-38, 45]. Normál vegyesben diétaA szérum béta-karotin koncentrációja 20-40 µg / dl (0.4-0.75 µmol / l) között mozog, a nők átlagos értéke 40% -kal magasabb, mint a férfiaké. A nem, a biológiai életkor, Egészség állapot, teljes testzsír tömegés alkohol és a cigarettafogyasztás is befolyásolhatja a szérum béta-karotin koncentrációját. Míg a karotinoid optimálisan hatékony, ha a szérum szintje ≥ 0.4 µmol / l - a Egészség profilaxis - a szérumkoncentráció <0.3 µmol / l a béta-karotin hiányosságaként azonosítható. A béta-karotin placenta-áteresztő és átmegy anyatej. Emberi szérumban és anyatej, A körülbelül 34 ismert karotinoid közül 700-et, köztük 13 geometriai all-transz izomert azonosítottak a mai napig. Ezek közül a béta-karotint mutatták ki leggyakrabban a lutein, a kriptoxantin, a zeaxantin és az alfa-karotin mellett. A béta-karotin a szérumban található összes karotinoid körülbelül 15-30% -át teszi ki. Míg a provitamin-A elsősorban all-trans formában fordul elő a szérumban, a cisz konfiguráció (9-cisz béta-karotin) folyamatosan jelen van a szövetraktárakban.
Kiválasztás
A felszívatlan béta-karotin a székletben (székletben) hagyja el a testet, míg az apokarotenálok és a béta-karotin egyéb metabolitjai a vizelettel ürülnek. A metabolitok üríthető formává alakítása érdekében biotranszformáción mennek keresztül, csakúgy, mint az összes lipofil (zsírban oldódó) anyag esetében. A biotranszformáció sok szövetben, különösen a májban fordul elő, és két fázisra osztható:
- Az I. fázisban a béta-karotin metabolitjait hidroxilezzük (OH csoport beiktatása) a citokróm P-450 rendszer oldhatóságának növelése érdekében
- A II. Fázisban konjugáció történik nagyon hidrofil (vízben oldódó) anyagokkal - erre a célra a glükuronsavat a glükuroniltranszferáz segítségével a metabolitok előzőleg beépített OH csoportjába viszik át.
A béta-karotin metabolitjainak nagy részét még nem sikerült tisztázni. Feltételezhető azonban, hogy a kiválasztódási termékek túlnyomórészt glükuronidozott metabolitok. Egyetlen kislemez után igazgatás, a karotinoidok tartózkodási ideje a testben 5-10 nap között van.
