Beta karotén patrí do veľkej skupiny karotenoidy - lipofilný (v tukoch rozpustný) pigment farbivá rastlinného pôvodu - ktoré sú klasifikované ako sekundárne rastlinné zlúčeniny (bioaktívne látky s zdravie-propagačné účinky - „výživné zložky“). Beta karotén je najznámejší a z hľadiska množstva najdôležitejší prírodný zástupca triedy látok karotenoidy, od ktorého je odvodený aj súhrnný názov zlúčenín. Štrukturálny znak beta-karotén je symetrická polynenasýtená polyénová štruktúra (organická zlúčenina s viacerými uhlík-uhlíkové (CC) dvojité väzby), pozostávajúce z ôsmich izoprenoidových jednotiek a 11 konjugovaných dvojitých väzieb (→ tetraterpén so 40 atómami uhlíka). Na každý koniec izoprenoidného reťazca je pripojený beta-ionónový kruh (nesubstituovaný, konjugovaný trimetylcyklohexénový kruh) - štruktúrny prvok, ktorý sa vyskytuje aj v retinole (vitamín) a je predpokladom aktivity vitamínu A. Systém konjugovaných dvojitých väzieb dáva betakaroténu jeho oranžovo-červenú až červenú farbu a je zodpovedný za niektoré fyzikálno-chemické vlastnosti karotenoidu, ktoré priamo súvisia s jeho biologickými účinkami. Výrazná lipofilita (rozpustnosť v tukoch) betakaroténu ovplyvňuje obe črevá (týkajúce sa čreva). vstrebávanie a distribúcia v organizme. Beta-karotén sa môže vyskytovať v rôznych geometrických formách (cis / trans izoméry), ktoré sú navzájom prevoditeľné. V rastlinách je beta-karotén prevažne prítomný (~ 98%) ako stabilný all-trans izomér. V ľudskom organizme sa môžu niekedy vyskytovať rôzne izomérne formy. Na rozdiel od xantofylov, ako je luteín, zeaxantín a beta-kryptoxantín, beta-karotén, ako je alfa-karotén a lykopén, neobsahuje kyslík funkčná skupina. Z približne 700 karotenoidy identifikovaných, asi 60 je konvertibilných na vitamín (retinol) ľudským metabolizmom, a tým vykazujú aktivitu provitamínu A. Beta-karotén (all-trans a 13-cis izomér) je najdôležitejším predstaviteľom tejto vlastnosti a má najvyššiu vitamín aktivity, nasledovaný all-trans alfa-karoténom, all-trans beta-kryptoxantínom a 8'-beta-apokarotenalom. Betakarotén teda zásadným spôsobom prispieva k prísunu vitamínu A, najmä u jedincov s nízkym príjmom vitamínu A, ako sú vegetariáni. Medzi molekulárne požiadavky na účinnosť vitamínu A patria karotenoidy:
- Beta-ionónový kruh (nesubstituovaný konjugovaný trimetylcyklohexénový kruh).
- Zmeny krúžku vedú k zníženiu aktivity
- Karotenoidy s kruhom nesúcim kyslík (O), ako je luteín a zeaxantín, alebo bez štruktúry kruhu, ako je lykopén, nemajú aktivitu vitamínu A
- Izoprenoidový reťazec
- Najmenej 15 atómov C plus 2 metylové skupiny.
- Cis izoméry majú nižšiu biologickú aktivitu ako trans izoméry
Svetlo a teplo alebo prítomnosť kyslík môže znížiť aktivitu vitamínu A betakaroténu prostredníctvom izomerizácie (konverzia trans → cis konfigurácia) a oxidačnej modifikácie molekulárnej štruktúry, v uvedenom poradí.
syntéza
Beta-karotén je syntetizovaný rastlinami, riasami a baktérie schopný fotosyntézy a je uložený v rastlinnom organizme v chromoplastoch (plastidy sfarbené oranžovo, žlto a červenkasto karotenoidmi v okvetných lístkoch, plodoch alebo v zásobných orgánoch rastlín) a chloroplastoch (organely buniek zelených rias a vyšších rastlín) ktoré vykonávajú fotosyntézu) - začlenené do zložitej matice proteíny, lipidya sacharidy. Tam betakarotén spolu s ďalšími karotenoidmi poskytuje ochranu pred fotooxidačným poškodením tým, že pôsobí ako „zhášač“ („detoxikátor“, „inaktivátor“) reaktívneho činidla kyslík zlúčeniny (1O2, singletový kyslík), tj. priamo absorbujúca sálavú energiu prostredníctvom stavu tripletov a deaktivujúca ju uvoľňovaním tepla. Pretože schopnosť ochladzovať sa zvyšuje s počtom dvojitých väzieb, beta-karotén so svojimi 11 dvojitými väzbami má najsilnejšiu zhášaciu aktivitu v porovnaní s inými karotenoidmi. Beta-karotén predstavuje najrozšírenejší karotenoid v prírode. Nachádza sa v širokej škále ovocia (2 - 10 mg / kg) a zeleniny (20 - 60 mg / kg), aj keď sa ich obsah môže veľmi líšiť v závislosti od odrody, ročné obdobie, stupeň zrelosti, rast, podmienky zberu a skladovania a v rôznych častiach rastliny. Napríklad vonkajšie listy kapusta obsahujú 200-krát viac betakaroténu ako vnútorné listy. Žlté / oranžové ovocie a zelenina a tmavozelená listová zelenina, ako je mrkva, tekvica, kel, špenát, savoy kapusta, jahňací šalát, paprika, čakanka, sladké zemiaky a melóny sú obzvlášť bohaté na betakarotén. Vďaka svojim farbiacim vlastnostiam sa betakarotén - extrahovaný z rastlín alebo vyrobený synteticky - používa ako farbivo (E 160, respektíve E 160a) asi v 5% všetkých potravín v Nemecku, vrátane farbív. maslomargarín, mliečne výrobky, nátierky, cukrovinky alebo sódy, ktoré sa pridávajú do tuhých jedál a nápojov v priemere od 1 do 5 mg / kg a mg / l.
Vstrebávanie
Pre svoju lipofilnú (v tukoch rozpustnú) povahu sa beta-karotén absorbuje (vstrebáva) v hornej časti tenké črevo pri trávení tukov. To si vyžaduje prítomnosť tukov z potravy (3 - 5 g / jedlo) ako transportérov, žlčové kyseliny na solubilizáciu (zvýšenie rozpustnosti) a tvorbu micel a esteráz (tráviacich enzýmy) štiepiť esterifikovaný betakarotén. Po uvoľnení z potravinovej matrice sa betakarotén kombinuje v lúmene tenkého čreva s inými lipofilnými látkami a žlčové kyseliny za vzniku zmiešaných micel (sférické štruktúry s priemerom 3 - 10 nm, v ktorých je lipid molekuly sú usporiadané tak, aby: voda-časti rozpustnej molekuly sú otočené smerom von a vo vode nerozpustné časti molekuly sú otočené dovnútra) - micelárna fáza pre solubilizáciu (zvýšenie rozpustnosti) lipidy - ktoré sa vstrebávajú do enterocytov (bunky tenkého čreva epitel) dvanástnik (duodenum) a jejunum (jejunum) prostredníctvom procesu pasívnej difúzie. The vstrebávanie miera beta-karoténu z rastlinných potravín sa medzi jednotlivcami aj medzi nimi značne líši a pohybuje sa od 30 do 60% v závislosti od podielu tukov konzumovaných súčasne - v priemere 50%, keď sa skonzumujú približne 1 - 3 mg betakaroténu. Pokiaľ ide o ich podporný vplyv na absorpciu betakaroténu, nasýtené mastné kyseliny sú oveľa účinnejšie ako polynenasýtené mastné kyseliny (polyénové mastné kyseliny, PFS), čo možno odôvodniť takto:
- PFS zväčšujú veľkosť zmiešaných micel, čo znižuje rýchlosť difúzie
- PFS menia náboj na micelárnom povrchu a znižujú afinitu (väzbovú silu) k enterocytom (bunkám tenkého čreva).
- PFS (omega-3 a -6 mastné kyseliny) zaberajú viac priestoru ako nasýtené mastné kyseliny v lipoproteínoch (agregáty lipidov a proteínov - micelárne častice - ktoré slúžia na transport lipofilných látok v krvi), čím obmedzujú priestor pre ďalšie lipofilné látky molekúl vrátane beta-karoténu
- PFS, najmä omega-3 mastné kyseliny, inhibujú syntézu lipoproteínov.
Biologická dostupnosť betakaroténu závisí okrem príjmu tuku aj od nasledujúcich endogénnych a exogénnych faktorov [3, 6, 7, 11–13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42 46]:
- Množstvo dodaného potravinového (dietetického) betakaroténu - s rastúcou dávkou klesá relatívna biologická dostupnosť karotenoidu.
- Izomérna forma - betakarotén je lepšie absorbovaný v konfigurácii all-trans ako v cis forme.
- Zdroj potravy - z doplnkov (izolovaný betakarotén) je karotenoid dostupnejší ako z ovocia a zeleniny (natívny betakarotén), čo sa prejaví výrazne vyšším zvýšením hladín sérového betakaroténu po užití doplnkov v porovnaní s užívaním rovnakých doplnkov. množstvá z bežnej stravy
- Potravinová matrica, v ktorej je obsiahnutý betakarotén - zo spracovanej zeleniny (mechanické rozdrobenie, tepelné ošetrenie) sa betakarotén vstrebáva podstatne lepšie (> 15%) ako zo surových potravín (<3%), pretože karotenoid v surovej zelenine je prítomný v bunke kryštalický a uzavretý v pevnej nestráviteľnej celulózovej matrici
- Interakcie s inými zložkami potravy:
- Vláknina, ako napríklad pektíny z ovocia, znižuje biologickú dostupnosť betakaroténu tvorbou zle rozpustných komplexov s karotenoidom.
- Olestra (náhrada syntetického tuku pozostávajúca z esterov mastných kyselín a sacharózy (→ polyester sacharózy), ktorá sa nedokáže štiepiť lipázami tela (enzýmy štiepiacimi tuk) a vylučuje sa nezmenená), znižuje absorpciu betakaroténu.
- Fytosteroly a stanoly (chemické zlúčeniny z triedy sterolov nachádzajúcich sa v mastných častiach rastlín, ako sú semená, klíčky a semená, ktoré sú veľmi podobné štruktúre cholesterolu a kompetitívne inhibujú jeho absorpciu) zhoršujú intestinálnu absorpciu betakaroténu.
- Príjem zmesí karotenoidov, ako je betakarotén, luteín a lykopén, môže inhibovať aj podporovať intestinálnu absorpciu betakaroténu.
- Proteíny a vitamín E zvýšiť betakarotén vstrebávanie.
- Individuálny tráviaci výkon, ako je mechanické rozdrobenie v hornom zažívacom trakte, pH žalúdka, odtok žlče - dôkladné žuvanie a nízke pH žalúdočnej šťavy podporuje narušenie buniek a uvoľnenie viazaného a esterifikovaného betakaroténu, čo zvyšuje biologickú dostupnosť karotenoidu; znížený odtok žlče znižuje biologickú dostupnosť v dôsledku zhoršenej tvorby micel
- Stav zásobenia organizmu
- Úroveň prísunu vitamínu A - pri dobrom stave vitamínu A sa znižuje absorpcia betakaroténu
- Genetické faktory
biotransformácie
V cytosóle buniek jejuna (prázdne črevo) sa časť betakaroténu premieňa na retinol (vitamín A). Na tento účel sa karotenoid štiepi buď na centrálnej, alebo na excentrickej (decentralizovanej) dvojitej väzbe cytosolickým, na membránu neviazaným enzýmom 15,15'-dioxygenázou - karotenázou, pričom dominantným mechanizmom je centrálne štiepenie. Zatiaľ čo centrálne (symetrické) štiepenie betakaroténu vedie k dvom molekuly retinálneho, decentralizovaného (asymetrického) štiepenia karotenoidu vedie k 8'-, 10'- a 12'-beta-apokaroténu, v závislosti od miesta degradácie (rozkladu), ktoré sa prevedie na jednu molekulu sietnice ďalšou degradáciou alebo skrátením reťazca. Nasleduje redukcia sietnice na biologicky aktívny retinol o alkohol dehydrogenáza - reverzibilný proces -, ktorý sa viaže na bunkový proteín viažuci retinol II (CRBPII) a - pri fyziologických koncentráciách - je esterifikovaný lecitín-retinol acyltransferáza (LRAT) alebo - pri vyšších koncentráciách - acyl-CoA-retinol acyltransferáza (ARAT) s mastné kyseliny, hlavne kyselina palmitová (→ retinyl ester). Okrem toho môže byť retinál oxidovaný na kyselinu retinovú - nezvratný proces, ktorý sa vyskytuje iba v malom rozsahu [1, 3-5, 13, 31, 36, 37]. Konverzia (transformácia) betakaroténu na retinol v cytozole enterocytov (bunky tenkého čreva) epitel) sa odhaduje na 17%. Okrem enterocytov môže dôjsť k metabolizmu (metabolizmu) aj v cytosóle pečeň, pľúca, obličkaa svalové bunky. Kyslík aj kovový ión - pravdepodobne železo - sú povinní udržiavať aktivitu 15,15′-dioxygenázy. Konverzia betakaroténu na retinol závisí od nasledujúcich faktorov:
- Genetické faktory
- Dietetické vlastnosti, ktoré ovplyvňujú vstrebávanie v čreve, ako napríklad matrica potravy a obsah tuku
- Množstvo dodaného betakaroténu
- Stav bielkovín
- Zásobovacia situácia organizmu
- Úroveň prísunu vitamínu A a vitamínu E.
- Konzumácia alkoholu
Ak sa betakarotén a retinol (vitamín A) konzumujú súčasne alebo ak je stav vitamínu A dobrý, aktivita 15,15′-dioxygenázy v bunkách tenkého čreva klesá, čo znižuje rýchlosť premeny a zvyšuje množstvo betakaroténu, ktorý je neštiepený. Z tohto dôvodu neexistuje žiadne riziko hypervitaminóza Dokonca aj pri veľmi vysokých dávkach betakaroténu. Vplyv typu potraviny, potravinovej matrice, v ktorej je obsiahnutý betakarotén, a množstva súčasne pridaného tuku na enterocytovú premenu betakaroténu na retinol je uvedený v nasledujúcej tabuľke.
| Účinok je približne ekvivalentný 1 ug all-trans-retinolu. | 2 µg betakaroténu v mlieku | Prevodný pomer 2: 1 |
| 4 µg beta-karoténu v tukoch | Prevodný pomer 4: 1 | |
| 8 µg beta-karoténu v homogenizovanej mrkve pripravenej s tukom alebo varenej zelenej listovej zelenine. | Prevodný pomer 8: 1 | |
| 12 µg beta-karoténu vo varenej, prepasírovanej mrkve | Prevodný pomer 12: 1 | |
| 26 µg beta-karoténu vo varenej zelenej listovej zelenine | Prevodný pomer 26: 1 |
Na dosiahnutie aktivity vitamínu A zodpovedajúcej príjmu 1 µg all-trans-retinolu sa príjem beta-karoténu, napríklad 2 µg z mliekoJe potrebných 12 µg z varenej, prepasírovanej mrkvy alebo 26 µg z varenej zelenej listovej zeleniny. To objasňuje, že cieleným výberom potravín, prítomnosťou tukov v strave a procesmi spracovania potravín, ako sú napr varenie alebo mechanické rozomletie, na premenu na retinol je potrebné dodať menej dieta-karoténu, čo je spôsobené ich zlepšenou absorpciou v čreve. So zvýšením absorpcie betakaroténu sa zvyšuje aj konverzia karotenoidu na retinol v enterocytoch.
Transport a distribúcia v tele
Časť beta-karoténu, ktorý nebol metabolizovaný na retinol v bunkách sliznice tenké črevo je zabudovaný spolu s retinylestermi a inými lipofilnými látkami do chylomikrónov (CM, lipoproteíny bohaté na lipidy), ktoré sú vylučované (vylučované) do intersticiálnych priestorov enterocytov exocytózou (transport látok z bunky) a transportované preč cez the lymfa. Cez truncus intestinalis (nepárový lymfatický zberný kmeň brušnej dutiny) a ductus thoracicus (lymfatický zberný kmeň hrudnej dutiny) vstupujú chylomikróny do podklíčkovej žila (podkľúčová žila), respektíve jugulárna žila (jugulárna žila), ktoré sa zbiehajú a vytvárajú brachiocefalickú žilu (ľavá strana) - angulus venosus (venózny uhol). Venae brachiocephalicae oboch strán sa spájajú a vytvárajú nepárového predstaveného dutá žila (superior vena cava), ktorá ústi do pravé átrium z srdce. Chylomikróny sa zavádzajú do periférnych zariadení obeh čerpacou silou srdce. Chylomikróny majú polčas (čas, v ktorom sa hodnota, ktorá sa s časom exponenciálne znižuje, znižuje na polovicu) približne 30 minút a sú degradované na zvyšky chylomikrónu (CM-R, častice zvyšku chylomikrónu s nízkym obsahom tuku) počas transportu do pečeň. V tejto súvislosti lipoproteín lipáza (LPL) hrá rozhodujúcu úlohu, ktorá sa nachádza na povrchu endotelových buniek krv kapiláry a vedie k príjmu zadarmo mastné kyseliny a malé množstvá betakaroténu a retinylesterov do rôznych tkanív, napríklad do svalu, tukového tkaniva a mliečnej žľazy, štiepením lipidov. Väčšina betakaroténu a esterifikovaného retinolu však bola molekuly zostávajú v CM-R, ktoré sa viažu na špecifické receptory v pečeň a sú absorbované do parenchymálnych buniek pečene pomocou endocytózy sprostredkovanej receptormi (invagináciu z bunková membrána → uškrtenie vezikúl obsahujúcich CM-R (bunkové organely) do vnútra bunky). Zatiaľ čo retinylestery sledujú metabolickú cestu vitamínu A, beta-karotén sa čiastočne metabolizuje (metabolizuje) na retinol a / alebo sa ukladá v pečeňových bunkách. Druhá časť je uložená vo VLDL (veľmi nízka hustota lipoproteíny; lipoproteíny obsahujúce lipidy s veľmi nízkou hustotou), cez ktoré karotenoid prechádza cez krvný obeh do extrahepatálnych („mimo pečene“) tkanív. Pretože VLDL cirkuluje v krv viaže sa na periférne bunky, lipidy sa štiepia pôsobením LPL a uvoľnené lipofilné látky, vrátane betakaroténu, sa internalizujú (interne absorbujú) pasívnou difúziou. To vedie k katabolizmu VLDL na IDL (medziprodukt hustota lipoproteíny). Častice IDL môžu byť absorbované v pečeni receptorom sprostredkovaným spôsobom a degradované tam alebo metabolizované v krv plazmu triglyceridom lipáza (enzým štiepiaci tuk) na cholesterolubohatý LDL (nízka hustota lipoproteíny) .Viazaný beta-karotén LDL sa na jednej strane vstrebáva do pečene a extrahepatálnych tkanív prostredníctvom receptorom sprostredkovanej endocytózy a na druhej strane sa prenáša do HDL (lipoproteíny s vysokou hustotou; lipoproteíny bohaté na bielkoviny s vysokou hustotou), ktoré sa podieľajú na transporte betakaroténu a iných lipofilných molekúl, najmä cholesterolu, z periférnych buniek späť do pečene. Celkový obsah betakaroténu v tele je asi 100 - 150 mg. Provitamín-A sa nachádza vo všetkých orgánoch človeka, s najvyššou koncentráciou v pečeni, nadobličkách, semenníkoch (semenníky), A vaječníky (vaječníky), najmä žlté teliesko (corpus luteum). Karotenoid sa ukladá 80 - 85% v podkožnom tukovom tkanive (podkožný tuk) a 8 - 12% v pečeni. Okrem toho sa beta-karotén okrajovo ukladá v pľúcach, mozog, srdce, kostrové svalstvo, kožaa ďalšie orgány. Existuje priama, ale nie lineárna korelácia medzi ukladaním do tkanív a perorálnym príjmom karotenoidu. Beta-karotén sa teda uvoľňuje z tkanivových zásob iba veľmi pomaly počas niekoľkých týždňov po ukončení príjmu. V krvi je betakarotén transportovaný lipoproteínmi, ktoré sú zložené z lipofilných molekúl a apolipoproteíny (proteínová časť, funguje ako štruktúrny skelet a / alebo rozpoznávacia a dokovacia molekula, napríklad pre membránové receptory), ako napríklad Apo AI, B-48, C-II, D a E. Karotenoid je tiež transportovaný lipoproteínmi. Karotenoid je viazaný na 58-73% LDL, 17-26% viazané na HDLa 10 až 16% sa viaže na VLDL [13, 23, 33, 36-38, 45]. V normálnom zmiešanom strava, sérové koncentrácie beta-karoténu sa pohybujú od 20 do 40 ug / dl (0.4 až 0.75 umol / l), pričom ženy majú v priemere o 40% vyššiu hodnotu ako muži. Okrem pohlavia, biologického veku, zdravie stav, celkový telesný tuk hmotaa alkohol a spotreba cigariet môže tiež ovplyvniť koncentrácie beta-karoténu v sére. Zatiaľ čo karotenoid je optimálne účinný pri sérovej hladine ≥ 0.4 µmol / l - v zmysle zdravie profylaxia - sérové koncentrácie <0.3 µmol / l možno identifikovať ako nedostatok betakaroténu. Beta-karotén je placenta-priepustný a prechádza do materské mlieko. V ľudskom sére a materské mlieko, Doteraz bolo identifikovaných 34 z približne 700 známych karotenoidov, vrátane 13 geometrických all-trans izomérov. Z nich sa najčastejšie zistil betakarotén spolu s luteínom, kryptoxantínom, zeaxantínom a alfa-karoténom. Beta-karotén predstavuje približne 15-30% celkových karotenoidov v sére. Zatiaľ čo provitamín-A sa primárne vyskytuje v all-trans forme v sére, cis konfigurácia (9-cis beta-karotén) je neustále prítomná v tkanivových zásobách.
vylučovanie
Neabsorbovaný betakarotén opúšťa telo vo výkaloch (stolici), zatiaľ čo apokarotény a ďalšie metabolity betakaroténu sú vylučované močom. Za účelom premeny metabolitov na vylúčiteľnú formu prechádzajú biotransformáciou, rovnako ako všetky lipofilné látky (rozpustné v tukoch). Biotransformácia sa vyskytuje v mnohých tkanivách, najmä v pečeni, a možno ju rozdeliť do dvoch fáz:
- Vo fáze I sú metabolity betakaroténu hydroxylované (inzercia skupiny OH), aby sa zvýšila rozpustnosť systémom cytochrómu P-450
- Vo fáze II dochádza ku konjugácii s vysoko hydrofilnými (vo vode rozpustnými) látkami - za týmto účelom sa kyselina glukurónová prenáša na predtým vloženú OH skupinu metabolitov pomocou glukuronyltransferázy
Väčšina metabolitov betakaroténu ešte nie je objasnená. Dá sa však predpokladať, že produkty vylučovania sú prevažne glukuronidované metabolity. Po jednom správa, doba pobytu karotenoidov v tele je medzi 5-10 dňami.
