Каротиноиды и их значение в живой природе и для человека. Каротин и каротиноиды: их виды, свойства, значение и применение

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.

Каротиноиды - это класс растительных пигментов, придающих красный, оранжевый и желтый цвет овощам и фруктам. Свое название они получили от моркови - carota по-латыни.

Свойства и роль каротиноидов в организме. Каротиноиды в продуктах

Что это такое

В пищевых продуктах обнаружено более 600 каротиноидов, но заметная биоактивность отмечена пока только у шести из них: бета-каротина, альфа-каротина, криптоксантина, ликопина, лютеина и зеаксантина.

Каротиноиды в продуктах

Каротиноидов много в продуктах. Бета-каротином особенно богаты морковь, абрикосы, манго, брокколи, листовые овощи; альфа-каротином - морковь и тыква; ликопином - плоды с красной мякотью (томаты, арбуз, некоторые грейпфруты, гуайява); лютеин и зеаксантин лучше получать из темно-зеленых овощей, кукурузы, тыквы, красного перца; криптоксантин - из манго, красного перца, арбузов, абрикосов, персиков, апельсинов. Для профилактики некоторых болезней желательно использовать смесь всех шести этих соединений.

Свойства каротиноидов

Каротиноиды полезны в первую очередь как антиоксиданты. Хотя все каротиноиды близки между собой по строению и действию, у каждого есть своя специфика. Три каротиноида являются провитаминами А, т. е. превращаются в витамин А нашими клетками. По биологической активности 1 г этого витамина соответствует 6 г бета-каротина и 12 г альфа-каротина или криптоксантина.

Основная польза каротиноидов

Каротиноиды защищают наши клетки от злокачественного перерождения. Ликопин, например, считается неплохим средством для профилактики возникновения рака предстательной железы. Учеными из Гарвардского университета было доказано: если еженедельно употреблять как минимум 10 блюд на основе томатов, то риск возникновения этого опасного заболевания снизится почти на 45 процентов. Весьма вероятно, что ликопин способен предупредить также и возникновение рака желудка и других отделов пищеварительного тракта. Исследования показывают, что высокие дозы альфа-каротина, лютеина и зеаксантина снижают риск рака легких, а первых двух из этих веществ - рака шейки матки.

Очевидно, каротиноиды полезны и для сердечно-сосудистой системы. Ученые, обследовав 1300 пожилых людей, обнаружили следующий факт: у потреблявших в пищу максимальное количество каротиноидов вероятность возникновения ишемической болезни на 50% а инфаркта миокарда на 75% ниже, чем у тех, кто ограничивается минимумом этих продуктов с высоким содержанием каротиноидов. И эта тенденция сохраняется даже несмотря на наличие в первой группе дополнительных факторов риска - табакокурения и повышенного уровня холестерина. По мнению ученых, все , но особенно альфа-каротин и ликопин, препятствуют образованию так называемого «плохого» холестерина (липопротеинов низкой плотности), который способствует атеросклерозу, и, как следствие, ишемической болезни.

Дополнительная польза

Лютеин и зеаксантин важны для зрения. Ликопин защищает хрусталик глаза от окислительного помутнения. Последние исследования доказывают, что потребление 16 мг ликопина из томатной пасты ежедневно в течение 10 недель обеспечивает хорошую защиту от солнечных ожогов ультрафиолетом. К сожалению, развивается она настолько медленно, что считать этот каротиноид надежной заменой солнцезащитного крема не приходится.

Показания к применению каротиноидов, противопоказания, побочное действие

Показания к применению каротиноидов

Профилактика некоторых типов рака, например предстательной железы и легких.

Профилактика ишемической болезни сердца.

Замедление дегенерации желтого пятна сетчатки.

Ослабленный иммунитет.

Способы применения каротиноидов

Дозы

Если в вашем меню недостаточно богатой разнообразными каротиноидами пищи, принимайте добавки, содержащие смесь альфа-каротина, бета-каротина, криптоксантина, ликопина, лютеина и зеаксантина.

Схема приема

Каротиноиды - вещества жирорастворимые, поэтому эффективнее всасываются кишечником, если одновременно проглотить немного жирной пищи. Суточную их дозу лучше разделить хотя бы на два приема в разное время. Тогда больше полезных веществ сможет всосаться в кровь и меньше пройдет, не дав никакого эффекта.

Форма выпуска

Таблетки

Капсулы

Хотя продаются и отдельные каротиноиды, например ликопин в капсулах, полезнее принимать их смесь.

Противопоказания к применению каротиноидов

Высокие дозы каротиноидов противопоказаны при беременности.

Возможные побочные действия

Очень высокие дозы каротиноидов могут привести к появлению оранжевого оттенка кожи, особенно на ладонях и подошвах. Это проходит, если снизить дозу. Других побочных эффектов при использовании смеси каротиноидов неизвестно, но перебор какого-либо из них может помешать действию других.

Привет, друзья!

Я заметила такую интересную вещь.

Иногда пишешь пост и понимаешь, что обычный человек, не вникающий глубоко в различные медицинские или биохимические термины, не совсем порой понимает, что это может обозначать☺

Поэтому я решила написать небольшую серию постов и объяснить более простым языком, некоторые понятия, которые я очень часто употребляю в своих статья.

Все они являются мощнейшими антиоксидантами, защищающими наш организм от свободных радикалов. Красный цвет масла обусловлен присутствием в его составе большого количества каротиноидов, причём их содержание в масле в 15 раз больше, чем в моркови!!!

И да, помните, речь идет не о том, суррогатном пальмовом масле, которого всего боятся ☺ А о настоящем масле из красных пальм!!!

Я покупаю вот такое , добавляю его в пищу и просто наношу на кожу, как маску!!!

• Морковь
• Рябина
• Оранжевый перец
• Кукуруза
• Цитрусовые
• Тыква
• Шиповник
• Облепиха

Также каротиноиды присутствуют в лепестках цветов(особенно ноготки), водорослях, пыльце. Их много в яичном желтке и некоторых видах рыбы, а также еловой хвое.

Как усваиваются каротиноиды в теле?

Усвоение каротиноидов и их превращение в витамин А происходит в нашем теле в тонком кишечнике под воздействием определенных ферментов.

Но, иследованиями было установлено, что каротиноиды далеко не полностью усваиваются организмом.

Этот процесс идет лучше из мелко измельченных и предварительно обработанных продуктов, в которых клеточные мембраны разрушены.

Кроме того, важным фактором для усвоения каротиноидов организмом является наличие жировой среды. Еще в 1941 году было установлено, что количество каротина, усвояемого организмом из сырой моркови при диете, лишенной жиров, не превышает 1%. При тех же условиях из вареной моркови усваивается 19% каротина. После добавления масла усвоение каротина увеличивается до 25%.

Поэтому салат с измельченной морковью и маслом, будет полезнее, чем просто салат из сырой моркови.

Суточная норма

Рекомендуемая суточная норма потребления бета-каротина для взрослых составляет от 2 до 6 мг. Для примера в 100,0 моркови содержится около 8 мг. (я думаю, вы не забыли, что далеко не все 8 мг усвоит наш организм)

ВАЖНО!!!

Большие дозировки картиноидов и витамина А опасны для курильщиков со стажем, так как могут вызывать рак легкого. Также избыток витамина А опасен при беременности.

Также стоит учитывать тот фактор, что, к сожалению, количество каротиноидов постепенно уменьшается в продуктах при хранении.Они быстро разрушаются на свету и при свободном доступе кислорода воздуха.

Поэтому морковь, которую продают в супермаркет, чистую и промытую в пакетах, практически лишена этих важных компонентов.

Чтобы морковь сохранилапо максимуму все свои полезны свойства, ее нужно хранить в темном прохладном месте и не очищенную от земли.

Возможен ли дефицит каротиноидов у современного человека?

К сожалению, да.

По данным НИИ питания РАМН, в России хронический дефицит каротиноидов в питании отмечается у 40-60 % населения. Поэтому обязательно включайте продукты, богатые каротиноидами в свой рацион питания.

Если, чувствуете, что ваше питание неполноценное, покупайте витамины или качественные биологически активные добавки, выделенные из натуральных органических овощей или фруктов.

Я не стала описывать в этом посте подробно все научные детали, химический состав, биодоступность каротиноидов.

Все таки у меня блог, а не Википедия ☺. Думаю,что общее понятие о каротиноидах и о том, зачем они нам нужны, я смогла передать. Надеюсь на это ☺

Буду очень рада, если эта информация вам пригодится и вы поделитесь ей со своими друзьями в социальных сетях. Жду ваших отзывов и комментариев.

Буду очень благодарна за полезные советы ☺

С вами была Алена Яснева, всем пока!

Каротиноиды - липофильные пигменты, которые у растений локализованы в хлоропластах и хромопластах. Их синтезируют все организмы, осуществляющие оксигенный фотосинтез: цианобактерии, водоросли, высшие растения. Кроме того, каротиноиды синтезируют и накапливают многие грибы, например лисички содержат значительное количество (3-каротина и кантаксантина. Животные в большинстве своем не способны синтезировать каротиноиды. Поэтому необходимые им для нормального метаболизма каротиноиды они получают из растений.

Строение и биосинтез каротиноидов

Большинство каротиноидов - тетратерпеноидов, построенных из восьми изопреновых единиц, - имеет углеродную цепь, состоящую из 40 атомов углерода. У многих каротиноидов углеродная полиизопреновая цепь циклизуется на концах, образуя несколько типов иононовых колец. Известно более 600 каротиноидов. Они отличаются расположением пиков поглощения света, которые, тем не менее, всегда находятся в пределах диапазона 400-550 нм (фиолетовый-зеленый). Каротиноиды подразделяются на каротины, состоящие только из атомов углерода и водорода, и ксантофиллы, имеющие в своем составе еще и атомы кислорода в виде гидрокси-, метокси-, эпокси- или кетогрупп.

Каротины обычно оранжевого цвета. Наиболее распространены а- и (3-каротины (рис. 57). У а-каротина есть (3- и?-иононовые кольца, а у (3-каротина - два (3-иононовых кольца. Многие растения содержат ликопин - каротин ярко-красного цвета, не имеющий иононовых колец. Ликопин является интермедиатом в синтезе каротиноидов, включая а- и (3-каротины.

Ксантофиллы разнообразны по цвету: от бледно-желтого до темно-красного, хотя и получили свое название от греческого слова «ксантос», что значит желтый. Например, астаксантин (рис. 57) придает яркий алый цвет лепесткам адониса, а кап- сантин и капсорбин окрашивают плоды перца Capsicum в темно-красный цвет. Наиболее распространены среди ксантофиллов желтые пигменты лютеин, зеаксантин и виолаксантин. Кантаксантин и астаксантин (рис. 57) широко известны благодаря своим антиоксидантным свойствам.

Большое функциональное значение имеют апокаротиноиды - продукты окислительного разрыва углеродной цепи каротиноидов. У растений изученными апокаротиноидами являются 8"-апокаротиналь, а также фитогормоны: аб- сцизовая кислота и стриголактон. Животным и человеку необходимы ретиналь, ретинол и ретиноевая кислота - ретиноиды, собирательно называемые витамином А (рис. 57).

Рис. 57.

У растений синтез каротиноидов происходит в пластидах, где эти пигменты обычно и остаются: в зеленых листьях это хлоропласты, а в плодах, лепестках цветков, корнеплодах - хромопласты. Вначале из пренильных С 5 -блоков при участии изопентенилтрансферазы - геранилгеранилдифосфатсинтазы - синтезируется ге- ранилгеранилдифосфат (рис. 58). Затем две молекулы геранилгеранилдифосфата соединяются «хвостом к хвосту» при участии синтазы фитоина. Далее бесцветный фи- тоин десатурируется и превращается в красный пигмент ликопин с системой конъюгированных двойных связей. Ликопин под действием специфических циклаз может превращаться в а- или (3-каротин. Каротины, в свою очередь, служат предшественниками ксантофиллов, в которые они превращаются при помощи различных оксигеназ: гидроксилаз, эпоксидаз и других. Кроме того, углеродная цепь каротиноидов может

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.