Beta karoten pripada velikoj skupini karotenoidi - lipofilni (topiv u masti) pigment boje biljnog podrijetla - koji su klasificirani kao sporedni biljni spojevi (bioaktivne tvari s zdravlje-promotivni učinci - „anutritivni sastojci“). Beta karoten je najpoznatiji i količinski najvažniji prirodni predstavnik klase tvari karotenoidi, odakle je izvedeno i zajedničko ime spojeva. Strukturna značajka betakaroten je simetrična, polinezasićena struktura poliena (organski spoj s višestrukim ugljen-dvostruke veze ugljika (CC), koje se sastoje od osam izoprenoidnih jedinica i 11 konjugiranih dvostrukih veza (→ tetraterpen s 40 C atoma). Na svaki kraj izoprenoidnog lanca pričvršćen je beta-jononski prsten (nesupstituirani, konjugirani trimetilcikloheksenski prsten) - strukturni element koji se također javlja u retinolu (vitamina) i preduvjet je aktivnosti vitamina A. Sustav konjugiranih dvostrukih veza daje beta-karotenu narančasto-crvenu do crvenu boju i odgovoran je za neka fizikalno-kemijska svojstva karotenoida koja su izravno povezana s njegovim biološkim učincima. Izražena lipofilnost (topljivost u mastima) beta-karotena utječe na oba crijeva (što se tiče crijeva) apsorpcija i distribucija u organizmu.Beta-karoten se može pojaviti u različitim geometrijskim oblicima (cis / trans izomeri), koji su međusobno konvertibilni. U biljkama je beta-karoten pretežno prisutan (~ 98%) kao stabilan all-trans izomer. U ljudskom organizmu ponekad se mogu pojaviti različiti izomerni oblici. Za razliku od ksantofila, poput luteina, zeaksantina i beta-kriptoksantina, beta-karotena, poput alfa-karotena i likopen, ne sadrži kisik funkcionalna skupina. Od približno 700 karotenoidi identificirano, oko 60 je konvertibilnih u vitamina (retinol) ljudskim metabolizmom i tako pokazuju aktivnost provitamina A. Beta-karoten (all-trans i 13-cis izomer) najvažniji je predstavnik ovog svojstva i ima najviše vitamina aktivnost, a zatim all-trans alfa-karoten, all-trans beta-kriptoksantin i 8′-beta-apokarotenal. Dakle, beta-karoten daje presudan doprinos opskrbi vitaminom A, posebno kod osoba s malim unosom vitamina A, poput vegetarijanaca. Molekularni zahtjevi karotenoida za učinkovitost vitamina A uključuju:
- Beta-jononski prsten (nesupstituirani konjugirani trimetilcikloheksenski prsten).
- Promjene na prstenu dovode do smanjenja aktivnosti
- Karotenoidi s prstenom koji nosi kisik (O), poput luteina i zeaksantina, ili bez prstenaste strukture, poput likopena, nemaju aktivnost vitamina A
- Izoprenoidni lanac
- Najmanje 15 C atoma plus 2 metilne skupine.
- Cis izomeri imaju nižu biološku aktivnost od trans izomera
Svjetlost i toplina ili prisutnost kisik može smanjiti aktivnost vitamina A beta-karotena izomerizacijom (konverzija trans → cis konfiguracija), odnosno oksidativnom modifikacijom molekularne strukture.
Sinteza
Beta-karoten sintetiziraju biljke, alge i bakterija sposoban za fotosintezu i pohranjen je u biljnom organizmu u kromoplastima (plastide obojene narančastom, žutom i crvenkastom bojom karotenoidi u laticama, plodovima ili organima za skladištenje (mrkva) biljaka) i kloroplasti (organele stanica zelenih algi i viših biljaka koji izvode fotosintezu) - uklopljeni u složenu matricu od proteini, lipidii ugljikohidrati. Tamo, beta-karoten, zajedno s ostalim karotenoidima, pruža zaštitu od fotooksidativnih oštećenja djelujući kao "gasivač" ("detoksikator", "inaktivator") reaktivnog kisik spojevi (1O2, singletni kisik), tj. izravno apsorbiraju energiju zračenja kroz tripletno stanje i deaktiviraju je oslobađanjem topline. Budući da se sposobnost gašenja povećava s brojem dvostrukih veza, beta-karoten sa svojih 11 dvostrukih veza ima najjaču aktivnost gašenja u usporedbi s ostalim karotenoidima. Beta-karoten predstavlja najzastupljeniji karotenoid u prirodi. Nalazi se u širokom izboru voća (2-10 mg / kg) i povrća (20-60 mg / kg), iako njegov sadržaj može uvelike varirati ovisno o sorti, sezona, stupanj zrelosti, rast, uvjeti berbe i skladištenja, te u različitim dijelovima biljke. Na primjer, vanjski listovi kupus sadrže 200 puta više beta-karotena od unutarnjih listova. Žuto / narančasto voće i povrće i tamnozeleno lisnato povrće, poput mrkve, tikve, kelja, špinata, savoje kupus, janjeća salata, paprika, cikorija, batat i dinja posebno su bogate beta-karotenom. Zbog svojih svojstava bojenja, beta-karoten - ekstrahiran iz biljaka ili proizveden sintetički - koristi se kao bojilo (E 160, odnosno E 160a) u oko 5% svih namirnica u Njemačkoj, uključujući i za bojenje maslac, margarin, mliječni proizvodi, namazi, slatkiši ili gazirana pića, s prosjekom između 1-5 mg / kg i mg / l dodanih u čvrstu hranu, odnosno pića.
Apsorpcija
Zbog svoje lipofilne (topive u mastima) prirode, beta-karoten se apsorbira (usvaja) u gornjem dijelu tankog crijeva tijekom probave masti. To zahtijeva prisutnost prehrambenih masti (3-5 g / obrok) kao transportera, žučne kiseline za otapanje (povećati topivost) i oblikovati micele i esteraze (probavne enzimi) za cijepanje esterificiranog beta-karotena. Nakon oslobađanja iz matrice hrane, beta-karoten se u lumenu tankog crijeva kombinira s drugim lipofilnim tvarima i žučne kiseline da tvore miješane micele (sferne strukture promjera 3-10 nm u kojima lipidi molekule su raspoređeni na takav način da vodadijelovi molekule topljivi prema van, a dijelovi molekula netopivi u vodi prema unutra) - micelarna faza za otapanje (povećanje topljivosti) lipidi - koji se apsorbiraju u enterocite (stanice tankog crijeva epitelijum) od dvanaesnika (duodenum) i jejunum (jejunum) putem pasivnog procesa difuzije. The apsorpcija stopa beta-karotena iz biljne hrane znatno varira između pojedinaca i unutar njih, krećući se od 30 do 60%, ovisno o udjelu istodobno konzumiranih masti - u prosjeku 50% kada se konzumira približno 1-3 mg beta-karotena. U smislu svog promotivnog utjecaja na apsorpciju beta-karotena, zasićene masne kiseline su daleko učinkovitije od polinezasićenih masnih kiselina (polienske masne kiseline, PFS), što se može opravdati na sljedeći način:
- PFS povećavaju veličinu miješanih micela, što smanjuje brzinu difuzije
- PFS mijenjaju naboj micelarne površine, smanjujući afinitet (čvrstoću vezanja) na enterocite (stanice epitela tankog crijeva)
- PFS (omega-3 i -6 masne kiseline) zauzimaju više prostora od zasićenih masnih kiselina u lipoproteinima (agregati lipida i proteina - čestice slične miceli - koje služe za transport lipofilnih tvari u krvi), ograničavajući tako prostor za druge lipofilne molekule, uključujući beta-karoten
- PFS, posebno omega-3 masnih kiselinainhibiraju sintezu lipoproteina.
Bioraspoloživost beta-karotena ovisi o sljedećim endogenim i egzogenim čimbenicima uz unos masti [3, 6, 7, 11-13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42 , 46]:
- Količina isporučenog alimentarnog (dijetalnog) beta-karotena - kako se doza povećava, relativna bioraspoloživost karotenoida opada
- Izomerni oblik - beta-karoten se bolje apsorbira u svojoj all-trans konfiguraciji nego u svom cis obliku.
- Izvor hrane - od dodataka (izolirani beta-karoten) karotenoid je dostupniji nego kod voća i povrća (izvorni beta-karoten), što se očituje u znatno većem povećanju razine beta-karotena u serumu nakon uzimanja dodataka u odnosu na uzimanje istih količine iz uobičajene prehrane
- Prehrambeni matriks u koji je ugrađen beta-karoten - iz prerađenog povrća (mehaničko usitnjavanje, toplinska obrada) beta-karoten se apsorbira znatno bolje (> 15%) nego iz sirove hrane (<3%), jer je karotenoid prisutan u sirovom povrću u stanici kristalno i zatvoren u čvrstu neprobavljivu celuloznu matricu
- Interakcije s ostalim sastojcima hrane:
- Dijetalna vlakna, poput pektina iz voća, smanjuju bioraspoloživost beta-karotena stvaranjem slabo topivih kompleksa s karotenoidom
- Olestra (sintetička zamjena za masti koja se sastoji od estera masnih kiselina i saharoze (→ saharozni poliester), koja se ne može cijepati tjelesnim lipazama (enzimi koji cijepaju masnoće) i izlučuje se nepromijenjena) smanjuje apsorpciju beta-karotena
- Fitosteroli i stanoli (kemijski spojevi iz klase sterola koji se nalaze u masnim biljnim dijelovima, poput sjemena, klica i sjemenki, koji su vrlo slični strukturi kolesterola i konkurentno inhibiraju njegovu apsorpciju) narušavaju crijevnu apsorpciju beta-karotena
- Unos smjesa karotenoida, poput beta-karotena, luteina i likopena, može inhibirati i pospješiti apsorpciju crijevnog beta-karotena
- Proteini i vitamin E povećati beta-karoten apsorpcija.
- Pojedinačne probavne performanse, poput mehaničkog usitnjavanja u gornjem dijelu probavnog trakta, želučanog pH, protoka žuči - temeljito žvakanje i nizak pH želučanog soka potiču poremećaj stanica i oslobađanje vezanog i esterificiranog beta-karotena, što povećava bioraspoloživost karotenoida; smanjeni protok žuči smanjuje bioraspoloživost zbog oštećenog stvaranja micela
- Status opskrbe organizma
- Razina opskrbe vitaminom A - s dobrim statusom vitamina A, apsorpcija beta-karotena se smanjuje
- Genetički čimbenici
biotransformacije
U citozolu stanica jejunuma (prazno crijevo) dio beta-karotena pretvara se u retinol (vitamin A). U tu svrhu karotenoid se cijepa na središnjoj ili ekscentričnoj (decentraliziranoj) dvostrukoj vezi citosolnom enzimom, koji nije vezan za membranu, 15,15′-dioksigenaza - karotenaza, s središnjim cijepanjem koji je dominantni mehanizam. Dok središnje (simetrično) cijepanje beta-karotena dovodi do dva molekule mrežnice, decentralizirano (asimetrično) cijepanje karotenoida daje 8′-, 10′- i 12′-beta-apokaroten, ovisno o mjestu razgradnje (razgradnje), koji se pretvara u jednu molekulu mrežnice daljnjom razgradnjom odnosno skraćivanjem lanca. Nakon toga slijedi smanjenje retine na biološki aktivan retinol za alkohol dehidrogenaza - reverzibilan postupak - koji se veže na stanični protein koji veže retinol II (CRBPII) i - u fiziološkim koncentracijama - esterificira se lecitin-retinol aciltransferaza (LRAT) ili - u višim koncentracijama - acil-CoA-retinol aciltransferaza (ARAT) s masnih kiselina, uglavnom palmitinska kiselina (→ retinil ester). Osim toga, mrežnica se može oksidirati u retinojsku kiselinu - nepovratan proces koji se događa samo u maloj mjeri [1, 3-5, 13, 31, 36, 37]. Pretvorba (transformacija) beta-karotena u retinol u citozolu enterocita (stanice tankog crijeva) epitelijum) procjenjuje se na 17%. Osim u enterocitima, metabolizacija (metabolizacija) se može dogoditi i u citozolu jetra, ment, bubreg, i mišićne stanice. I kisik i metalni ion - vjerojatno željezo - potrebni su za održavanje aktivnosti 15,15′-dioksigenaze. Konverzija beta-karotena u retinol ovisi o sljedećim čimbenicima:
- Genetički čimbenici
- Karakteristike prehrane koje utječu na apsorpciju u crijevima, poput matrice hrane i sadržaja masti
- Količina isporučenog beta-karotena
- Proteinski status
- Stanje opskrbe organizma
- Razina opskrbe vitaminom A i vitaminom E
- Konzumacija alkohola
Kada se istovremeno konzumiraju beta-karoten i retinol (vitamin A) ili kada je status vitamina A dobar, aktivnost 15,15′-dioksigenaze u stanicama tankog crijeva smanjuje se, smanjujući stopu pretvorbe i povećavajući količinu beta-karotena koji je nije rascijepljen. Iz tog razloga ne postoji rizik od hipervitaminoze Čak i pri vrlo visokim dozama beta-karotena. Utjecaj vrste hrane, matrice hrane u koju je ugrađen beta-karoten i istodobno dodane količine masti na enterocitnu konverziju beta-karotena u retinol prikazan je u sljedećoj tablici.
| Približno su ekvivalentni po učinku 1 μg cjelokupnog trans-retinola. | 2 µg beta-karotena u mlijeku | Omjer pretvorbe 2: 1 |
| 4 µg beta-karotena u mastima | Omjer pretvorbe 4: 1 | |
| 8 µg beta-karotena u homogeniziranoj mrkvi pripremljenoj s masnoćom odnosno kuhanim zelenim lisnatim povrćem. | Omjer pretvorbe 8: 1 | |
| 12 µg beta-karotena u kuhanoj, procijeđenoj mrkvi | Omjer pretvorbe 12: 1 | |
| 26 µg beta-karotena u kuhanom povrću od zelenih listova | Omjer pretvorbe 26: 1 |
Da bi se postigla aktivnost vitamina A koja odgovara unosu 1 µg cjelokupnog trans-retinola, unos beta-karotena, na primjer, 2 µg iz mlijeko, Potrebno je 12 µg kuhane, procijeđene mrkve ili 26 µg kuhanog zelenog lišća. To jasno pokazuje da kroz ciljani odabir hrane, prisutnost prehrambenih masti i procese prerade hrane, kao što je kuhanje odnosno mehaničkog mljevenja, potrebno je dostaviti manje dijetalnog beta-karotena za pretvaranje u retinol, što je zbog njihove poboljšane crijevne apsorpcije. Povećanjem apsorpcije beta-karotena povećava se i konverzija karotenoida u retinol u enterocitima.
Transport i raspodjela u tijelu
Dio beta-karotena koji nije metaboliziran u retinol u stanicama sluznice tankog crijeva ugrađen je, zajedno s retinil esterima i drugim lipofilnim tvarima, u hilomikrone (CM, lipidi bogati lipidima), koji se izlučuju (izlučuju) u intersticijske prostore enterocita egzocitozom (transport tvari iz stanice) i transportiraju putem the limfa. Preko truncus intestinalis (nespareni limfni sabirni trup trbušne šupljine) i ductus thoracicus (limfni sabirni trup prsne šupljine), hilomikroni ulaze u subklaviju vena (subklavijska vena), odnosno vratna vena (jugularna vena), koje se konvergiraju i čine brahiocefalnu venu (lijeva strana) - angulus venosus (venski kut). Vene brahiocefalike obje strane ujedinjuju se i čine nesparenog nadređenog šuplja vena (gornja šuplja vena), koja se otvara u desni atrij od srce. Hilomikroni se unose u perifernu Cirkulacija silom pumpanja srce. Hilomikroni imaju vrijeme poluraspada (vrijeme u kojem se vrijednost koja se eksponencijalno smanjuje s vremenom prepolovi) otprilike 30 minuta i razgrađuju se do ostataka hilomikrona (CM-R, ostaci hilomikrona s niskim udjelom masti) tijekom transporta do jetra. U tom kontekstu, lipoprotein lipaza (LPL) igra presudnu ulogu koja se nalazi na površini endotelnih stanica krv kapilara i dovodi do usvajanja slobodnih masnih kiselina i male količine estera beta-karotena i retinila u raznim tkivima, na primjer u mišićima, masnom tkivu i mliječnoj žlijezdi, cijepanjem lipida. Međutim, većina beta-karotena i esterificiranog retinola molekule ostaju u CM-R, koji se vežu za određene receptore u jetra i unose se u parenhimske stanice jetre pomoću receptor-posredovane endocitoze (invaginacije od stanična membrana → davljenje vezikula koji sadrže CM-R (stanične organele) u unutrašnjost stanice). Dok retinil esteri slijede metabolički put vitamina A, beta-karoten se djelomično metabolizira (metabolizira) u retinol i / ili pohranjuje u stanicama jetre. Drugi dio pohranjen je u VLDL (vrlo nizak gustoća lipoproteini; lipoproteini koji sadrže lipide vrlo male gustoće), kroz koje karotenoid putuje krvotokom do ekstrahepatičnih ("izvan jetre") tkiva. Kao VLDL koji kruži u krv veže se na periferne stanice, lipidi cijepaju se djelovanjem LPL, a oslobođene lipofilne tvari, uključujući beta-karoten, pasivnom difuzijom se internaliziraju (uzimaju iznutra). To rezultira katabolizmom VLDL u IDL (srednji gustoća lipoproteini). Čestice IDL mogu jetra ili receptor posredovati i tamo se razgraditi ili metabolizirati u krv plazme trigliceridima lipaza (enzim za cijepanje masti) do holesterol-bogatsvo LDL (nisko gustoća lipoproteini) .Beta-karoten vezan za LDL se, s jedne strane, uzima u jetru i ekstrahepatična tkiva putem endocitoze posredovane receptorima, a s druge strane prenosi u HDL (lipoproteini visoke gustoće; lipoproteini bogate proteinima visoke gustoće), koji su uključeni u transport beta-karotena i drugih lipofilnih molekula, posebno holesterol, iz perifernih stanica natrag u jetru. Ukupan tjelesni sadržaj beta-karotena iznosi oko 100-150 mg. Provitamin-A nalazi se u svim organima čovjeka, s najvišim koncentracijama u jetri, nadbubrežnim žlijezdama, testisima (testisi), A jajnici (jajnici), posebno žuto tijelo (žuto tijelo). Skladištenje karotenoida iznosi 80-85% u potkožnom masnom tkivu (potkožna masnoća) i 8-12% u jetri. Uz to, beta-karoten je marginalno pohranjen u plućima, mozak, srce, skeletni mišići, kožai drugi organi. Postoji izravna, ali ne linearna korelacija između skladištenja tkiva i oralnog unosa karotenoida. Tako se beta-karoten iz skladišta tkiva oslobađa vrlo sporo tijekom nekoliko tjedana nakon prestanka uzimanja. U krv se beta-karoten prenose lipoproteinima, koji se sastoje od lipofilnih molekula i apolipoproteini (proteinski dio, funkcionira kao strukturna skela i / ili molekula za prepoznavanje i pristajanje, na primjer za membranske receptore), kao što su Apo AI, B-48, C-II, D i E. Karotenoid se također prenosi lipoproteinima. Karotenoid je vezan za 58-73% LDL, 17-26% vezano za HDLi 10-16% vezano za VLDL [13, 23, 33, 36-38, 45]. U normalnom mješovitom dijeta, koncentracije beta-karotena u serumu kreću se od 20-40 µg / dl (0.4-0.75 µmol / l), a žene imaju prosječno 40% veću vrijednost od muškaraca. Uz spol, biološku dob, zdravlje status, ukupna tjelesna masnoća masai alkohol a konzumacija cigareta također može utjecati na koncentraciju beta-karotena u serumu. Iako je karotenoid optimalno učinkovit na razini seruma od ≥ 0.4 µmol / l - u smislu zdravlje profilaksa - serumske koncentracije <0.3 µmol / l mogu se identificirati kao nedostatak beta-karotena. Beta-karoten je posteljica-propusna i prelazi u majčino mlijeko. U ljudskom serumu i majčino mlijeko, Do danas su identificirana 34 od približno 700 poznatih karotenoida, uključujući 13 geometrijskih all-trans izomera. Među njima je beta-karoten najčešće otkriven zajedno s luteinom, kriptoksantinom, zeaksantinom i alfa-karotenom. Beta-karoten čini oko 15-30% ukupnih karotenoida u serumu. Iako se provitamin-A javlja prvenstveno u svom cjelovitom obliku u serumu, cis-konfiguracija (9-cis-beta-karoten) stalno je prisutna u zalihama tkiva.
izlučivanje
Neapsorbirani beta-karoten napušta tijelo u fecesu (stolica), dok se apokarotenali i drugi metaboliti beta-karotena uklanjaju mokraćom. Da bi se metaboliti pretvorili u oblik koji se može izlučiti, oni se podvrgavaju biotransformaciji, kao i sve lipofilne (u masti topive) tvari. Biotransformacija se događa u mnogim tkivima, posebno u jetri, i može se podijeliti u dvije faze:
- U fazi I, metaboliti beta-karotena su hidroksilirani (umetanje OH skupine) kako bi se povećala topivost sustavom citokroma P-450
- U fazi II dolazi do konjugacije s visoko hidrofilnim (vodotopivim) tvarima - u tu se svrhu glukuronska kiselina prenosi u prethodno umetnutu OH skupinu metabolita uz pomoć glukuroniltransferaze
Većina metabolita beta-karotena još nije razjašnjena. Međutim, može se pretpostaviti da su proizvodi izlučivanja pretežno glukuronizirani metaboliti. Nakon jednog administraciju, vrijeme zadržavanja karotenoida u tijelu je između 5-10 dana.
