Lutein: Definicija, sinteza, apsorpcija, transport i distribucija

Lutein (latinski: luteus "žuti") poznati je predstavnik karotenoidi (lipofilni (topiv u masti) pigment boje biljnog podrijetla) - one sporedni biljni spojevi (bioaktivne tvari s zdravlje-promotivni učinci - “anutritivni sastojci”) koji biljnim organizmima daju žutu do crvenkastu boju. Lutein se sastoji od ukupno 40 ugljen (C-), 56 vodik (H-) i 2 kisik (O-) atomi - molekularna formula C40H56O2. Dakle, lutein, poput zeaksantina i beta-kriptoksantina, ubraja se među ksantofile, koji se u usporedbi s karotenima poput alfa-karotena, betakaroten i likopen, sadrže, pored ugljen i vodik, funkcionalan kisik skupine - u obliku 2 hidroksi (OH) skupine u slučaju luteina. Strukturna značajka luteina je polinezasićena struktura poliena (organski spoj s višestrukim ugljen-karbonske (CC) dvostruke veze) koje se sastoje od 8 izoprenoidnih jedinica i 11 dvostrukih veza, od kojih je 10 konjugiranih (više uzastopnih dvostrukih veza odvojenih točno jednom jednostrukom vezom). An kisik-supstituirani trimetilcikloheksenski prsten (1 alfa, 1 beta-jononski prsten) pričvršćen je na svaki kraj izoprenoidnog lanca. Sustav konjugiranih dvostrukih veza odgovoran je i za žuto-narančastu boju i za neka fizikalno-kemijska svojstva luteina koja su izravno povezana s njihovim biološkim učincima. Unatoč polarnoj OH skupini na alfa i beta jononskom prstenu, lutein je izrazito lipofilni (topiv u mastima), što utječe na crijevni apsorpcija (unos putem crijeva) i distribucija u organizmu. Lutein se može pojaviti u različitim geometrijskim oblicima (cis / trans izomeri) koji su međusobno konvertibilni:

  • Potpuno trans- (3R, 3'R, 6'R) -lutein.
  • 9-cis-lutein
  • 9'-cis-lutein
  • 13-cis-lutein
  • 13'-cis-lutein

U biljkama diciklički ksantofil pretežno postoji (~ 98%) kao stabilni all-trans izomer. U ljudskom se organizmu ponekad mogu istodobno pojaviti različiti izomerni oblici. Egzogeni utjecaji, poput topline i svjetlosti, mogu promijeniti konfiguraciju luteina iz hrane. Cis-izomeri luteina, za razliku od all-trans izomera, pokazuju bolju topljivost, veću apsorpcija brzine i brži unutarćelijski i izvanstanični transport. Od približno 700 karotenoidi identificirano, oko 60 je konvertibilnih u vitamina (retinol) ljudskim metabolizmom i tako pokazuju aktivnost provitamina A. Budući da oba prstenasta sustava luteina sadrže kisik, on nije provitamin A.

Sinteza

Karotenoidi sintetiziraju (formiraju) sve biljke, alge i bakterija sposoban za fotosintezu. U višim biljkama sinteza karotenoida javlja se u fotosintetički aktivnim tkivima, kao i u laticama, plodovima i peludu. Procjenjuje se da proizvodnja karotenoida u prirodi iznosi oko 108 tona godišnje, od čega većinu čine 4 glavna karotenoida lutein, fukoksantin - u algama -, violaksantin i neoksantin - u biljkama. Napokon, karotenoidi, uglavnom ksantofili, otkriveni su u svim dosad proučavanim dijelovima lista, posebno onima s dicikličnom strukturom i hidroksi supstituentima na položaju C-3 ili C-3 ′. Budući da se lutein posebno pojavljuje u slobodnom, ali i esterificiranom obliku u brojnim biljnim vrstama i rodovima, vjerojatno je najvažniji karotenoid za funkcionisanje biljnih organizama. Biosinteza luteina nastaje iz alfa-karotena hidroksilacijom obaju iononskih prstenova specifičnim hidroksilazama - enzimatsko uvođenje OH skupina. U stanicama biljnog organizma lutein se pohranjuje 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 više biljke koje vrše fotosintezu) - uklopljene u složenu matricu od ( proteini, lipidi, i / ili ugljikohidrati. Dok ksantofil u kromoplastima latica i plodova služi za privlačenje životinja - za prijenos peludi i širenje sjemena - pruža zaštitu od fotooksidativnih oštećenja u kloroplastima biljnog lišća kao sastavnice kompleksa za sakupljanje svjetlosti.Antioksidans zaštita se postiže takozvanim kaljenjem (detoksikacija, inaktivacija) reaktivnih spojeva kisika (1O2, singletni kisik), pri čemu lutein izravno apsorbira (uzima) energiju zračenja kroz tripletno stanje i deaktivira je oslobađanjem topline. Budući da se sposobnost gašenja povećava s brojem dvostrukih veza, lutein sa svojih 11 dvostrukih veza ima visoku aktivnost gašenja. U jesenskim mjesecima klorofil (zeleni biljni pigment) glavna je tvar koja se u kloroplastima razgrađuje, uz neoksantin i betakaroten. Suprotno tome, količina luteina se ne smanjuje. To je razlog zašto biljni listovi u jesen izgube zelenu boju, a žuti lutein postane vidljiv. Lutein je raširen u prirodi i, zajedno s alfa- i betakaroten, beta-kriptoksantin, likopen kao i zeaksantin, najzastupljeniji je karotenoid u biljnoj hrani. Uvijek ga prati zeaksantin, a nalazi se s njim pretežno u tamnozelenom lisnatom povrću, poput kelja, špinata, zelja repa i peršin, iako se sadržaj može uvelike razlikovati ovisno o sorti, sezoni, zrelosti, rastu, berbi i uvjetima skladištenja, te u različitim dijelovima biljke. Na primjer, vanjski listovi kupus sadrže 150 puta više luteina od unutarnjih listova. Lutein ulazi u životinjski organizam putem biljne hrane, gdje se akumulira u krv, koža ili perje i ima atraktant, upozorenje ili kamuflirati funkcija. Na primjer, lutein je odgovoran za žutu boju bedara i kandži pilića, gusaka i patki. Boja žumanjka također je posljedica prisutnosti ksantofila, posebno lutein i zeaksantin - u omjeru oko 4: 1. Lutein čini oko 70% u žumanjku. Konkretno, jaja pilića, patki i kanarinaca sadrže obilje luteina. Prema Chung i suradnicima (2004), bioraspoloživost ksantofila iz piletine bogate luteinom jaja je znatno veća nego u biljnoj hrani, poput špinata ili luteina dodataka. Industrijski se diciklični ksantofil dobiva ekstrakcijom biljnih dijelova bogatih luteinom, posebno iz latica Tagetesa (neven, zeljasta biljka s limunsko-žutim do smeđe-crvenim cvatovima). Korištenjem metoda genetskog inženjeringa moguće je utjecati na sadržaj i uzorak karotenoida u biljkama i tako selektivno povećati koncentracija luteina. Lutein ekstrahiran iz biljaka koristi se i kao bojilo za hranu (E161b), uključujući za bojanje negaziranih pića, energetskih pločica i dijetalne hrane, te kao dodatak hrani za obojenost životinjskih proizvoda. Na primjer, lutein se dodaje hrani za piletinu kako bi pojačao boju žumanjaka.

Apsorpcija

Zbog svoje lipofilne (topive u mastima) prirode, lutein se apsorbira (usvaja) u gornjoj 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 luteina. Nakon oslobađanja iz dijeta matrice, lutein 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 luteina iz biljne hrane varira unutar i od pojedinačno do 30% do 60%, ovisno o udjelu masti koja se istodobno konzumira. U smislu promicanja utjecaja na apsorpciju luteina, zasićene masne kiseline su daleko učinkovitije od polinezasićenih masnih kiselina (PFS), što se može opravdati na sljedeći način:

  • PFS povećavaju veličinu miješanih micela, što smanjuje brzinu difuzije
  • PFS mijenja naboj micelarne površine i tako smanjuje 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 lutein
  • PFS, posebno omega-3 masnih kiselinainhibiraju sintezu lipoproteina.

Pored unosa masti, bioraspoloživost luteina ovisi i o sljedećim endogenim i egzogenim čimbenicima [4, 8, 14, 15, 19, 26, 30, 43, 49-51, 55, 63, 66]:

  • Količina luteina opskrbljena prehrambeno (s hranom) - kako se doza povećava, relativna bioraspoloživost karotenoida opada
  • Izomerni oblik - lutein se, za razliku od ostalih karotenoida kao što je beta-karoten, bolje apsorbira u svojoj cis konfiguraciji nego u svom potpuno trans obliku; toplinska obrada, poput kuhanja, potiče pretvorbu iz all-trans u cis lutein
  • Izvor hrane
    • Od dodataka (izolirani lutein u uljnoj otopini - bez prisutnosti ili esterificiran masnim kiselinama), karotenoid je dostupniji nego iz biljne hrane (nativni, složeni lutein), što dokazuje značajno veći porast razine luteina u serumu nakon uzimanja dodataka u usporedbi s unosom jednakih količina iz voća i povrća
    • Iz životinjske hrane, na primjer jaja, stopa apsorpcije ksantofila je znatno veća nego u hrani biljnog podrijetla, poput špinata ili dodataka luteinu
  • Prehrambeni matriks u koji je ugrađen lutein - iz prerađenog povrća (mehaničko usitnjavanje, toplinska obrada, homogenizacija) lutein se značajno bolje apsorbira (> 15%) nego iz sirove hrane (<3%), jer je karotenoid u sirovom povrću kristalni u stanica i zatvoren je u čvrstu matricu celuloze i / ili proteina, koju je teško apsorbirati; Budući da je lutein osjetljiv na toplinu, hranu koja sadrži lutein treba pripremiti nježno kako bi se umanjili gubici.
  • Interakcije s ostalim sastojcima hrane:
    • Dijetalna vlakna, poput pektina iz voća, smanjuju bioraspoloživost luteina stvaranjem slabo topivih kompleksa s karotenoidom
    • Olestra (sintetička zamjena za masnoću koja se sastoji od estera saharoze i masnih kiselina dugog lanca (? Saharoza poliester), koju tjelesne lipaze (enzimi koji cijepaju masnoće) ne mogu cijepati tjelesne smetnje i izlučuje se nepromijenjena smanjuje apsorpciju luteina; prema Koonsvitsky i suradnici (1997), dnevni unos 18 g olestre tijekom razdoblja od 3 tjedna rezultira padom razine karotenoida u serumu od 27%
    • Fitosteroli i -stanoli (kemijski spojevi iz klase sterola koji se nalaze u masnim biljnim dijelovima, poput sjemena, klica i sjemena, koji su vrlo slični strukturi kolesterola i konkurentno inhibiraju njegovu apsorpciju) mogu ometati crijeva (povezani s crijevima) ) apsorpcija luteina; stoga redovita upotreba namaza koji sadrže fitosterol, poput margarina, može dovesti do umjereno smanjene (za 10-20%) razine karotenoida u serumu; istodobnim povećanjem dnevnog unosa voća i povrća bogatog karotenoidima, smanjenjem koncentracije karotenoida u serumu može se spriječiti konzumacijom margarina koji sadrži fitosterol
    • Unos smjesa karotenoida, poput luteina, beta-karotena, kriptoksantina i likopen, može inhibirati i pospješiti unos luteina u crijevima - na razini ugradnje u miješane micele u lumenu crijeva, enterocite (stanice tankog crijeva) tijekom unutarstaničnog transporta i ugradnju u lipoproteine ​​- s jakim interindividualnim razlikama; Tako, administraciju visokih doza beta-karotena (12-30 mg / d) rezultira povećanom apsorpcijom luteina i razinom luteina u serumu kod nekih ispitanika, dok je takva primjena kod drugih ispitanika povezana sa smanjenom apsorpcijom luteina i razinom luteina u serumu - vjerojatno zbog kinetičkog pomicanja procesi duž crijeva sluznica.
    • Proteini i vitamin E povećati apsorpciju luteina.
  • Pojedinačne probavne performanse, poput mehaničkog usitnjavanja u gornjem probavnom traktu, želučanog pH, temeljitog žvakanja protoka žuči i niskog pH želučanog soka potiču poremećaj stanica i oslobađanje vezanog i esterificiranog luteina, što povećava bioraspoloživost karotenoida; smanjeni protok žuči smanjuje bioraspoloživost zbog oštećenog stvaranja micela
  • Status opskrbe organizma
  • Genetički čimbenici

Transport i raspodjela u tijelu

U enterocitima (stanice tankog crijeva epitelijum) gornjeg tankog crijeva, lutein se ugrađuje u hilomikrone (CM, lipoproteini bogati lipidima) zajedno s drugim karotenoidima i lipofilnim tvarima, kao što je trigliceridi, fosfolipidii holesterol, koji se izlučuju (izlučuju) u intersticijske prostore enterocita egzocitozom (transport tvari iz stanice) i odvoze putem 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. Jednom administraciju halofilne morske alge Dunaliella salina, koja može proizvesti značajne količine karotenoida, uključujući (sve-trans, cis-) beta-karoten, alfa-karoten, kriptoksantin, likopen, lutein i zeaksantin, pokazalo se u krv zdravih osoba koje hilomikroni preferencijalno pohranjuju ksantofile lutein i zeaksantin preko karotena kao što su alfa- i beta-karoten. Uzrok se raspravlja u većoj polarnosti ksantofila, što dovodi do učinkovitijeg unosa luteina i u miješane micele i u lipoproteine ​​u usporedbi s beta-karotenom. 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 (FFS) i male količine luteina u razna tkiva, na primjer u mišiće, masno tkivo i mliječnu žlijezdu, cijepanjem lipida. Međutim, većina luteina ostaje u CM-R, koji se veže na određene receptore u jetra i unosi se u parenhimske stanice jetre putem receptor-posredovane endocitoze (invaginacije od stanična membrana - sužavanje vezikula koji sadrže CM-R (stanične organele) u unutrašnjost stanice). U jetra stanice, lutein je djelomično pohranjen, a drugi dio ugrađen je u VLDL (vrlo nizak gustoća lipoproteini), kroz koji karotenoid krvotokom dospijeva u ekstrahepatična tkiva. Kako se VLDL koji cirkulira u krvi veže za periferne stanice, lipidi cijepaju se djelovanjem LPL, a oslobođene lipofilne tvari, uključujući lutein, internaliziraju se (uzimaju se iznutra) pasivnom difuzijom. To rezultira katabolizmom (razgradnjom) VLDL-a na IDL (srednji gustoća lipoproteini). Čestice IDL mogu jetra ili receptorima posredovati i tamo se razgraditi ili trigliceridima metabolizirati (metabolizirati) u krvnoj plazmi. lipaza (enzim za cijepanje masti) do holesterol-bogatsvo LDL (nisko gustoća lipoproteini). Lutein dužan LDL preuzima se u jetru i ekstrahepatična tkiva putem endocitoze posredovane receptorima i prenosi u HDL (lipoproteini visoke gustoće) s druge strane, koji su uključeni u transport luteina i drugih lipofilnih molekule, Osobito holesterol, iz perifernih stanica natrag u jetru. Složena smjesa karotenoida nalazi se u ljudskim tkivima i organima, što je podložno snažnim individualnim varijacijama kako u kvalitativnom (uzorak karotenoida), tako i u kvantitativnom (koncentracija karotenoida) .Lutein, zeaksantin, alfa- i beta-karoten, likopen kao i alfa- i beta-kriptoksantin glavni su karotenoidi u organizmu i doprinose oko 80% ukupnom sadržaju karotenoida.Lutein se nalazi u svim tkivima i ljudskim organima, iako postoje značajne razlike u koncentracija. Uz jetru, nadbubrežne žlijezde, testise (testisi) I jajnici (jajnici) - posebno žuto tijelo (corpus luteum) - žuta mrlja oka (lat. macula lutea, područje mrežnice (mrežnice) s najvećom gustoćom fotoreceptora ("točka najoštrijeg vida") posebno ima visok sadržaj luteina. žuta mrlja nalazi se u središtu vremenske mrežnice (na strani spavanja) optički živac papile a ima promjer 3-5 mm. Fotoreceptori žute makule uglavnom su čunjevi odgovorni za percepciju boja. Makula sadrži lutein i zeaksantin kao jedini karotenoidi, zbog čega je lutein, u interakciji sa zeaksantinom, bitan (vitalni) u vizualnom procesu. Oba ksantofila mogu s visokom učinkovitošću apsorbirati plavu (visokoenergetsku kratkovalovnu duljinu) svjetlost i tako zaštititi stanice mrežnice od fotooksidativnog oštećenja, što igra ulogu u patogenezi (razvoju) senila (povezano s dobi) makularna degeneracija (AMD). AMD karakterizira postupni gubitak funkcije stanica mrežnice i vodeći je uzrok slijepilo kod ljudi starijih od 50 godina u industrijskim zemljama. Prema epidemiološkim studijama, povećani unos luteina i zeaksantina (najmanje 6 mg / dan iz voća i povrća) povezan je s povećanjem gustoće makularnog pigmenta i smanjenim rizikom od nastanka AMD [19, 26, 32, 33, 36 , 37, 53, 55-58]. Uz to, postoje dokazi da dnevna suplementacija s luteinom (10 mg / dan) - sama ili u kombinaciji s antioksidansima, vitaminii minerala - može poboljšati vidnu funkciju (oštrinu vida i osjetljivost na kontrast) u bolesnika s atrofičnom AMD. Nadalje, Dagnelie i suradnici (2000) otkrili su poboljšanje srednje vidne oštrine i srednjeg vidnog polja u bolesnika s retinitis pigmentosa i druge degeneracije mrežnjače (genetski ili spontani mutacijski inducirani postupni gubitak funkcije mrežnice u kojem posebno propadaju fotoreceptori) uzimanjem luteina (40 mg / dan). Pored žute makule, lutein i zeaksantin se također nalaze u kristalnom leća kao jedini karotenoidi. Zaštitom leće proteini od fotooksidativnog oštećenja, diciklični ksantofili mogu spriječiti ili usporiti napredovanje (napredovanje) katarakt (katarakta, zamućenje leća oka) [17, 19-21, 26, 31, 53, 55]. Tome u prilog govori nekoliko prospektivnih studija u kojima je povećani unos hrane bogate luteinom i zeaksantinom, poput špinata, kelja i brokule, smanjio vjerojatnost razvoja katarakt ili zahtijeva ekstrakciju mrene (kirurški postupak u kojem je oblačno leća oka uklanja se i zamjenjuje umjetnom lećom) za 18-50%. U smislu apsolutne koncentracije i doprinosa tkiva ukupnoj tjelesnoj težini, lutein je uglavnom lokaliziran u masnom tkivu (oko 65%) i jetri. Uz to, lutein se nalazi rubno u ment, mozak, srce, skeletni mišići i koža. Postoji izravna, ali ne linearna korelacija (veza) između skladištenja tkiva i oralnog unosa karotenoida. Dakle, lutein se iz skladišta tkiva oslobađa vrlo sporo tijekom nekoliko tjedana nakon prestanka uzimanja. U krvi se lutein prenosi lipoproteinima, koji se sastoje od lipofilnih molekule 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 je prisutan u 75% krv. Karotenoid se veže za 75-80% LDL, 10-25% vezano za HDLi 5-10% vezano za VLDL. U normalnom mješovitom dijeta, koncentracije luteina u serumu kreću se od 129-628 µg / l (0.1-1.23 µmol / l) i variraju ovisno o spolu, dobi, zdravlje status, ukupna tjelesna masnoća masa, i razine alkohol i duhan potrošnja. Dodatak standardiziranih doza luteina mogao bi potvrditi da se javljaju velike interindividualne varijacije s obzirom na koncentraciju luteina u serumu. U ljudskom serumu i majčino mlijeko, Do danas su identificirana 34 od približno 700 poznatih karotenoida, uključujući 13 geometrijskih all-trans izomera. Među njima su najčešće otkriveni lutein, kriptoksantin, zeaksantin, alfa- i beta-karoten i likopen.

izlučivanje

Neapsorbirani lutein napušta tijelo u fecesu (stolica), dok se njegovi metaboliti (produkti razgradnje) 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 luteina se hidroksiliraju (umetanje OH skupine) sustavom citokroma P-450 radi povećanja topljivosti
  • U fazi II dolazi do konjugacije s jako hidrofilnim (vodotopivim) tvarima - u tu svrhu glukuronska kiselina se prebacuje u prethodno umetnutu OH skupinu metabolita uz pomoć glukuroniltransferaze.

Većina metabolita luteina 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.