A karotinoidok mint természetes funkcionális pigmentek

általában az állatok nem szintetizálják a De novo karotinoidokat, így az állatokban található anyagokat vagy közvetlenül táplálékból nyerik, vagy részben metabolikus reakciók útján módosítják. Az ezekben az állatokban található karotinoidok fő metabolikus átalakulása az oxidáció, a redukció, a kettős kötések transzlációja, a kettős kötések oxidatív hasítása és az epoxi kötések hasítása .

köztudott, hogy a karotinoidok, amelyek szubsztituált (szubsztituált)-ionon gyűrűket tartalmaznak, mint például a (D)-karotin, A (Z)-karotin, A (Z)-karotin, A (Z) – kriptoxantin. továbbá az állatokban található karotinoidok fontos szerepet játszanak, mint például a fotóvédők, antioxidánsok, az immunitás fokozói és a szaporodás elősegítői. Számos állat használja a karotinoidokat a fajon belüli (szexuális jelzés, társadalmi státusz jelzés és szülő-utód jelzés) és a fajok közötti (fajfelismerés, figyelmeztető színezés, mimikri és kriptisz) kommunikáció jelzéseként .

Élelmiszerlánc és a karotinoidok metabolizmusa víziállatokban

a víziállatok különböző karotinoidokat tartalmaznak, amelyek szerkezeti sokféleséget mutatnak. A vízi állatok karotinoidokat nyernek olyan élelmiszerekből, mint az algák és más állatok, és metabolikus reakciók révén módosítják őket. A vízi állatokban jelen lévő karotinoidok közül sok a következők metabolitjai: karotin, fukoxantin, peridin, diatoxantin, alloxantinés asztaxantin .

a kéthéjú kagylók (osztrigák, kagylók, fésűkagylók, kagylók és bárkahéjak) és zsákállatok (tengeri lövedékek) szűrőadagolók. Mikroalgákkal, például kovamoszatokkal, dinoflagellátokkal, kék-zöld algákkal és zöld algákkal táplálkoznak, és ezekből az étrendi forrásokból karotinoidokat nyernek. A kovamoszatok fő karotinoidja a fukoxantin. A fukoxantin számos funkcionális csoporttal rendelkezik, mint például az allenikus kötés, az epoxid, a karbonil és az acetilcsoportok. Ezért a kéthéjú kagylókban és zsákállatokban a fukoxantin metabolitjai szerkezeti sokféleséget mutatnak, amint azt az ábra mutatja. 5a. Az ezekben az állatokban található fukoxantin fő metabolikus átalakulása az allén kötés acetilénes kötéssé történő átalakulása, az epoxi csoport hidrolízises hasítása, valamint az epoxi csoport oxidatív hasítása, az ábrán látható módon. 5b .

Fig. 5
5. ábra

a fukoxantin metabolikus útvonala a kagylókban és zsákállatokban. B a fukoxantin végcsoportjainak metabolikus konverziós mechanizmusai kagylókban és zsákállatokban

a Peridinin C37 szénvázával a dinoflagellátok egyik fő vörös karotinoidja. A peridininnek számos funkciós csoportja is van, például egy allenikus kötés, epoxidés egy lakton gyűrű. A fukoxantin mellett a peridinin több metabolittá is átalakul a kagylókban és zsákállatokban, amint az az ábrán látható. 6 .

Fig. 6
6. ábra

a peridinin metabolikus útvonalai kagylókban és zsákállatokban

az asztaxantin jellegzetes tengeri karotinoid a rákfélékben (garnélarák és rákok). Számos rákféle képes szintetizálni az asztaxantint az étrendi algákban bevitt Anavar-karotinból echinenon, 3-hidroxiechinenon, kantaxantin és adonirubin útján, amint az az ábrán látható. 7 . Sok rákfélében a C-3 (C-3′) hidroxilezése a 4-oxo-6-végcsoportban nem sztereo-szelektív. Ezért a rákfélékben jelen lévő asztaxantin és rokon karotinoidok, amelyek 3-hidroxi-4-oxo-6-végcsoportot tartalmaznak, ezen optikai izomerek keverékéből állnak .

Fig. 7
7. ábra

a karotin oxidatív metabolizmusa rákfélékben

ponty, kárász, és aranyhal tartozó Cyprinidae képes átalakítani zeaxantin (3S,3’s) – asztaxantin keresztül adonixanthin és idoxanthin (ábra. 8). Ezért a spirulina, amely zeaxantint tartalmaz, mint a fő karotinoid, a vörös ponty és az aranyhal pigmentációjára szolgál .

Fig. 8
8. ábra

a zeaxantin metabolikus átalakulása (3S,3S)-asztaxantinná a Cyprinidae halakban

másrészt számos tengeri hal (vörös tengeri keszeg, tőkehal, tonhal és Sárgafarkú) és Salmonidae hal (lazac és pisztráng) nem képes szintetizálni az asztaxantint más karotinoidokból, mint például a ons-karotin és a zeaxantin . Ezért az ezekben a halakban jelen lévő asztaxantin a rákfélékhez, például a krillhez tartozó étrendi zooplanktonból származik. Tehát az asztaxantint vörös tengeri keszeg és lazac pigmentációjára használják. Számos tengeri hal uszonyának és bőrének élénk sárga színe a tunaxantin (6,3′-diol) jelenlétének köszönhető. A tunaxantin az asztaxantinból metabolizálódik zeaxantinon keresztül, amint az az ábrán látható. 9 . A 3-oxo-ons-végcsoporttal rendelkező karotinoidok,mint például a 3-hidroxi-6,a 3′-on-karotin, a 3′-on-karotin és a 3,3 ‘ -Dion kulcsfontosságú intermedierek ebben a metabolikus konverzióban.

Fig. 9
9. ábra

az asztaxantin reduktív metabolikus útja tengeri halakban

a karotinoidok biológiai funkciója tengeri állatokban

a fent leírtak szerint a tengeri állatok átalakítják az étrendi karotinoidokat, és felhalmozódnak ezekben a szervekben. Ezen anyagcsere-átalakítások révén fokozódnak a karotinoidok antioxidáns és Foto-védő aktivitása.

például sok tengeri gerinctelen, mint például a rákfélék, átalakítja a karotint asztaxantinná, és felhalmozódik az integumentumokban, a páncélokban, a tojásokban és a petefészkekben. A metabolikus konverzió révén a karotinoid színe sárgáról (Anavar-karotin) vörösre (asztaxantin) változik. Az asztaxantin a tengeri gerinctelenekben néha karotinoid fehérje komplexet képez, vörös, kék vagy lila színű. Ezek a színek szolgálhatnak az állatok álcázására az uralkodó tenger alatti fényviszonyok között, általános fotoreceptorként szolgálhatnak, vagy védelmet nyújthatnak a fény lehetséges káros hatásai ellen. Ezen túlmenően ezen anyagcsere-átalakítás révén fokozódnak a karotinoidok antioxidáns hatásai, mint például a szingulett oxigén kioltása, a lipidperoxidáció gátlása és a foto-oxidáció elleni védelem. Ezért az asztaxantin ezekben az állatokban antioxidánsként működik, és megakadályozza az oxidatív stresszt .

a következő példa karotinoidokat tartalmaz a tengeri angyal Clione limacine ivarmirigyeiben . A tengeri angyal egy kicsi, úszó tengeri csiga, amely a Gastropoda osztályba tartozik. Az Okhotszki-tenger sodródó jég alatt él, erős napfénynek van kitéve. Teste kocsonyás és átlátszó. Másrészt az ivarmirigyek és a zsigerek élénk narancssárga-vörös színűek a karotinoidok jelenléte miatt. A tengeri angyal húsevő, és kizárólag egy kis tengeri csigával, a Limacina helicinával táplálkozik, amely növényevő és mikroalgákkal, például diatómákkal és dinoflagellátumokkal táplálkozik. Ezért a mikroalgák által termelt karotinoidokat az élelmiszerláncban L. helicinán keresztül bocsátják a tengeri angyal rendelkezésére. Az L. helicina közvetlenül felszívja a karotinoidokat, például a diatoxantint az étrendi algákból, és metabolikus módosítás nélkül felhalmozza őket. Másrészt a tengeri angyal oxidatív módon metabolizálja a bevitt diatoxantint L. helicina – ból pektenolonba, amint az az ábrán látható. 10 . A C-4′ karbonilcsoport diatoxantinban történő bevezetésével a karotinoid színe sárgáról pirosra változik, és fokozott antioxidáns és fotóvédő aktivitást mutat. Ezért a tengeri angyal felhalmozódik pectenolone az ivarmirigyek, mint egy anti-oxidáns és egy fotó-védő .

Fig. 10
ábra10

Élelmiszerlánc és a karotinoidok metabolizmusa a sea angel-ben

a vörös karotinoid mytiloxanthin a kagylókban és zsákállatokban jelen lévő fukoxantin metabolitja. A diatómákból származó dietális fukoxantin mytiloxantinná metabolizálódik a fucoxanthinol és a halocynthiaxanthin révén a kagylókban és zsákállatokban, amint az az ábrán látható. 5a. ezen anyagcsere-átalakítás révén fokozódnak az antioxidatív tevékenységek, például a szingulett oxigén kioltása, a hidroxigyökök eltávolítása és a karotinoidok lipidperoxidációjának gátlása. A mytiloxantin szinte ugyanolyan kiváló antioxidáns aktivitást mutatott, mint az asztaxantin . Ezért arra a következtetésre jutottak, hogy a tengeri állatok metabolizálják az étrendi karotinoidokat egy aktívabb antioxidáns formába, és felhalmozódnak a testükben és a reproduktív szervekben.

egy új fukoxantin-pirofeoforbid-észter (ábra. 11) az abalone Haliotis diversicolor aquatilis zsigereiből izolálták. Az abalone fő táplálékforrásai a makroalgák, például a barna algák, amelyek fő karotinoidként fukoxantint tartalmaznak. A pirofeoforbid a klorofill a metabolitja az abalone zsigereiben. Ez a karotinoid pirofeoforbid a észter fucoxanthinból és pirofeoforbid A-ból származhat az abalone zsigereiben található észteráz által. Köztudott, hogy a pirofeoforbid a fényérzékenyítő, amely az alapállapotú molekuláris oxigénből fény jelenlétében szingulett oxigént generál. Másrészt a karotinoidok kiválóan oltják a szingulett oxigént, és megakadályozzák a foto-oxidációt. Ezért érdekes, hogy a szingulett oxigéngenerátorként és oltóként működő vegyületek észterezett kötésekkel vannak összekapcsolva. Valóban, a fukoxantin-pirofeoforbid a-észter gyengébb szingulett oxigéntermelést mutat, mint a pirofeoforbid a .

Fig. 11
ábra11

új karotinoid pirofeoforbid a észter abalone-ból

karotinoidok szárazföldi állatokban

a vízi állatokhoz hasonlóan a legtöbb szárazföldi állat nem képes szintetizálni a De novo karotinoidokat, ezért ezeket étrendjükből kell beszerezni. Ezért a szárazföldi állatok karotinoidjai elsősorban olyan növényekből származnak, amelyekkel táplálkoznak. A szárazföldi állatokban jelen lévő karotinoidok közül sok a 6-karotin, a 6-kriptoxantin, a lutein, a zeaxantin és ezek metabolitjai .

rovarok és pókok karotinoidjai

a rovarok az állatok legváltozatosabb csoportja. Ezért a rovarok karotinoidjai szerkezeti sokféleséget mutatnak. Sok a karotinoidok jelen rovar vagy β-karotin, β-cryptoxanthin, lutein, zeaxantin, valamint, amelyek származik az élelmiszer, a metabolitok. Másrészt a levéltetű és a lepke képes szintetizálni a De novo karotinoidokat karotinoid bioszintézis gének által, amelyeket horizontális géntranszfer útján szereznek gombákból vagy endoszimbiotikus baktériumokból. Ezek a rovarok szintetizálni β-zeacarotene, β,ψ-karotin (γ-karotin), torulene -, β -, γ-karotin, valamint γ,γ-karotin által karotinoid bioszintézis gének át endosymbiotic baktériumok (Fig. 12) . Ezenkívül a kék-zöld levéltetvek policiklusos kinineket szintetizálnak a rickettsiella endoszimbiotikus baktérium génjeinek felhasználásával . Ezért a levéltetvek saját karotinoidokat és kinineket készítenek a gombák vagy szimbiotikus baktériumok horizontális transzfer génjeiből a színezéshez, a környezeti körülményektől függően. Ezek a levéltetű karotinoidok a bogarakban és szitakötőkben is felhalmozódnak az élelmiszerláncon keresztül.

Fig. 12
ábra12

karotinoid bioszintetikus utak horizontális transzfer gének gombákból és szimbiotikus baktériumok levéltetvek és whitefly

a bot rovarok ősszel álcázás céljából zöldről pirosra változtatják testszínüket. Nyáron a bot rovarok felhalmozják a klorofillot és az a-karotint az étrendi zöld levelekből, és zöld testszínt mutatnak. Ősszel, átalakítják a GmbH-karotint 3,4,3′, 4′-tetradehidro-6,2 ‘ -dionná, 15 konjugált kettős kötésű rendszerrel, amely mélyvörös színű. Ez a karotinoid a tojásokban is felhalmozódik szaporodás céljából . A tetranychus urticae kétfoltos pókatkában egy sor ketokarotenoidot, 3-hidroxiechinenont, adonirubint és asztaxantint azonosítottak. A hosszú éjszakákra és az alacsonyabb hőmérsékletekre reagálva a nőstény pók atkák fakultatív diapauzába lépnek, amelyet a szaporodás megszűnése és a test színének markáns változása jellemez a halvány sárgától az élénkvörös-narancsig. Ez a testszínváltozás a ketokarotenoidok, például az asztaxantin felhalmozódásából származik,amelyet javasoltak az áttelelés fizikai stresszei ellen.

egy nemrégiben végzett vizsgálat kimutatta, hogy a karotinoid-cikláz/szintáz és a karotinoid-deszaturáz gének, amelyek felelősek lehetnek a fitoén átalakul-vá-karotin, jelen voltak a kétfoltos T. urticae pókatkában . A filogenetikai elemzések azt sugallják, hogy ezek a karotinoid bioszintetikus gének a gombákból a pókatka genomjába kerültek.

karotinoidok madarakban

a tollazat élénkvörös, narancssárga és sárga pigmentjeinek többsége a karotinoidok jelenlétének köszönhető. A madaraknál a karotinoidok a jó táplálkozási állapot fontos jelét jelentik, és díszes megjelenítésekben használják a fitnesz jeleként és a szexuális vonzerő növelésére. A tollak karotinoid alapú színei (tollazat) felhívják az ellenkező nem figyelmét a párzás elősegítésére. Például az étrendi karotinoid-ellátás manipulálása párhuzamos változásokat idéz elő a sejtek által közvetített immunfunkcióban és a hím zebrapintyek szexuális vonzerejében . Legalább tízféle karotinoidot dokumentáltak vörös tollakban. Ezek többségét az étrendi prekurzor vegyületek metabolikus módosításával állítják elő. Egy sor sárga karotinoidot a 3 – hidoxi-és/vagy a 3-oxo-ons-végcsoporttal együtt jelentettek a goldfinch Carduelis színes tollaiban is. A luteinből és a zeaxantinból is metabolizálódnak .

nemrégiben Mundy et al. a madarak által a kommunikációhoz használt élénkvörös színezéshez szükséges azonosított gének, például a társak vonzása. Genetikai kapcsolatot tártak fel a vörös szín és a zebrapinty színlátása között, és azt javasolták, hogy a vörösség a pár minőségének őszinte jele lehet, jelezve a madár képességét a káros anyagok méregtelenítésére . A karotinoidok békákban, csigákban és gyíkokban is jelen vannak. Ezek a sárga és piros színek a karotinoidok jelenlétének köszönhetők, mint pl. a 6-karotin, a kriptoxantin, a lutein és az asztaxantin.

karotinoidok emlősökben

beszámoltak arról, hogy az emlősöket három csoportba sorolják a karotinoidok felszívódási képessége szempontjából. A fehérzsíros állatok, mint a sertések, juhok, kecskék, macskák és rágcsálók egyáltalán vagy nagyon kis mennyiségben nem szívják fel a karotinoidokat. A sárgazsíros állatok, például a kérődző szarvasmarhák és lovak kizárólag karotinokat halmoznak fel, nem pedig xantofilleket. A harmadik csoport, az emberek és a majmok egyaránt jól felhalmozzák a karotinokat és a xantofilleket .

egy etetési kísérlet során kiderült, hogy a majmok nem csak a kontinuum-karotint, hanem a kriptoxantint, a luteint és a zeaxantint is hatékonyan szívják fel a plazmába. A májban mind a 6-karotin, mind a xantofillok jól lerakódtak. A tüdőben, a szívben, az izomban, a zsírban, a bőrben és az agyban a kevésbé poláris karotinoidok, mint például a HTTPS-karotin és a HTTPS-kriptoxantin, jól lerakódtak, mint a poláris xantofillok, mint a lutein és a zeaxantin. Nevezetesen, a majmok plazma karotinoid profilja tükrözi az étrendi karotinoid-összetételt, mint az embereknél. A majmok hatékonyan felhalmozódtak a plazmában, nem csak a .. -karotint, hanem a .. -kriptoxantint, a luteint és a zeaxantint is. Érdekes módon a majmok hasonlók voltak a vérben és az agyban lévő preferált kriptoxantin felhalmozódás tekintetében .

Xantofillek a 3-oxo-ε-vég csoport, mint például a β ε-caroten-3′-egy, a 3-hidroxi-β ε-caroten-3′-egy, 3′-hidroxi-ε,ε-caroten-3′-egy, ε,ε-karotin-3,3′-dion, jelen vannak számos emlős. Nemrég, Nagao et al. kiderült, hogy a xantofillekben lévő 3-hidroxi-6-végcsoporttal rendelkező karotinoidokat karotinoidokká oxidálták egy 3-oxo-6-végcsoporttal egy instabil köztiterméken keresztül, egy 3-oxo-6-végcsoporttal, az egérmáj NAD+ – függő dehidrogenázával, amint azt az ábra mutatja. 13 .

Fig. 13
ábra13

a xantofillok oxidációs útja emlősökben 3-hidroxi-6-véggel

karotinoidok emberekben

körülbelül 50 féle karotinoid található a közös emberi élelmiszerekben, köztük körülbelül 20 típusú táplálékból bevitt a vérben (plazma vagy szérum). Ezek közül az összes karotin több mint 90%-át alkotják a fő összetevők, a likopin, a likopin, a kriptoxantin, a lutein és a zeaxantin . A karotinoidok az emberi eritrocitákban is felhalmozódnak . A likopin, a lutein és a zeaxantin oxidatív metabolitjai szintén megtalálhatók az emberi plazmában . A kapszantin, a paprika egyik fő karotinoidja, az emberekben is felszívódik, egy része pedig kapszantonná metabolizálódik . Azonban az epoxi karotinoidok, mint például az antheraxantin, a violaxantin, a neoxantin és a lutein epoxid, amelyek jelen vannak a zöldségekben, nem találhatók meg az emberi vérben. Ezek epoxi karotinoidok lehet lebontani a savas körülmények között a gyomorban .

az étrendből bevitt karotinoidokat a vékonybél felszívja. A xantofill-észtereket lipáz vagy észteráz hidrolizálja és abszorbeálja. Az A-provitamin karotinoidok egy részét a vékonybél nyálkahártyájában retinává alakítják át az a-karotin-15,15 ‘ – dioxigenáz. Az abszorbeált karotinoidok beépülnek a chilomikronokba, majd a véren keresztül a májba és a különböző szervekbe szállítják. Mindhárom fő lipoprotein: A nagyon alacsony sűrűségű lipoprotein (VLDL), az alacsony sűrűségű lipoprotein (LDL) és a nagy sűrűségű lipoprotein (HDL) részt vesz a karotinoidok szállításában . A karotinoidok számos emberi szervben megtalálhatók, például a májban, a mellékvesékben, a petefészkekben, a bőrben, a tüdőben, a herékben, a prosztatában és a vérszérumban. A karotinoidok eloszlása az emberi szervekben specifitást mutat. A Lutein és a zeaxantin észterezett formában található a bőr és a bőr alatti szövet felületén, és UV-elnyelőként és a szingulett oxigén oltójaként működik . A xantofillok, mint például a kriptoxantin, a lutein és a zeaxantin az agyban találhatók . A szemben a lutein (mezo)-zeaxantinés a zeaxantin makula pigmentként vannak jelen . A likopin felhalmozódik a prosztatában .

számos vizsgálat kimutatta, hogy az étrendi karotinoidok egyes rákos megbetegedések és más súlyos állapotok csökkent kockázatával, az immunrendszer stimulálásával és az emberi bőr egészségére gyakorolt előnyökkel járnak .

1981-ben Peto et al. számolt be arról, hogy az étrendi vállalkozók-karotin csökkentette az emberi rák arányát . Azóta számos epidemiológiai tanulmány kimutatta, hogy a zöld-sárga zöldségek és gyümölcsök bevitele, amelyek különböző karotinoidokat tartalmaznak, a rák kockázatának csökkenésével jár . Például, a satuma mandarinban (Citrus unshiu) gazdag cryptoxantin a rák kockázatának csökkenésével járhat. A likopin bevitele szintén csökkentette a prosztatarák kockázatát . Továbbá, a klinikai vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a természetes multi karotinoidok (elegyet a CA-karotin, a CA-karotin, a lutein és a likopin) és a CA-tokoferol adagolása a hepatitisz vírus okozta cirrhosisban szenvedő betegeknél a hepatoma kifejlődésének jelentős szuppresszióját eredményezte . Arról is beszámoltak, hogy a karotinoidok segítenek megelőzni a szív-és érrendszeri betegségeket, a cukorbetegséget, az elhízást és számos életmóddal kapcsolatos betegséget, valamint fokozzák az immunitást. Ezenkívül a karotinoidok javítják az állóképességet és a bőr egészségét .