天然の機能性色素としてのカロテノイド

一般に、動物はカロテノイド-デ-ノボを合成していないため、動物に見られるカロテノイドは食物から直接得 これらの動物に見られるカロテノイドの主要な代謝変換は、酸化、還元、二重結合の翻訳、二重結合の酸化的切断、およびエポキシ結合の切断である。

β-カロテン、α-カロテン、β-クリプトキサンチンなどの非置換のβ-イオノン環を含むカロテノイドがよく知られている。 さらに、動物のカロテノイドは、光保護剤、抗酸化剤、免疫の増強剤、および生殖への貢献者などの重要な役割を果たしています。 いくつかの動物は、種内(性的シグナル伝達、社会的地位シグナル伝達、および親-子孫シグナル伝達)および種間(種認識、警告着色、擬態、および陰窩)通信のシグ

水生動物におけるカロテノイドの食物連鎖と代謝

水生動物には、構造的多様性を示す様々なカロテノイドが含まれています。 水生動物は藻および他の動物のような食糧からカロテノイドを得、新陳代謝の反作用によって変更します。 水生動物に存在するカロテノイドの多くは、β-カロチン、フコキサンチン、ペリジニン、ジアトキサンチン、アロキサンチン、アスタキサンチンの代謝産物である。

二枚貝(カキ、アサリ、ホタテ、ムール貝、箱舟の殻)とチュニテス(ホヤ)はフィルターフィーダーです。 それらは珪藻、渦鞭毛藻、青緑色の藻および緑藻のようなマイクロ藻で与え、これらの食餌療法の源からカロテノイドを得る。 珪藻の主要なカロテノイドはフコキサンチンです。 フコキサンチンは、アレン結合、エポキシド、カルボニル、アセチル基などのいくつかの官能基を有する。 したがって、二枚貝およびチュニートにおけるフコキサンチンの代謝産物は、図に示すように構造的多様性を示す。 5a. これらの動物に見られるフコキサンチンの主な代謝変換は、図に示すように、アレン結合のアセチレン結合への変換、エポキシ基の加水分解開裂、およ 5b.

図1.1.1. 5
図5

二枚貝およびtunicatesのfucoxanthinの新陳代謝の細道。 二枚貝およびチュニート類におけるフコキサンチンの末端基のb代謝変換機構

ペリジニン(Peridinin)は、c37炭素骨格を持つ渦鞭毛藻の主要な赤色カロテノイドである。 ペリジニンはまた、アレン結合、エポキシド、ラクトン環などのいくつかの官能基を有する。 フコキサンチンと同様に、ペリジニンはまた、図に示すように、二枚貝およびチュニートでいくつかの代謝産物に変換される。 6 .

図1.1.1. 6
図6

二枚貝およびチュニテスにおけるペリジニンの代謝経路

アスタキサンチンは、甲殻類(エビやカニ)の特徴的な海洋カロテノイドです。 多くの甲殻類は、食物藻類に摂取されたβ-カロチンから、エキネノン、3-ヒドロキシエチネノン、カンタキサンチン、アドニルビンを介してアスタキサンチンを合成することができる。 7 . 多くの甲殻類では、4-オキソ-β-末端基のC-3(C-3′)でのヒドロキシル化は非立体選択的である。 したがって、甲殻類に存在する3-ヒドロキシ-4-オキソ-β-末端基を有するアスタキサンチンおよび関連カロテノイドは、これらの光学異性体の混合物

図1.1.1. 7
図7

甲殻類におけるβ-カロテンの酸化的代謝

Cyprinidaeに属するコイ、フナ、金魚は、アドニキサンチンとイドキサンチンを介してゼアキサンチンを(3S,3’S)-アスタキサンチンに変換することができます(図1)。 8). そのため、主要なカロテノイドとしてゼアキサンチンを含むスピルリナは、赤い鯉や金魚の色素沈着に使用されています。

図1.1.1. 8
図8

ゼアキサンチンの(3S,3’S)-アスタキサンチンへの代謝変換

一方、いくつかの海洋魚(マダイ、タラ、マグロ、イエローテール)やサケ科魚(サケ、マス)は、β-カロテンやゼアキサンチンなどの他のカロテノイドからアスタキサンチンを合成することができない。 したがって、これらの魚に存在するアスタキサンチンは、オキアミのような甲殻類に属する食物動物プランクトンに由来する。 そのため、真鯛やサケの色素沈着にはアスタキサンチンが使われています。 いくつかの海洋魚の鰭および皮膚の明るい黄色は、ツナキサンチン(γ、γ-カロチン-3,3′-ジオール)の存在によるものである。 ツナキサンチンは、図に示すように、アスタキサンチンからゼアキサンチンを介して代謝される。 9 . 3-ヒドロキシ-β、γ-カロテン-3′-oneおよびγ、γ-カロテン-3,3′-ジオンのような3-オキソ-γ-末端基を有するカロテノイドは、この代謝変換における重要な中間体である。

図1.1.1. 9
図9

海産魚におけるアスタキサンチンの還元的代謝経路

海洋動物におけるカロテノイドの生物学的機能

上記のように、海洋動物は食物カロテノイドを変換し、これらの器官に蓄積する。 これらの代謝変換により、カロテノイドの抗酸化活性および光保護活性が増加する。

例えば、甲殻類などの多くの海洋無脊椎動物は、β-カロチンをアスタキサンチンに変換し、外皮、甲羅、卵、卵巣に蓄積します。 代謝変換によって、カロテノイドは黄色(β-カロテン)から赤色(アスタキサンチン)に色を変化させる。 海洋無脊椎動物のアスタキサンチンは時々カロテノイド蛋白質の複合体を形作り、赤く、青、または紫色です。 これらの色は、一般的な海底光条件下で動物をカモフラージュしたり、一般的な光受容体として機能したり、光の有害な影響に対する保護を提供したり さらに、この代謝変換により、一重項酸素の消光、脂質過酸化の阻害、光酸化に対する保護などのカロテノイドの抗酸化効果が強化される。 従って、これらの動物のアスタキサンチンは酸化防止剤として機能し、酸化圧力を防ぎます。

次の例では、海の天使クリオネリマシンの生殖腺にカロテノイドが含まれています。 海の天使は、クラス腹足類に属する小さな、浮遊海のナメクジです。 オホーツク海の流氷の下に生息し、強い日差しにさらされています。 その体はゼラチン状で透明です。 一方、その生殖腺および内臓は、カロテノイドの存在のために明るい橙赤色である。 海の天使は肉食性であり、草食性であり、珪藻や渦鞭毛藻などの微小藻類を食べる小さな海のカタツムリLimacina helicinaに独占的に餌を与えます。 従って、マイクロ藻によって作り出されるカロテノイドは食物連鎖のL.helicinaを通して海の天使に利用できるようにされます。 L.helicinaは直接食餌療法の藻からのdiatoxanthinのようなカロテノイドを吸収し、新陳代謝の修正なしでそれらを集めます。 一方、海の天使は、図に示すように、L.helicinaからペクテノロンに摂取されたdiatoxanthinを酸化的に代謝する。 10 . Diatoxanthinのc-4’のカルボニル基を導入することによって、カロテノイドは黄色から赤に色を変え、高められたantioxidativeおよび光保護活動を示します。 従って、海の天使は酸化防止剤および写真保護装置として生殖腺でpectenoloneを集めます。

図1.1.1. 10
図10

海の天使のカロテノイドの食物連鎖と代謝

赤いカロテノイドのmytiloxanthinは貝およびtunicatesで現在のfucoxanthinの代謝物質です。 珪藻からのジエタルフコキサンチンは、図に示すように、フコキサンノールとハロシンシアキサンチンを介してミチロキサンチンに代謝される。 この代謝変換により、一重項酸素消光、ヒドロキシラジカルの捕捉、カロテノイドの脂質過酸化の阻害などの抗酸化活性が増加する。 ミチロキサンチンはアスタキサンチンとほぼ同じ優れた抗酸化活性を示した。 したがって、海洋動物は食事カロテノイドをより活性なantioxid型に代謝し、それらを体内および生殖器官に蓄積すると結論された。

新規フコキサンチンピロフェオホルビドaエステル(Fig. 11)アワビHaliotis diversicolor aquatilisの内臓から単離された。 アワビの主要な食糧源は主要なカロテノイドとしてfucoxanthinを含んでいる褐藻類のようなマクロ藻です。 ピロフェオホルビドAは、アワビの内臓に含まれるクロロフィルAの代謝産物である。 このカロテノイドピロフェオホルビドAエステルはフコキサンチンとピロフェオホルビドAからアワビ内臓のエステラーゼにより形成されると考えられた。 ピロフェオホルビドAは光の存在下で基底状態の分子酸素から一重項酸素を生成する光増感剤であることはよく知られている。 一方、カロテノイドは一重項酸素の優れたクエンチャーであり、光酸化を防止する。 したがって、一重項酸素発生器およびクエンチャーとして作用する化合物がエステル化結合と結合していることは興味深い。 実際,フコキサンチンピロフェオホルビドAエステルはピロフェオホルビドAよりも弱い一重項酸素生成を示した。

図1.1.1. 11
図11

アワビからの新規カロテノイドピロフェオホルビドAエステル

陸生動物のカロテノイド

水生動物と同様に、ほとんどの陸生動物はカロテノイド-デ-ノボを合成できないため、食事から摂取しなければなりません。 したがって、陸生動物のカロテノイドは、主にそれらが食べる植物に由来する。 陸生動物に存在するカロテノイドの多くは、β-カロテン、β-クリプトキサンチン、ルテイン、ゼアキサンチン、およびそれらの代謝産物である。

昆虫やクモのカロテノイド

昆虫は動物の最も多様なグループです。 したがって、昆虫のカロテノイドは構造的多様性を示す。 昆虫に存在するカロテノイドの多くは、その食物に由来するβ-カロテン、β-クリプトキサンチン、ルテイン、ゼアキサンチン、およびその代謝産物である。 一方、アブラムシやコナジラミは、真菌や内共生細菌からの水平遺伝子導入によって獲得されたカロテノイド生合成遺伝子によってカロテノイド-デ-ノボを合成することができる。 これらの昆虫は、内共生細菌から移入されたカロテノイド生合成遺伝子により、β-ゼアカロテン、β-γ-カロテン(γ-カロテン)、トルレン、β-γ-カロテン、γ-γ-カロテンを合成する(図。 12) . さらに,青緑色アブラムシは,内共生細菌Rickettsiellaの遺伝子を用いて多環式キニーネを合成する。 したがって、アブラムシは、環境の文脈に応じて、着色のために真菌または共生細菌から水平転送遺伝子によって独自のカロテノイドおよびキニー これらのアブラムシのカロテノイドはまた、食物連鎖を介してカブトムシやトンボに蓄積されています。

図1.1.1. 12
図12

アブラムシおよびコナジラミの真菌および共生細菌からの水平移動遺伝子によるカロテノイド生合成経路

スティック昆虫は、秋に迷彩のために緑色から赤色に体色を変更します。 夏になると、棒状昆虫は緑の葉からクロロフィルとβ-カロテンを蓄積し、緑色の体色を示す。 秋には、β-カロテンを3,4,3′,4′-テトラデヒドロ-β,β-カロテン-2,2′-ジオンに変換し、15個の共役二重結合系を持ち、深い赤色を示す。 このカロテノイドはまた、生殖のために卵に蓄積される。 一連のケトコロテノイド、3-ヒドロキシエチネノン、アドニルビン、およびアスタキサンチンは、二つの斑点ハダニTetranychus urticaeで同定された。 長い夜と低い温度に応答して、女性のハダニは、生殖の停止とかすかな黄色から明るい赤橙色への体色の顕著な変化を特徴とする通性休眠に入る。 この体色の変化は、過越の物理的ストレスから保護することが示唆されているアスタキサンチンのようなケトコロテノイドの蓄積に起因する。

最近の調査では、フィトエンからβ-カロテンへの変換の原因となるカロテノイドシクラーゼ/シンターゼおよびカロテノイドデサチュラーゼ遺伝子が、二つの斑点を付けられたハダニT.urticaeに存在することが明らかになった。 系統発生解析から,これらのカロテノイド生合成遺伝子は真菌からハダニゲノムに移されたことが示唆された。

鳥のカロテノイド

羽(羽)の明るい赤、オレンジ、黄色の色素のほとんどは、カロテノイドの存在によるものです。 鳥では、カロテノイドはよい栄養の状態の重要な信号であり、適性の印として装飾用の表示で性の引き付ける力を高めるために使用され。 カロテノイド系の色の羽(羽)は、交配を促進するために異性の注意を引く。 例えば、食餌療法のカロテノイドの供給の処理は男性のシマウマのフィンチの細胞仲介された免疫機能そして性の引き付ける力の平行変更を呼 少なくとも10種類のカロテノイドが赤い羽で記録されています。 これらのほとんどは食餌療法の前駆物質の混合物の新陳代謝の修正によって作り出されます。 3-ヒドキシ-および/または3-オキソ-γ-エンドグループと黄色のカロテノイドのシリーズはまた、goldfinch Carduelisの色の羽で報告されました。 それらはまたルテインおよびゼアキサンチンから新陳代謝します。

最近、Mundy et al. 仲間を引き付けるなど、鳥がコミュニケーションに使用する明るい赤色の着色に必要な遺伝子を同定しました。 彼らは、ゼブラフィンチの赤色着色と色覚との遺伝的関連を明らかにし、赤みは有害物質を解毒する鳥の能力を示すことによって、仲間の質の正直な信号である可能性があることを提案した。 カロテノイドは、カエル、カタツムリ、トカゲにも存在します。 これらの黄色および赤い色はβカロチン、βクリプトキサンチン、ルテインおよびアスタキサンチンのようなカロテノイドの存在が原因です。

哺乳類のカロテノイド

哺乳類はカロテノイドを吸収する能力の点で三つのグループに分類されることが報告されています。 ブタ、ヒツジ、ヤギ、猫およびげっ歯類のような白脂肪動物はカロテノイドを全くまたは非常に少量で吸収しません。 反芻動物の牛や馬などの黄色脂肪動物は、キサントフィルではなくカロテンを独占的に蓄積します。 第三のグループ、人間とサルは、カロテンとキサントフィルの両方を同様によく蓄積します。

摂食実験により、サルはβ-カロテンだけでなく、β-クリプトキサンチン、ルテイン、ゼアキサンチンも血漿中に効果的に吸収することが明らかになった。 肝臓ではβ-カロテンとキサントフィルの両方がよく沈着した。 肺,心臓,筋肉,脂肪,皮膚および脳では,β-カロチンおよびβ-クリプトキサンチンのような極性の低いカロテノイドは,ルテインおよびゼアキサンチンのような極性キサントフィルよりもよく沈着した。 すなわち,サルの血しょうカロテノイドプロファイルは,ヒトのように食餌カロテノイド組成を反映していた。 サルはβ-カロテンだけでなく、β-クリプトキサンチン、ルテイン、ゼアキサンチンも血漿中に効果的に蓄積した。 興味深いことに、サルは、血液および脳におけるβ-クリプトキサンチンの優先的蓄積に関して類似していた。

Xanthophyllsの3-オキソ-ε末グループなど、β,ε-caroten-3’、3-ヒドロキシ-β,ε-caroten-3’、3′-ヒドロキシ-ε,ε-caroten-3’、およびε,ε-カロチン-3,3′-ジオンが存在している複数の哺乳動物 最近、Nagao et al. キサントフィル類に3-ヒドロキシ-β-末端基を持つカロテノイドが、3-オキソ-β-末端基を持つ不安定な中間体を介して、マウス肝臓のNAD+依存性デヒドロゲナーゼによって3-オキソ-γ-末端基を持つカロテノイドに酸化されることを明らかにした。 13 .

図1.1.1. 13
図13

哺乳類における3-ヒドロキシ-β-末端を有するキサントフィルの酸化経路

ヒトのカロテノイド

一般的なヒトの食品には約50種類のカロテノイドが含まれており、そのうち食品から摂取された約20種類が血液(血漿または血清)に含まれている。 これらのうち、β-カロチン、α-カロチン、リコピン、β-クリプトキサンチン、ルテイン、ゼアキサンチンが主要成分であり、全カロテノイドの90%以上を構成することが見出されている。 カロテノイドはまた、ヒト赤血球に蓄積する。 リコピン、ルテインおよびゼアキサンチンの酸化代謝産物はまた人間血しょうにあります。 Capsanthin、パプリカの主要なカロテノイドはまた人間で、吸収され、それの部分はcapsanthoneに新陳代謝します。 しかし、野菜中に存在するアントラキサンチン、ビオラキサンチン、ネオキサンチン、ルテインエポキシドなどのエポキシカロテノイドは、ヒトの血液中には見られない。 これらのエポキシカロテノイドは胃の酸性条件によって分解される可能性がある。

食事から摂取されたカロテノイドは小腸に吸収されます。 キサントフィルエステルはリパーゼまたはエステラーゼによって加水分解され、吸収される。 プロビタミンAカロテノイドの一部は、β-カロテン-15,15′-ジオキシゲナーゼによって小腸の粘液中の網膜に変換される。 吸収されたカロテノイドは、キロミクロンに組み込まれ、血液を介して肝臓および様々な器官に輸送される。 すべての三つの主要なリポタンパク質:非常に低密度リポタンパク質(VLDL)、低密度リポタンパク質(LDL)、および高密度リポタンパク質(HDL)は、カロテノイドの輸送 カロテノイドは、肝臓、副腎、卵巣、皮膚、肺、精巣、前立腺、および血清などのいくつかのヒト器官に見出され得る。 ヒトの器官におけるカロテノイドの分布は特異性を示す。 ルテインおよびゼアキサンチンはエステル化された形態の皮そしてsubcutaneousティッシュの表面にあり、一重項の酸素の紫外線吸収剤そして急冷剤とし 脳にはβ-クリプトキサンチン、ルテイン、ゼアキサンチンなどのキサントフィルが含まれています。 眼では、ルテイン(メソ)-ゼアキサンチン、およびゼアキサンチンは黄斑色素として存在する。 リコピンは前立腺に蓄積する。

いくつかの調査により、食餌性カロテノイドは、いくつかの癌および他の重篤な状態のリスクの低下、免疫系の刺激、およびヒトの皮膚健康への利

1981年、Peto et al. 食餌療法のβカロチンが人間の癌率を減らしたことを報告しました。 それ以来、いくつかの疫学的研究は、様々なカロテノイドを含む緑黄色野菜および果物の摂取が癌のリスクの低下と関連していることを示している。 例えば、サツママンダリン(ウンシウミカン)が豊富なβ-クリプトキサンチンは、癌のリスクの低下と関連している可能性があります。 リコピンの摂取はまた、前立腺癌のリスクを減少させた。 さらに,天然のマルチカロテノイド(α-カロチン,β-カロチン,ルテイン,リコピンの混合物)とα-トコフェロールの投与により,肝炎ウイルス誘発性肝硬変患者における肝細胞癌の発症が有意に抑制されることが臨床試験で明らかになった。 カロテノイドはまた、心血管疾患、糖尿病、肥満、およびいくつかの生活習慣病を予防し、免疫力を高めるのに役立つことが報告されています。 さらに、カロテノイドは持久力と皮膚の健康を改善します。