Carotenoïden

Carotenoïden behoren tot de groep van zogenaamde secundaire plantaardige stoffen, die niet als essentieel worden beschouwd voor mensen, maar wel als gunstig voor volksgezondheid​ Carotenoïden zijn lipofiele (in vet oplosbare) kleurpigmenten. Ze komen voor in de chromoplasten van plantenorganismen en geven veel planten en vruchten hun gele tot roodachtige kleur. Carotenoïden kunnen ook worden gedetecteerd in de chloroplasten van groene planten, waarvan de kleur wordt gemaskeerd door het groen van chlorofyl. Carotenoïden kunnen uitsluitend door plantenorganismen worden gesynthetiseerd. Daar zijn ze tijdens fotosynthese betrokken bij de absorptie van licht en de overdracht van zijn energie aan chlorofyl. Ze verbreden ook het absorptie spectrum in het blauwgroene spectrale bereik in fotosynthetische organismen en dienen als lichtbeschermingsfactoren. Bovendien beschermen carotenoïden als antioxidanten chlorofyl moleculen van planten tegen foto-oxidatieve schade en beschermen dieren die carotenoïdenrijk plantaardig voedsel consumeren tegen de invloed van agressief zuurstof soorten - “oxidatief spanning​ Tegenwoordig zijn er 500-600 verschillende carotenoïden bekend, waarvan ongeveer 10% kan worden omgezet in vitamine A (retinol) door menselijk metabolisme en hebben dus provitamine A-eigenschappen. De bekendste vertegenwoordiger bij deze woning is beta-caroteen​ Deze carotenoïde heeft de hoogste vitamine A activiteit. Vitamine A wordt uitsluitend aangetroffen in het dierlijke organisme en, naast beta-caroteen, kan ook worden gevormd uit andere carotenoïden, zoals alfa-caroteen en beta-cryptoxanthine. Onder normale voedingsomstandigheden kunnen ongeveer 40 verschillende carotenoïden in menselijk serum worden gedetecteerd, waarvan de volgende de belangrijkste carotenoïden in het organisme zijn.

  • Alpha-caroteen
  • Bèta-caroteen
  • Lycopeen
  • Luteïne
  • Zeaxanthine
  • Alfa-cryptoxanthine
  • Bèta-cryptoxanthine

Bèta-caroteen is goed voor 15-30% van de totale carotenoïden in plasma.

Biochemie

Chemisch gezien zijn carotenoïden samengesteld uit acht isoprenoïde-eenheden en bestaan ​​ze uit een koolwaterstofketen met geconjugeerde dubbele bindingen die aan beide uiteinden verschillende substituenten kunnen dragen. Ze kunnen worden onderverdeeld in carotenen, bestaande uit waterstof en carbon, en xanthofylen, die ook zuurstof​ De belangrijkste vertegenwoordigers van carotenen zijn ook alfa- en bètacaroteen lycopeen en van xanthofylen luteïne, zeaxanthine en beta-cryptoxanthine. Terwijl gele, rode en oranje groenten en fruit voornamelijk carotenen bevatten, wordt 60-80% van xanthofylen aangetroffen in groene groenten. Beta-caroteen vertegenwoordigt de meest voorkomende carotenoïde, hoewel het gehalte aan bijvoorbeeld luteïne in spinazie en verschillende kool variëteiten of lycopeen in tomaten is veel hoger.

Absorptie

Het geheel absorptie Het aantal carotenoïden is erg laag, variërend van 1 tot 50%. Naarmate de opname van carotenoïden via de voeding toeneemt, neemt de absorptiesnelheid af. Bovendien is de absorptie afhankelijk van de volgende factoren.

  • Soort eten - voedingsvezels, bijvoorbeeld pectines, vermindert de opname.
  • Vorm waarin carotenoïden in voedingsmiddelen aanwezig zijn - naarmate de kristalgrootte toeneemt, neemt de absorptiesnelheid af
  • Combinatie met andere voedingscomponenten, vooral vet - om een ​​optimale opname te garanderen, is de aanwezigheid van voedingslipiden essentieel
  • Type verwerking - warmtebehandeling, mechanische verkleining bevorderen de absorptie.

Bètacaroteen uit rauwe wortelen wordt bijvoorbeeld slechts ongeveer 1% geabsorbeerd omdat het is ingesloten in een complexe, onverteerbare matrix van eiwitten, lipiden en koolhydraten in de plantencel. Naarmate de verwerkingsgraad toeneemt - onder invloed van warmte en mechanische verkleining, bijvoorbeeld tijdens koken of bij de productie van ketchup - de absorptiesnelheid neemt toe. De opname van carotenoïden volgt de route van lipidenresorptie, waarvoor de aanwezigheid van vetten en noodzakelijk is galzuren​ Carotenoïden worden samen met andere in vet oplosbare voedingsstoffen verpakt in micellen nadat ze onder invloed van galzuren en getransporteerd naar de epitheelcellen van de dunne darm slijmvliesDaar wordt het aldehyde-netvlies gevormd uit de vitamine A-actieve carotenoïden - bèta- en alfa-caroteen en beta-cryptoxanthine - als gevolg van oxidatieve splitsing door het enzym dioxygenase - een tot twee moleculen van het netvlies kan worden gevormd uit beta-caroteen. Retinal wordt door middel van alcohol dehydrogenase. Vervolgens verestering van retinol moleculen met palmitinezuur, stearinezuur, oliezuur en linoleenzuur zurentreedt op, resulterend in de synthese van retinylesters. De oxidatieve splitsing van carotenoïden door dioxygenase en de vorming van vitamine A vindt voornamelijk plaats in de cellen van de dunne darm slijmvlies​ Vitamine A-actieve carotenoïden kunnen echter ook in andere weefselcellen worden omgezet in vitamine A, zoals lever, nier en long. Zuurstof en een metaalion, vermoedelijk ijzer, zijn vereist om de dioxygenase-activiteit te behouden. Ten slotte hangt de mate van enzymatische splitsing en dus de hoeveelheid gesynthetiseerde vitamine A af van het niveau van de opname van carotenoïden of eiwitten, ijzer status, en gelijktijdige inname van vet en vetoplosbaar vitaminen - vitamine A, D, E, K. Studies hebben aangetoond dat verzadigd vetzuren hebben een veel positiever effect op de opname van carotenoïden dan onverzadigde vetzuren. De volgende oorzaken worden besproken.

  • Polyeenvetzuren - PFS -, zoals omega-3- en -6-vetzuren, vergroten de micelgrootte, waardoor de diffusiesnelheid afneemt
  • PFS verandert de lading van het miceloppervlak, waardoor de affiniteit voor de epitheelcel negatief wordt beïnvloed
  • PFS nemen meer ruimte in lipoproteïnen VLDL in dan verzadigde vetten, waardoor de ruimte voor andere lipoïden, zoals carotenoïden, retinol en vitamine E -tocoferol.
  • Omega-3 vetzuren remmen VLDL-synthese. VLDL is belangrijk voor het transport van carotenoïden in het serum.
  • PFS verhoogt de behoefte aan vitamine E, een antioxidant die respectievelijk carotenoïden en vitamine A beschermt tegen oxidatie

Transport en opslag

De resulterende retinylesters, niet-veresterde retinol, carotenen en xanthofylen worden opgeslagen in chylomicronen in de dunne darm. slijmvlies​ Chylomicronen behoren tot de groep van lipoproteïnen en hebben de taak vetoplosbare stoffen vrij te maken uit de epitheelcellen van de dunne darm in de weefselvocht en ze in het serum naar de lever of perifere weefsels. Slechts een klein deel van de retinylesters en carotenoïden wordt opgenomen in extrahepatische weefsels en omgezet in vitamine A. lever​ Het grootste deel bereikt de lever. Onderweg worden de geladen chylomicronen enzymatisch afgebroken tot "chylomicronresten", die worden opgenomen door de parenchymcellen van de lever. In de lever vindt verdere omzetting van carotenoïden en retinylesters in vitamine A plaats. Het gesynthetiseerde retinol wordt vervolgens naar de stellaatcellen van de lever getransporteerd waar het opnieuw wordt veresterd. Meer dan 80% van het gevormde retinol wordt opgeslagen in de hepatische stellaatcellen. Daarentegen hebben de parenchymcellen van de lever slechts een laag vitamine A-gehalte. Indien nodig komt vitamine A vrij uit de lever, gebonden aan retinol-bindend eiwit (RBP) en transthyretine - thyroxine-bindende prealbumine - en getransporteerd in het serum naar doelcellen. Carotenoïden die vrijkomen uit de lever worden gedistribueerd naar alle fracties van lipoproteïnen, vooral VLDL, LDL en HDL, en vervoerd in de bloed plasma. De LDL fractie bevat meer dan de helft van de totale carotenoïde concentratie​ Carotenoïden worden in alle organen van de mens aangetroffen, hoewel de niveaus in individuele weefsels variëren. De hoogste concentraties zijn te vinden in de lever - het belangrijkste bewaarorgaan - bijnier, testikels (testikels) en corpus luteum (corpus luteum van de eierstok). In tegenstelling tot, nier, long, spieren, hart-, hersenen or huid vertonen lagere carotenoïdeniveaus. Als we het absolute beschouwen concentratie en de bijdrage van weefsels aan het totale gewicht van het organisme, ongeveer 65% van de carotenoïden is gelokaliseerd in vetweefsel.

Fysiologisch significante functies

Antioxidant activiteit Als essentiële componenten van het antioxidantennetwerk van het menselijk lichaam zijn carotenoïden in staat reactieve zuurstofverbindingen te inactiveren - blussen. Deze omvatten bijvoorbeeld peroxylradicalen, superoxideradicaalionen, singletzuurstof, waterstof peroxide en hydroxyl- en nitrosylradicalen. Deze verbindingen kunnen op het organisme werken als exogene noxae, in lichtafhankelijke reacties of endogeen via aerobe metabolische processen. Dergelijke reactieve stoffen worden ook wel vrije radicalen genoemd en kunnen ermee reageren lipiden, vooral meervoudig onverzadigd vetzuren en cholesterol, eiwitten, nucleïnezuren, koolhydraten evenals DNA en wijzig of vernietig ze. Carotenoïden, vooral bètacaroteen, lycopeen, luteïne en canthaxanthine zijn in het bijzonder betrokken bij de ontgifting van singlet zuurstof en peroxyl radicalen. Het proces van "uitdoven" is een fysisch fenomeen. Carotenoïden fungeren als tussenliggende energiedragers - wanneer ze reageren met singletzuurstof, geven ze de energie vrij in interactie met de omgeving in de vorm van warmte. Op deze manier wordt reactieve singletzuurstof onschadelijk gemaakt. Carotenoïden vertegenwoordigen de meest effectieve natuurlijke "singlet zuurstof-quenchers". De deactivering van peroxylradicalen is afhankelijk van de partiële zuurstofdruk. Carotenoïden werken alleen als effectieve antioxidanten bij lage zuurstofconcentraties. Bij hoge partiële zuurstofdruk kunnen carotenoïden daarentegen pro-oxiderende effecten ontwikkelen. Als gevolg van de ontgifting van singletzuurstof- en peroxylradicalen wordt de vorming van vrije radicalen voorkomen en wordt de kettingreactie van lipideperoxidatie onderbroken. Op deze manier beschermen carotenoïden tegen oxidatie van LDL cholesterol, wat een risicofactor is bij de ontwikkeling van atherosclerose (atherosclerose, verharding van de slagaders). Aangezien carotenoïden worden geconsumeerd tijdens het deactivatieproces van pro-oxidanten, moet erop worden gelet dat er voldoende carotenoïden worden ingenomen. De anti-oxidant de bescherming van carotenoïden is intenser naarmate ze hoger zijn concentratie in serum. Als carotenoïden samen worden ingenomen vitamine E (tocoferol) en glutathion - tripeptide van aminozuren glutaminezuur, glycine en cysteïne - De anti-oxidant effect kan ook worden versterkt. Als het antioxidantbeschermingssysteem verzwakt is door een tekort aan antioxidanten, overheersen pro-oxidanten, oxidatief spanning kan gebeuren. Door oxidatieve veranderingen in biologisch belangrijke moleculen tegen te gaan, vermindert een verhoogde opname van carotenoïden het risico op bepaalde ziekten. Waaronder

Anticarcinogene effecten Volgens talrijke epidemiologische studies wordt een verhoogde consumptie van carotenoïdenrijke groenten en fruit geassocieerd met een verminderd risico op tumoren. Dit geldt met name voor long-, slokdarm-, maag-, colorectale (dikke darm en rectaal), prostaat, cervicaal / collum (cervicaal), borst (borst), en huid kankers. Carotenoïden oefenen hun beschermende effecten uit in het drietrapsmodel van carcinogenese, met name in de fase van promotie en progressie

  • Remming van proliferatie en differentiatie van tumorcellen.
  • Preventie van oxidatief DNA en cellulaire schade door vrije radicalen te ontgiften en hun ontwikkeling te voorkomen.
  • Versterking van de immuunrespons door bevordering van het natuurlijke afweersysteem van het lichaam - dit betreft met name de proliferatie van B- en T-cellen, het aantal T-helpercellen en de activiteit van natuurlijke killercellen.
  • Stimulatie van celcommunicatie via gap junctions.

Gap junctions zijn cel-celkanalen of directe verbindingen tussen twee aangrenzende cellen. Via deze porievormende eiwitcomplexen - Connexone - vindt een uitwisseling plaats van laagmoleculaire signalering en vitale stoffen, die onder meer groei- en ontwikkelingsprocessen reguleren. Dergelijke processen spelen ook een rol bij carcinogenese. Gap junctions onderhouden contact tussen cellen en maken gecontroleerde celgroei mogelijk door signaaluitwisseling. Tumorpromotors remmen intercellulaire communicatie via gap junctions. Ten slotte vertonen tumorcellen, in tegenstelling tot normale cellen, weinig intercellulaire signalering, wat leidt tot ongecontroleerde celgroei. celgroei en proliferatie. Bovendien zijn de carotenoïden astaxanthine en canthaxanthine kan de initiatiefase verstoren. Ze remmen specifieke fase 1 enzymen, vooral cytochroom P450-afhankelijke monooxygenases, zoals CYP1 A1 of CYPA2, waarvan wordt aangenomen dat ze verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van carcinogenen. Vergelijkbare effecten van astaxanthine en canthaxanthine werden ook waargenomen voor een deel van fase 2 enzymen​ Leeftijdsgebonden degeneratie van de macula lutea De macula lutea (gele vlek) maakt deel uit van het netvlies en het gebied met het scherpste zicht. Daar, in tegenstelling tot andere weefsels, de carotenoïden luteïne en zeaxanthine specifiek ophopen. Volgens epidemiologische studies is een voldoende inname van voedsel rijk aan luteïne en zeaxanthine kan het risico van Leeftijdsgebonden maculaire degeneratie (AMD). Dit effect is te danken aan de fysisch-chemische eigenschappen van carotenoïden - ze werken als specifieke lichtfilters en antioxidanten. AMD is een veelvoorkomende oorzaak van ernstig visuele beperking bij ouderen en kan worden geassocieerd met blindheid op oudere leeftijd. Zonbeschermende werking - huidbescherming De huidbeschermende werking van carotenoïden kan worden toegeschreven aan hun antioxiderende eigenschappen. Een verhoogde inname van fruit en groenten, vooral die met bètacaroteen, wordt in verband gebracht met een toename van het carotenoïdengehalte in de huid. Studies waarin bètacaroteen als oraal werd gebruikt zonnebrandcrème middel vertoonde een duidelijke vermindering van door UV-licht geïnduceerd erytheem (uitgebreide roodheid van de huid) wanneer> 20 mg bètacaroteen / dag gedurende 12 weken werd toegediend in vergelijking met de controlegroep. Over het algemeen kan bètacaroteen worden gebruikt om de basisbescherming van de huid te verhogen.

Biobeschikbaarheid

Carotenen en xanthofylen verschillen in hun hittestabiliteit. De zuurstofvrije carotenen zijn relatief hittestabiel. Daarentegen worden de meeste zuurstofrijke xanthofylen vernietigd bij verhitting. Dit verklaart bijvoorbeeld waarom verwarmde groenten minder bevatten volksgezondheid-bevorderende effecten dan onverwarmde groenten. Daarnaast speelt de mate van verwerking van het voedsel een belangrijke rol. Lycopeen uit verwerkte tomatenproducten, zoals tomatensap, is aanzienlijk meer beschikbaar dan uit rauwe tomaten, en de opname van bètacaroteen neemt toe met de mate van verkleining van het toegevoegde carotenoïdenhoudende voedsel. Het carotenoïdengehalte is sterk afhankelijk van onder meer seizoen, rijpheid, groei-, oogst- en bewaarcondities en kan aanzienlijk variëren in verschillende delen van de plant. Bijvoorbeeld de buitenste bladeren van kool hebben significant hogere hoeveelheden luteïne en bètacaroteen dan de binnenste bladeren. Voorzichtigheid. Volgens de voor de Bondsrepubliek Duitsland beschikbare gegevens over de aanvoersituatie van carotenoïden voor mannen en vrouwen is de aanvoer van bètacaroteen niet optimaal.