In plantenorganismen vervult luteïne, als een essentieel onderdeel van fotosystemen, onder andere de functies van lichtverzameling en fotoprotectie. Een fotosysteem bestaat uit een antennecomplex of lichtverzamelingscomplex (lichtverzamelende val) en een reactiecentrum, en is een verzameling van eiwitten en pigment moleculen - chlorofylen en carotenoïden Het is gelokaliseerd op het binnenmembraan - thylakoïdmembraan - van chloroplasten, de plaatsen van fotosynthese. Het lichtverzamelende complex van elk fotosysteem is samengesteld uit ongeveer 250 of 300 eiwitten moleculen geassocieerd met chlorofyl en carotenoïde pigmenten. Invallend licht tilt het antennecomplex naar een hoogenergetische, aangeslagen toestand. Luteïne en andere carotenoïden hebben hier de taak om de lichtquanta te absorberen en zijn energie door te geven van het ene molecuul naar het volgende naar het reactiecentrum van het fotosysteem. Eenmaal in het reactiecentrum wordt de energie geabsorbeerd door chlorofyl-a moleculen Deze gebruiken de energie om chemische energie-equivalenten te produceren. Het reactiecentrum van de fotosystemen vormt uiteindelijk een onomkeerbare val voor lichtquanta. Bovendien heeft luteïne een anti-oxidant effect en krijgt zo een vitale beschermende functie voor zowel planten- als dierencellen. Het is in staat om celvernietigende singlet te onderscheppen zuurstof Singlet zuurstof behoort tot de vrije radicalen waarmee kan reageren lipiden, vooral meervoudig onverzadigd vetzuren en cholesterol, eiwitten, nucleïnezuren, koolhydraten evenals DNA en wijzig of vernietig ze - oxidatief spanning. Gedurende ontgifting van singlet zuurstof, luteïne fungeert als een tussenliggende energiedrager - het geeft de energie vrij in interactie met zijn omgeving in de vorm van warmte - proces van "blussen". Op deze manier wordt reactieve singletzuurstof onschadelijk gemaakt. Studies over mutante organismen, waarin carotenoïden, voornamelijk luteïne volledig afwezig waren, toonde aan dat de cellen werden vernietigd in aanwezigheid van zuurstof. De celcomponenten - lipiden, eiwitten en nucleïnezuren - waren weerloos tegen de reactieve zuurstofverbindingen. Het resultaat was celdood.
Luteïne en ziekten
Luteïne en oogziekte Luteïne en zeaxanthine spelen een belangrijke rol bij de profylaxe van staar (cataract) en Leeftijdsgebonden maculaire degeneratie (AMD). Beide oogziekten zijn de twee belangrijkste oorzaken van visuele beperking en blindheid, voor diabetische retinopathie - een ziekte van de netvlies van het oog veroorzaakt door suikerziekte mellitus. Leeftijdsgebonden maculaire degeneratie (AMD) De macula lutea (gele vlek) bevindt zich nabij het midden van het netvlies, een dun, transparant, lichtgevoelig zenuwweefsel dat bestaat uit fotoreceptorcellen, de staafjes en kegeltjes. De gele vlek is ongeveer 5 millimeter in diameter en heeft de grootste dichtheid van staafjes en kegels. Van het buitenste (perifovea) tot het binnenste gebied (parafovea) van de macula neemt het aandeel staafjes af, zodat in de fovea centralis alleen kegeltjes - visuele cellen die verantwoordelijk zijn voor kleurwaarneming - worden verwacht. De fovea centralis van de gele vlek is het gebied met het scherpste zicht en gespecialiseerd voor de hoogste ruimtelijke resolutie. Het is dus duidelijk dat in de richting van de fovea centraliseert de inhoud van luteïne en zeaxanthine neemt sterk toe om voldoende bescherming te bieden aan de gevoelige kegels. In aanvulling op luteïne en zeaxanthinemeso-zeaxanthine werd ook in aanzienlijke hoeveelheden in het netvlies aangetroffen. Vermoedelijk vertegenwoordigt meso-zeaxanthine een omzettingsproduct van luteïne. In de fovea centralis lijkt luteïne een chemische reactie te ondergaan. Door reactieve verbindingen kan het oxideren tot oxoluteïne en als gevolg van reductie worden omgezet in zeaxanthine en meso-zeaxanthine. De enzymen vereist voor dit proces zijn nog niet geïdentificeerd. Aangezien het netvlies van kinderen meer luteïne en minder meso-zeaxanthine bevat in vergelijking met dat van volwassenen, lijkt dit mechanisme nog niet zo sterk ontwikkeld in het organisme van het kind. De staafjes en kegeltjes van het netvlies hebben een hoog gehalte aan onverzadigde vetzuren en zijn daarom extreem gevoelig voor lipideperoxidatie. Ze worden ook blootgesteld aan hoge niveaus van lichtstraling - een hoog risico op foto-oxidatieve schade. Luteïne werkt enerzijds in het netvlies als lichtfilter en anderzijds als anti-oxidantXanthophyll heeft het vermogen om kortgolvige blauwe lichtstralen uit het normale spectrale lichtbereik te filteren. Vooral het hoogenergetische blauwe licht wordt verantwoordelijk geacht voor de vorming van singletzuurstof en andere reactieve zuurstofverbindingen door zowel exo- als endogene fotosensibilisatoren om te zetten in een aangeslagen toestand. Zo beschermt luteïne het oog tegen radicale aanvallen en foto-oxidatieve schade. Bovendien kan luteïne reactieve zuurstofsoorten inactiveren - uitdoven -, kettingreacties van vrije radicalen onderbreken en zo lipideperoxidatie verminderen. Dit voorkomt de vorming van bijvoorbeeld lipofuscine, een fotoreactieve stof. Lipofuscin behoort tot een chemisch niet duidelijk gedefinieerde groep van verschillende complexe geaggregeerde structuren van lipiden en eiwitten. De pro-oxiderende stof verhoogt het risico op Leeftijdsgebonden maculaire degeneratie De xanthofylpigmenten in de fovea centralis van de gele vlek zijn bij voorkeur georiënteerd en kunnen daarom gepolariseerd licht alleen in bepaalde richtingen absorberen. Door gepolariseerd licht bij voorkeur vanuit bepaalde hoeken te absorberen, kan luteïne de effecten van glans en verblinding verminderen. Bovendien wordt aangenomen dat luteïne de effecten van chromatische aberratie (aberraties van optische lenzen) kan verzachten en zo de gezichtsscherpte kan verbeteren, met name in het korte golflengtebereik. Bij patiënten met aangeboren retinale degeneratie resulteert een verhoogde luteïne-inname door bijvoorbeeld een verhoogde consumptie van spinazie of boerenkool in een betere contrastscherpte, minder schittering en een verbeterde kleurwaarneming. Studies van overleden AMD-patiënten ontdekten dat hun netvliezen een significant verlaagde luteïne- en zeaxanthinespiegel hadden. Ten slotte zijn hoge concentraties luteïne en zeaxanthine in het netvlies geassocieerd met een tot wel 82% lager risico op LMD. Voldoende inname van luteïne- en zeaxanthinerijke voeding speelt daarom een essentiële rol. Een verhoogde inname van luteïne en zeaxanthine kan de concentraties in de macula lutea van het netvlies aanzienlijk verhogen. De niveaus van xanthofylen in het netvlies correleren met hun serumniveaus. De accumulatieprocessen duren tot enkele maanden, zodat de verhoogde opname van luteïne en zeaxanthine langdurig moet zijn. In overeenkomstige onderzoeken waren de concentraties van beide xanthofylen niet significant gestegen na slechts één maand. Verhoogde inname van luteïne wordt niet geassocieerd met bijwerkingen zoals hypercarotenemie, carotenderma en veranderingen in hematologische of biochemische processen. staar (cataract) Net als bij AMD, bevestigen wetenschappelijke studies het profylactische effect van luteïne bij cataract. Wat betreft anti-oxidant eigenschap, voorkomt luteïne fotochemische vorming van reactieve zuurstofsoorten (ROS) in de verschillende weefsels van het oog, wat de oorzaak van de ziekte zou kunnen zijn. Zuurstofradicalen leiden onder andere modificatie van lenseiwitten, ophoping van glycoproteïnen, oxidatieproducten van het aminozuur tryptofaan, en talrijke fluorescerende moleculen van exogene en endogene bronnen. Deze sensibilisatoren worden uiteindelijk verantwoordelijk gehouden voor lensopacificatie. Door de schadelijke effecten van licht en zuurstof door een langdurige, regelmatige en hoge inname van luteïnerijk voedsel aanzienlijk te verminderen, staar wordt verminderd met maximaal 50%. Luteïne werkt synergetisch met andere antioxidanten, zoals de enzymen superoxide-dismutase, catalase en gluthaatperoxidase. Hoge concentraties luteïne en zeaxanthine in het netvlies correleren met transparante lenzen. Verdere epidemiologische studies concludeerden dat personen met verhoogde inname van luteïne en zeaxanthine, maar niet van andere carotenoïden of vitamine A, had een significant verminderd risico op staaroperatie Olmedilla et al. 2001 toonden aan dat luteïne leidt tot een verbeterd zicht, een afname van de gevoeligheid voor verblinding en een toename van de gezichtsscherpte bij cataractpatiënten.
Functies in voedsel
Omdat luteïne relatief stabiel is in opslag tijdens de verwerking van voedsel, treden slechts kleine verliezen op, luteïne als een enkele stof of bestanddeel van planten extracten vindt toepassing als kleurstof voor levensmiddelen. luteïne geeft een geeloranje kleur en wordt bijvoorbeeld aangetroffen in soepen, sauzen, gearomatiseerde dranken, desserts, specerijen, zoetwaren en gebak. Luteïne wordt ook gebruikt voor indirecte kleuring via diervoeder. In het bijzonder wordt het toegevoegd aan kippenvoer, waardoor het karakteristieke geel van het eigeel wordt versterkt. Bovendien is luteïne een belangrijke voorloper van smaakstoffen. Xanthofyl wordt afgebroken door cooxidatie met behulp van lipoxygenasen, door reactie met reactieve zuurstofverbindingen en onder thermische spanning Carbonylverbindingen met een lage geurdrempel worden gevormd uit luteïne.
