karotenoidní skupina pigmentů je všudypřítomná a bylo identifikováno a charakterizováno více než 600 různých karotenoidů . Jsou zodpovědné za pigmentaci u zvířat, rostlin a mikroorganismů, ale zásadně také slouží důležitým, často kritickým rolím v biologických systémech. V posledních letech se většina pozornosti zaměřená na tuto skupinu pigmentů týkala porozumění jejich funkci, zejména jako antioxidantů. „Jádrovým“ konstrukčním prvkem karotenoidů je polyenová páteř sestávající z řady konjugovaných vazeb C=C. Tato konkrétní funkce je primárně zodpovědný za jejich pigmentování vlastnosti a schopnost mnohé z těchto sloučenin komunikovat s volných radikálů a singletového kyslíku, a proto působí jako účinné antioxidanty. Modifikace této polyenové páteře, změna počtu konjugovaných dvojných vazeb spolu s přidáním kyslíkových funkčních skupin, zase mění reaktivitu karotenoidů. Důležité je, že funkce karotenoidů je také podstatně ovlivněna jejich bezprostředním prostředím,které je zase závislé na jejich struktuře (např.). Toto je pravděpodobně nejvíce patrný v fotosyntetických systémů u vyšších rostlin a řas, kde xantofyly jsou omezeny na světlosběrné komplexy (provedení i světlo-zachycení a fotoprotektivní rolí), zatímco β-karoten se nachází v reakčních centrech (ochrannou roli) (např., ).
Zatímco karotenoidy jsou široce distribuovány po přírodních systémů, výzkum se z velké části soustředěna na jen pár sloučenin, které se podílejí na aspekty lidského zdraví (zejména dietní sloučeniny β-karoten, lutein a lykopen) nebo ve fotosyntetické procesy v rostlinách a fotosyntetických bakterií (např. β-karoten, spheroidene, lutein, violaxanthin a zeaxanthin). V lidské zdraví, rozsáhlé epidemiologické studie prokázaly silnou asociaci mezi diety bohaté na ovoce a zeleninu (včetně „Středomořské“ diety) a redukce v některých onemocnění, včetně některých druhů rakoviny a onemocnění srdce . To zase vedlo k velkým dietním intervenčním studiím,z nichž některé zkoumaly použití vysokých dávek β-karotenu u kuřáků a pracovníků s azbestem. Dvě z nejvlivnějších studií byly studie účinnosti Beta-karotenu a retinolu (CARET) a studie prevence rakoviny alfa-tokoferolu Beta-karotenu (ATBC). Avšak výsledky z těchto studií se objevila v rozporu s dietní studie, které jim předcházelo, a zdůrazní, že je třeba lépe pochopit, jak karotenoidy chovat v biologické, zejména lidské, systémů a opravdu, zda karotenoidy mohou působit jako antioxidanty a pro-oxidanty za různých podmínek.
Tato speciální vydání se skládá ze souboru článků, které zdůrazňují některé z těchto pokroků týkajících se antioxidační vlastnosti karotenoidů, což odráží širokou škálu studií o této fascinující skupiny přírodních produktů. Edge a Truscott přezkoumávají nejnovější práci na interakci mezi singletovým kyslíkem, volnými radikály a karotenoidy a retinoidy. Zatímco antioxidační vlastnosti těchto sloučenin jsou dobře známé, článek zdůrazňuje některé důležité, často méně studované problémy. Nedávný výzkum autorů ukazuje, že karotenoidy mohou v závislosti na koncentraci kyslíku přejít z antioxidačního na prooxidační chování. Při použití buněčného modelového systému pozorovali úplnou ochranu před expozicí lykopenu s vysokou energií γ-záření při 0% kyslíku, ale nulovou ochranu při 100% kyslíku. To může mít důsledky pro chování karotenoidů v tkáních, kde jsou přítomny různé parciální tlaky kyslíku. Fyzické „organizace“ (např. tendence k agregaci karotenoidů v různých rozpouštědlech) z karotenoidů je důležitým aspektem, který ovlivňuje jeho antioxidační schopnosti, a to prostřednictvím jeho interakce s reaktivní formy kyslíku sami, stejně jako s dalšími antioxidanty, jako je α-tokoferol a vitamin C. antioxidační vlastnosti karotenoid astaxanthin jsou studovány Focsan et al. . Tento pigment je vázán na bílý svalové lososovitých ryb, předávání charakteristické růžové zbarvení ryb, a je nalezen v pigment-proteinové komplexy z krunýře řady korýši. Astaxanthin se také hromadí ve sladkovodních mikrořasách Haematococcus pluvialis za stresových podmínek (např. deprivace živin, vystavení vysokým ozářením nebo v přítomnosti reaktivních druhů kyslíku). Pomocí řady technik, včetně elektronové paramagnetické rezonance, Foscan a jeho kolegové naznačují, že řada faktorů ovlivňuje antioxidační aktivitu astaxanthinu. Mezi ně patří: tvorba chelátové komplexy s kovy; esterifikace a její neschopnost agregát v esterové formě; vysoký oxidační potenciál; a vytvoření neutrální radikály pod vysokým ozařování v přítomnosti kovových iontů.
jak ilustrují tyto dokumenty, není pochyb o tom, že interakce karotenoidů s reaktivními oxidačními druhy je vysoce složitá. Osud těchto karotenoidů a vlastnosti výsledných reakčních produktů, včetně geometrické izomery, adukty, a rozdělení nebo štěpení sloučenin jsou stále poměrně špatně pochopil. V tomto zvláštním čísle, dva dokumenty zvažují jednotlivé aspekty tohoto. Nejprve Haider a jeho kolegové zkoumají potenciální genotoxické a cytotoxické role produktů oxidačního rozkladu karotenoidů. Pro-oxidační účinky vyplývající z expozice vysoké dávky karotenoidů viděl in vivo (jako STŘÍŠKA a ATBC zkoušky ), nebo zvýšené poškození DNA vidět v in vitro studiích (např. ) jsou často spojeny s hromaděním a následným škodlivým akce z řady domnělé rozkladných produktů. Haider et al. zjistili, že nízké dávky (1 µM) produktů štěpení β-karoten (generované chlornanu léčby) vyvolané významnou úroveň DNA zlomů v primární pneumocyte typu II buňky, které byly vystaveny oxidačnímu stresu. Naproti tomu samotný β-karoten působil jako účinný antioxidant a cytotoxické účinky byly pozorovány pouze při mnohem vyšších koncentracích (50 µM). In vivo oxidační generace geometrických izomerů jiného významného dietního karotenoidu, lykopenu, je zvažována Grahamem et al. . In vitro studie prokázaly, že expozice vůči komplexní směsi volné radikály nalezené v cigaretovém kouři vyvolává bělení karotenoidy, jako například lykopen a β-karoten, přes řadu reakcí, včetně štěpení a izomerace . Detekce takových reakčních produktů in vivo je obzvláště náročná kvůli jejich (často) přechodné povaze a stopovým hladinám. Graham a kol. bylo zjištěno, že plazma kuřáků obsahovala zvýšené podíly (13Z)-lykopenu vzhledem k ostatním geometrickým izomerům tohoto karotenoidu. Toto zjištění je v souladu s pozorováními in vitro, že tato konkrétní, energeticky nepříznivá, geometrická forma byla přednostně generována v přítomnosti cigaretového kouře . Další práce je nutné určit celou řadu reakčních produktů, potravinových karotenoidů, když je vystavena reaktivní formy kyslíku, objasnit cesty, kterými tak dochází k rozkladu, a lépe pochopit jejich možné funkce.
úloha karotenoidů v lidské makule je diskutována gongem et al. . Xantofyly lutein a zeaxanthin se hromadí uvnitř a chrání makulu. Tato studie zkoumala chování tří dietních karotenoidů, jmenovitě β-karoten, lykopen a lutein, v retinálních pigmentových epiteliálních buňkách. Lutein a lykopen, ale ne β-karoten, inhibovaly růst nediferencovaných buněk ARPE-19. Navíc byla za hypoxických podmínek snížena životaschopnost buněk. Je třeba poznamenat, že karotenoidy makuly (lutein a zeaxanthin) mají také dobře definované funkční role ve vyšší fotosyntéze rostlin, a to jak při zachycení světla, tak při kalení energie . Schopnost těchto molekul fungovat v rostlinách i lidech je závislá na stejných chemických a fyzikálních vlastnostech.
karotenoidy jsou široce distribuovány po celém přírodním světě a odrážejí to, Galasso et al. recenze výskyt a rozmanitost karotenoidů v mořském prostředí, stejně jako jejich potenciál pro hospodářské využití (např. jako přírodní zdroje pigmenty pro potraviny a krmiva průmyslová odvětví, nebo jako zdroj antioxidantů). Karotenoidy jsou uznávány jako nejčastější třída pigmentů v mořském prostředí, s mnohem větší rozmanitost konstrukcí, než to vidět v suchozemské prostředí . Nicméně, kromě hrstky sloučenin, jako je astaxanthin a fukoxanthin, zůstávají relativně špatně studovány. Pokračování ekonomického tématu, Fu et al. prozkoumejte distribuci pigmentů a jejich antioxidační aktivity ve frakcích mletí tvrdé pšenice.
Závěrem lze říci, že karotenoidy zůstávají fascinující skupinou přírodních pigmentů. Nejen, že jsou zodpovědné za širokou škálu zbarvení v přírodě, ale, co je důležitější, mají klíčové funkční role v biologii. Studie o jejich funkci v lidském zdraví a nemoci, se až příliš často zaměřuje pouze na to, co by mohlo být, pokud jde jako hon na „magic bullet“ efekt, tj., zejména karotenoidů (např. β-karoten) se nachází ve „zdravé“ stravě, a jak to je antioxidant (alespoň in vitro), předpokládá se, že vysoké dávky musí mít příznivý účinek. Bohužel, až příliš často se tento přístup ukázal být příliš zjednodušující, zanedbávání, stejně jako interakce s jinými potravinových složek (včetně jiných antioxidantů) a osud antioxidanty sebe, zejména pokud je přítomen ve vysokých dávkách. Truscott a Edge) vždy zvažovali některé z těchto aspektů, nyní vidíme mnoho dalších studií, které se zabývají těmito složitými a technicky náročnými problémy.