pigmenttien karotenoidiryhmä on kaikkialla luonnossa, ja yli 600 erilaista karotenoidia on tunnistettu ja määritelty. Ne ovat vastuussa pigmentti eläinten, kasvien ja mikro-organismien, mutta ratkaisevasti myös palvelevat tärkeitä, usein kriittisiä, rooleja biologisten järjestelmien. Viime vuosina tähän pigmenttiryhmään on kiinnitetty eniten huomiota, ja se on pyrkinyt ymmärtämään niiden toimintaa erityisesti antioksidantteina. Karotenoidien” ydin ” rakenneosa on polyeenirunko, joka koostuu konjugoituneiden C=C-sidosten sarjasta. Tämä erityinen ominaisuus on ensisijaisesti vastuussa sekä niiden pigmentointiominaisuuksista että monien näiden yhdisteiden kyvystä olla vuorovaikutuksessa vapaiden radikaalien ja singlet-hapen kanssa ja siten toimia tehokkaina antioksidantteina. Tämän polyeenirungon muutokset, jotka muuttavat konjugoituneiden kaksoissidosten määrää yhdessä happifunktionaalisten ryhmien lisäämisen kanssa, vuorostaan muuttavat karotenoidien reaktiivisuutta. Tärkeää on, että karotenoidien toimintaan vaikuttaa merkittävästi myös niiden lähiympäristö, joka puolestaan on riippuvainen niiden rakenteesta (esim. Tämä on todennäköisesti ilmeisin fotosynteettisissä järjestelmissä korkeammissa kasveissa ja levissä, joissa ksantofyllit rajoittuvat valoa korjaaviin komplekseihin (suorittaen sekä valon talteenoton että fotosuojaavan roolin), kun taas β-karoteenia löytyy reaktiokeskuksista (suojaava rooli) (esim.).
vaikka karotenoidit ovat laajalti jakautuneet luonnon järjestelmiin, tutkimus on suurelta osin keskittynyt vain muutamiin yhdisteisiin, jotka osallistuvat ihmisen terveyteen liittyviin näkökohtiin (erityisesti ravinnon yhdisteet β-karoteeni, luteiini ja lykopeeni) tai fotosynteettisiin prosesseihin kasveissa ja fotosynteettisissä bakteereissa (esim.β-karoteeni, spheroideeni, luteiini, violaksantiini ja zeaksantiini). Ihmisten terveyden alalla laajat epidemiologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että runsaasti hedelmiä ja vihanneksia sisältävät ruokavaliot (mukaan lukien ”Välimeren ruokavalio”) ja tiettyjen sairauksien, kuten joidenkin syöpien ja sydänsairauksien, väheneminen ovat vahvasti yhteydessä toisiinsa . Tämä puolestaan johti laajoihin ruokavaliotutkimuksiin, joista osassa tutkittiin suurten β-karoteeniannosten käyttöä tupakoitsijoilla ja asbestityöntekijöillä. Kaksi vaikutusvaltaisimmista tutkimuksista olivat Beta-karoteeni ja retinoli teho Trial (CARET ) ja alfa-tokoferoli Beta-karoteeni syövän ehkäisy Trial (ATBC ). Tällaisten tutkimusten tulokset näyttivät kuitenkin olevan ristiriidassa niitä edeltäneiden ruokavaliotutkimusten kanssa, mikä korostaa tarvetta ymmärtää paremmin, miten karotenoidit käyttäytyvät biologisissa, erityisesti ihmisen järjestelmissä, ja todellakin, voivatko karotenoidit toimia sekä antioksidantteina että pro-hapettimina erilaisissa olosuhteissa.
tämä erikoisnumero koostuu artikkeleista, joissa tuodaan esiin eräitä karotenoidien antioksidanttiominaisuuksiin liittyviä viimeaikaisia edistysaskeleita, jotka kuvastavat tätä kiehtovaa luonnontuotteiden ryhmää koskevien tutkimusten laajaa kirjoa. Edge ja Truscott tarkastelevat tuoreinta teosta singlettihapen, vapaiden radikaalien sekä karotenoidien ja retinoidien vuorovaikutuksesta. Vaikka antioksidantti ominaisuuksia näiden yhdisteiden ovat tunnettuja, artikkeli korostaa joitakin tärkeitä, usein vähemmän tutkittu, kysymyksiä. Tekijöiden tuore tutkimus osoittaa, että karotenoidit voivat siirtyä hapettumista edistävästä käyttäytymisestä happipitoisuuden funktiona. Käyttämällä solupohjaista mallijärjestelmää he havaitsivat täydellisen suojan altistumiselta korkeaenergiselle γ-säteilylle lykopeenilla, jossa oli 0% happea, mutta nolla suojaa 100% happea. Tällä voi olla vaikutuksia karotenoidien käyttäytymiseen kudoksissa, joissa esiintyy erilaisia hapen osapaineita. Karotenoidin fysikaalinen ”organisaatio” (esim.karotenoidien taipumus kerääntyä eri liuottimiin) on tärkeä näkökohta, joka vaikuttaa sen antioksidanttisiin kykyihin sen vuorovaikutusten kautta itse reaktiivisten happilajien sekä muiden antioksidanttien, kuten α-tokoferolin ja C-vitamiinin kanssa. karotenoidi-astaksantiinin antioksidanttisia ominaisuuksia tutkivat Focsan et al. . Tämä pigmentti on sitoutunut lohikalojen valkoiseen lihakseen, mikä antaa kalalle tunnusomaisen vaaleanpunaisen värin, ja sitä esiintyy useiden äyriäisten karapussin pigmentti-proteiinikomplekseissa. Astaksantiini kertyy myös makean veden Mikroalga Hematococcus pluvialis stressiolosuhteissa (esim.ravinteiden puute, altistuminen suurille säteilyaltistuksille tai reaktiivisten happilajien läsnä ollessa). Käyttämällä erilaisia tekniikoita, mukaan lukien elektronin paramagneettinen resonanssi, Foscan ja kollegat osoittavat, että useat tekijät vaikuttavat astaksantiinin antioksidanttiseen aktiivisuuteen. Näitä ovat: kelaattikompleksien muodostuminen metallien kanssa; esteröinti ja sen kyvyttömyys aggregoitua esterimuodossa; korkea hapettumispotentiaali; ja neutraalien radikaalien muodostuminen korkeassa säteilytyksessä metalli-ionien läsnä ollessa.
kuten nämä paperit osoittavat, ei ole epäilystäkään siitä, että karotenoidien vuorovaikutus reaktiivisten hapettavien lajien kanssa on erittäin monimutkaista. Näiden karotenoidien kohtalo ja tuloksena olevien reaktiotuotteiden ominaisuudet, mukaan lukien geometriset isomeerit, adduktit ja hajoamis-tai pilkkoutumisyhdisteet, tunnetaan vielä suhteellisen huonosti. Tässä erikoisnumerossa kahdessa asiakirjassa käsitellään eri näkökohtia. Ensin Haider ja kollegat tutkivat karotenoidien oksidatiivisten hajoamistuotteiden mahdollisia genotoksisia ja sytotoksisia rooleja. Pro-oxidant vaikutukset johtuvat altistumisesta suuria annoksia karotenoideja nähty in vivo (kuten CARET ja ATBC kokeet ), tai parannettu DNA-vaurioita nähty in vitro tutkimuksissa (esim.) liittyvät usein kertymistä ja myöhemmin haitallisia toimia erilaisia oletettuja hajoamistuotteita. Haider ym. todettiin, että pienet annokset (1 µM) pilkkoutumistuotteiden β-karoteenia (syntyy hypokloriitti käsittely) indusoi merkittäviä määriä DNA-juosteen taukoja ensisijainen pneumosyytti tyypin II soluja, jotka altistettiin oksidatiivista stressiä. Sen sijaan itse β-karoteeni toimi tehokkaana antioksidanttina ja sytotoksisia vaikutuksia havaittiin vain paljon suuremmilla pitoisuuksilla (50 µM). Graham et al pitävät geometristen isomeerien in vivo oksidatiivista sukupolvea toisessa tärkeässä ravinnon karotenoidissa, lykopeenissa. . In vitro tutkimukset ovat osoittaneet, että altistuminen monimutkainen seos vapaita radikaaleja löytyy tupakansavu aiheuttaa valkaisu karotenoideja, kuten lykopeeni ja β-karoteenia, kautta useita reaktioita, kuten pilkkominen ja isomerointi . Tällaisten reaktiotuotteiden havaitseminen In vivo on erityisen haastavaa niiden (usein) ohimenevän luonteen ja jäämien määrän vuoksi. Graham ym. todettiin, että plasman tupakoitsijoiden sisälsi kohonneet osuudet (13z)-lykopeeni suhteessa muihin geometrinen isomeerien tämän karotenoidi. Tämä havainto on yhtäpitävä in vitro-havaintojen kanssa, joiden mukaan tämä tietty, energeettisesti epäsuotuisa, geometrinen muoto syntyi mieluiten tupakansavun läsnä ollessa . Lisätyötä tarvitaan, jotta voidaan määrittää ravinnon karotenoidien reaktiotuotteiden koko valikoima, kun ne altistetaan reaktiivisille happilajeille, valaista reittejä, joilla tällainen hajoaminen tapahtuu, ja ymmärtää paremmin niiden mahdollinen toiminta.
karotenoidien roolia ihmisen makulassa käsittelevät Gong et al. . Ksantofyllit luteiini ja zeaksantiini kerääntyvät makulan sisään ja suojaavat sitä. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin kolmen ravinnon karotenoidien eli β-karoteenin, lykopeenin ja luteiinin käyttäytymistä verkkokalvon pigmenttiepiteelisoluissa. Luteiini ja lykopeeni, mutta ei β-karoteenia, estivät erilaistumattomien ARPE-19-solujen kasvua. Lisäksi solujen elinkelpoisuus heikkeni hypoksisissa olosuhteissa. On syytä huomata, että makulan karotenoideilla (luteiinilla ja zeaksantiinilla) on myös hyvin määritellyt toiminnalliset roolit korkeammassa kasvien fotosynteesissä sekä valon talteenotossa että energian sammuttamisessa . Näiden molekyylien kyky toimia sekä kasveissa että ihmisissä riippuu samoista kemiallisista ja fysikaalisista ominaisuuksista.
karotenoidit ovat levinneet laajalti eri puolille luontoa ja kuvastavat tätä, Galasso ym. tarkastellaan karotenoidien esiintymistä ja monimuotoisuutta meriympäristössä sekä niiden mahdollisuuksia taloudelliseen hyödyntämiseen (esim.luonnon pigmenttien lähteenä elintarvike-ja rehuteollisuudessa tai antioksidanttien lähteenä). Karotenoidit ovat meriympäristön yleisin pigmenttiluokka ,jonka rakenteiden kirjo on paljon suurempi kuin maaympäristössä. Kuitenkin kuin kourallinen yhdisteitä, kuten astaksantiini ja fukoksantiini, ne ovat suhteellisen huonosti tutkittu. Talousaiheen jatkaminen, Fu et al. tutkitaan pigmenttien jakautumista ja niiden antioksidanttiaktiivisuutta durumvehnän jauhatusjakeissa.
yhteenvetona voidaan todeta, että karotenoidit ovat edelleen kiehtova ryhmä luonnollisia pigmenttejä. Sen lisäksi, että ne ovat vastuussa monenlaisesta luonnon värityksestä, niillä on myös, mikä vielä tärkeämpää, biologiassa keskeisiä toiminnallisia rooleja. Tutkimukset niiden funktiosta ihmisten terveyteen ja sairauksiin ovat aivan liian usein keskittyneet yksinomaan siihen, mitä voidaan pitää ”magic bullet”-vaikutuksen metsästyksenä, eli tietty karotenoidi (esim.β-karoteeni) löytyy ”terveestä” ruokavaliosta ja, koska se on antioksidantti (ainakin in vitro), oletetaan, että suurilla annoksilla on oltava myönteinen vaikutus. Valitettavasti tämä lähestymistapa on aivan liian usein osoittautunut aivan liian pelkistetyksi, koska siinä jätetään huomiotta vuorovaikutus muiden ravinnon komponenttien (mukaan lukien muut antioksidantit) kanssa ja itse antioksidanttien kohtalo, erityisesti silloin, kun niitä käytetään suurina annoksina. Vaikka jotkut tutkijat (esim.Truscott ja Edge) ovat aina tarkastelleet joitakin näistä näkökohdista, näemme nyt paljon enemmän tutkimuksia, joissa käsitellään näitä monimutkaisia ja teknisesti haastavia kysymyksiä.