karotenoidgruppen av pigmenter er allestedsnærværende i naturen og mer enn 600 forskjellige karotenoider har blitt identifisert og karakterisert . De er ansvarlige for pigmentering hos dyr, planter og mikroorganismer, men har også viktige, ofte kritiske, roller i biologiske systemer. Faktisk har de siste årene mest oppmerksomhet fokusert på denne gruppen av pigmenter opptatt av å forstå deres funksjon, spesielt som antioksidanter. Det» kjerne » strukturelle elementet av karotenoider er en polyen ryggrad bestående av en serie konjugerte C=C-bindinger. Denne spesielle funksjonen er primært ansvarlig for både deres pigmenteringsegenskaper og evnen til mange av disse forbindelsene til å interagere med frie radikaler og singlet oksygen og derfor fungere som effektive antioksidanter. Modifikasjoner på denne polyen-ryggraden, som endrer antall konjugerte dobbeltbindinger sammen med tilsetning av oksygenfunksjonelle grupper, endrer i sin tur reaktiviteten til karotenoider. Det er viktig at funksjonen til karotenoider også er vesentlig påvirket av deres umiddelbare miljø, som igjen er avhengig av deres struktur (f.eks.). Dette er uten tvil mest tydelig i fotosyntetiske systemer i høyere planter og alger hvor xantofyller er begrenset til lyshøstingskomplekser (utfører både lysfangst og fotoprotektive roller), mens β-karoten finnes i reaksjonssentre (en beskyttende rolle) (f.eks.).
mens karotenoider er utbredt over naturlige systemer, har forskning i stor grad konsentrert seg om bare noen få forbindelser som er involvert i aspekter av menneskers helse (spesielt diettforbindelsene β-karoten, lutein og lycopen) eller i fotosyntetiske prosesser i planter og fotosyntetiske bakterier (f.eks. I menneskers helse har store epidemiologiske studier vist en sterk sammenheng mellom dietter rik på frukt og grønnsaker (inkludert «Middelhavet» diett) og reduksjoner i visse sykdommer, inkludert noen kreftformer og hjertesykdom . Dette førte igjen til store kostholdsstudier, hvorav noen undersøkte bruk av høye doser av β-karoten hos røykere og asbestarbeidere. To av de mest innflytelsesrike studiene var Beta-Karoten og Retinol Efficacy Trial (CARET) og Alfa-Tokoferol Beta-Karoten Cancer Prevention Trial (ATBC ). Resultatene fra slike studier syntes imidlertid å motsette seg diettstudiene som gikk foran dem, og fremhevet behovet for bedre å forstå hvordan karotenoider oppfører seg i biologiske, spesielt menneskelige systemer, og om karotenoider kan fungere som både antioksidanter og prooksidanter under forskjellige forhold.
denne spesielle utgaven består av et sett med artikler som fremhever noen av disse nylige fremskrittene angående antioksidantegenskapene til karotenoider, noe som gjenspeiler det brede spekteret av studier på denne fascinerende gruppen av naturlige produkter. Edge og Truscott gjennomgår det nyeste arbeidet med samspillet mellom singlet oksygen, frie radikaler og karotenoider og retinoider. Mens antioksidantegenskapene til disse forbindelsene er velkjente, fremhever artikkelen noen viktige, ofte mindre godt studerte problemer. Nylig forskning fra forfatterne viser at karotenoider kan bytte fra antioksidant til prooksidantadferd som en funksjon av oksygenkonsentrasjon. Ved bruk av et cellebasert modellsystem observerte de total beskyttelse mot eksponering for høy energi γ-stråling av lykopen ved 0% oksygen, men null beskyttelse ved 100% oksygen. Dette kan ha implikasjoner for oppførselen av karotenoider i vev hvor forskjellige partielle trykk av oksygen er tilstede. Den fysiske «organisasjonen» (f.eks. tendensen til karotenoider å aggregere i forskjellige løsningsmidler) av karotenoidet er et viktig hensyn som påvirker dets antioksidantegenskaper, gjennom dets interaksjoner med reaktive oksygenarter selv, så vel som med andre antioksidanter Som α-tokoferol og vitamin c. antioxidantegenskapene til karotenoid astaxanthin studeres Av Focsan et al. . Dette pigmentet er bundet til den hvite muskelen av laksefisk, som gir den karakteristiske rosa fargen på fisken, og finnes i pigmentproteinkompleksene i karapasen av en rekke skorper. Astaxanthin akkumuleres også i ferskvannsmikroalga haematococcus pluvialis under stressforhold(f. eks. næringsmangel, eksponering for høye bestrålinger eller i nærvær av reaktive oksygenarter). Ved hjelp av en rekke teknikker, inkludert elektronparamagnetisk resonans, Indikerer Foscan og kollegaer at en rekke faktorer påvirker antioxidantaktiviteten til astaxanthin. Disse inkluderer: dannelsen av chelatkomplekser med metaller; forestring og manglende evne til å aggregere i esterformen; et høyt oksidasjonspotensial; og dannelsen av nøytrale radikaler under høy bestråling i nærvær av metallioner.
som disse papirene illustrerer, er det ingen tvil om at samspillet mellom karotenoider og reaktive oksiderende arter er svært komplekst. Skjebnen til disse karotenoider og egenskapene til de resulterende reaksjonsproduktene, inkludert geometriske isomerer, addukter og nedbrytnings-eller spaltningsforbindelser, er fortsatt relativt dårlig forstått. I dette spesielle problemet vurderer to papirer separate aspekter av dette. Først Undersøker Haider Og kolleger de potensielle gentoksiske og cytotoksiske rollene til oksidative nedbrytningsprodukter av karotenoider. Prooksidantvirkningene som følge av eksponering for høye doser karotenoider sett in vivo (som I CARET-og ATBC-studiene), eller forbedret DNA-skade sett i in vitro-studier (f.eks.), er ofte forbundet med akkumulering og påfølgende skadelige virkninger av en rekke antatte nedbrytningsprodukter. Haider et al. funnet at lave doser (1 µ) av spaltningsprodukter av β-karoten (generert ved hypoklorittbehandling) induserte signifikante NIVÅER AV DNA-trådbrudd i primære pneumocytt TYPE II-celler som ble utsatt for oksidativt stress. Derimot fungerte β-karoten i seg selv som en effektiv antioksidant, og cytotoksiske effekter ble bare sett ved mye høyere konsentrasjoner (50 µ). Den in vivo oksidative generasjonen av geometriske isomerer av en annen stor diettkarotenoid, lycopen, vurderes Av Graham et al. . In vitro-studier har vist at eksponering for den komplekse blandingen av frie radikaler funnet i sigarettrøyk induserer bleking av karotenoider, som lykopen og β-karoten, via en rekke reaksjoner, inkludert spaltning og isomerisering . Påvisning av slike reaksjonsprodukter in vivo er spesielt utfordrende på grunn av deres (ofte) forbigående natur og spornivåer. Graham et al. fant at plasma av røykere inneholdt forhøyede proporsjoner av (13Z) – lycopen i forhold til de andre geometriske isomerer av denne karotenoid. Dette funnet er i samsvar med in vitro observasjoner at denne spesielle, energisk ugunstige geometriske formen fortrinnsvis ble generert i nærvær av sigarettrøyk . Videre arbeid er nødvendig for å bestemme hele spekteret av reaksjonsprodukter av diettkarotenoider når de utsettes for reaktive oksygenarter, belyse veiene der slik nedbrytning oppstår, og bedre forstå deres mulige funksjon.
karotenoidenes rolle i den menneskelige makulaen diskuteres Av Gong et al. . Xantofyllene lutein og zeaxanthin akkumuleres i og beskytter makulaen. Denne studien undersøkte behavour av tre diettkarotenoider, nemlig β-karoten, lycopen og lutein, i retinale pigmentepitelceller. Lutein og lykopen, men ikke β-karoten, hemmet veksten av utifferentierte arpe-19-celler. Videre ble cellens levedyktighet redusert under hypoksiske forhold. Det er verdt å merke seg at makula karotenoider (lutein og zeaxanthin) også har veldefinerte funksjonelle roller i høyere plantes fotosyntese, både i lysfangst og energi-quenching . Evnen til disse molekylene til å fungere i planter og mennesker er avhengig av de samme kjemiske og fysiske egenskaper.
Karotenoider er utbredt over hele den naturlige verden og for å reflektere Dette, Galasso et al. gjennomgå forekomsten og mangfoldet av karotenoider i havmiljøet, samt deres potensial for økonomisk utnyttelse(f. eks. som naturlige kilder til pigmenter for mat-og matindustrier eller som kilde til antioksidanter). Karotenoider er anerkjent som den vanligste klassen av pigmenter i havmiljøet, med et mye større mangfold av strukturer enn det som er sett i det terrestriske miljøet . Men utover en håndfull forbindelser som astaxanthin og fucoxanthin, forblir de relativt dårlig studert. Fortsetter det økonomiske temaet, Fu et al. undersøke fordelingen av pigmenter og deres antioksidant aktiviteter i durum hvete fraksjoner.
til slutt forblir karotenoider en fascinerende gruppe naturlige pigmenter. Ikke bare er de ansvarlige for et bredt spekter av fargestoffer i naturen, men enda viktigere har de viktige funksjonelle roller i biologi. Studier av deres funksjon i menneskers helse og sykdom har altfor ofte fokusert utelukkende på hva som kan være om som en jakt på en «magic bullet» effekt, dvs. en bestemt karotenoid (f.eks, β-karoten) finnes i «sunn» dietter og, som det er en antioksidant (minst in vitro), antas det at høye doser må ha en gunstig effekt. Dessverre, alt for ofte denne tilnærmingen har vist seg å være altfor forenklede, neglisjere som det gjør samspillet med andre kosttilskudd komponenter (inkludert andre antioksidanter) og skjebnen til antioksidanter selv, spesielt når de finnes ved høye doser. Truscott Og Edge) alltid har vurdert noen av disse aspektene, ser vi nå mange flere studier som takler disse komplekse og teknisk utfordrende problemene.