grupul carotenoid de pigmenți sunt omniprezente în natură și mai mult de 600 de carotenoide diferite au fost identificate și caracterizate . Ele sunt responsabile pentru pigmentarea animalelor, plantelor și microorganismelor, dar servesc, de asemenea, roluri importante, adesea critice, în sistemele biologice. Într-adevăr, în ultimii ani, cea mai mare atenție axată pe acest grup de pigmenți a vizat înțelegerea funcției lor, în special ca antioxidanți. Elementul structural” de bază ” al carotenoidelor este o coloană vertebrală polienică constând dintr-o serie de legături conjugate C=C. Această caracteristică particulară este responsabilă în primul rând atât pentru proprietățile lor de pigmentare, cât și pentru capacitatea multora dintre acești compuși de a interacționa cu radicalii liberi și oxigenul singlet și, prin urmare, acționează ca antioxidanți eficienți. Modificările la această coloană vertebrală polienică, modificând numărul de legături duble conjugate împreună cu adăugarea de grupuri funcționale de oxigen, la rândul lor, modifică reactivitatea carotenoidelor. Important, funcția carotenoidelor este, de asemenea, afectată substanțial de mediul lor imediat, care, la rândul său, depinde de structura lor (de exemplu,). Acest lucru este, fără îndoială, cel mai evident în sistemele fotosintetice din plantele superioare și algele în care xantofilele sunt limitate la complexele de recoltare a luminii (care îndeplinesc atât roluri de captare a luminii, cât și roluri fotoprotectoare), în timp ce octocarotenul se găsește în centrele de reacție (un rol protector) (de exemplu,).
în timp ce carotenoidele sunt distribuite pe scară largă în sistemele naturale, cercetările s-au concentrat în mare măsură pe doar câțiva compuși care sunt implicați în aspecte ale sănătății umane (în special compușii dietetici-caroten, luteină și licopen) sau în procesele fotosintetice din plante și bacterii fotosintetice (de exemplu, – caroten, sferoiden, luteină, violaxantină și zeaxantină). În domeniul sănătății umane, studiile epidemiologice la scară largă au demonstrat o asociere puternică între dietele bogate în fructe și legume (inclusiv dieta „mediteraneană”) și reducerea anumitor boli, inclusiv unele tipuri de cancer și boli de inimă . Acest lucru, la rândul său, a condus la studii mari de intervenție dietetică, dintre care unele au explorat utilizarea unor doze mari de caroten-caroten la fumători și lucrători cu azbest. Două dintre cele mai influente studii au fost Beta-caroten și Retinol eficacitatea Trial (CARET ) și alfa-tocoferol Beta-caroten Cancer Prevention Trial (ATBC ). Cu toate acestea, rezultatele unor astfel de studii par să contrazică studiile dietetice care le-au precedat, subliniind necesitatea de a înțelege mai bine cum se comportă carotenoizii în sistemele biologice, în special umane, și, într-adevăr, dacă carotenoizii pot acționa atât ca antioxidanți, cât și pro-oxidanți în diferite condiții.
acest număr special constă dintr-un set de articole care evidențiază unele dintre aceste progrese recente privind proprietățile antioxidante ale carotenoidelor, reflectând gama largă de studii asupra acestui grup fascinant de produse naturale. Edge și Truscott revizuiesc cele mai recente lucrări privind interacțiunea dintre oxigenul singlet, radicalii liberi și carotenoizii și retinoizii. În timp ce proprietățile antioxidante ale acestor compuși sunt bine cunoscute, articolul evidențiază unele probleme importante, adesea mai puțin bine studiate. Cercetările recente ale autorilor demonstrează că carotenoizii pot trece de la comportamentul antioxidant la pro-oxidant în funcție de concentrația de oxigen. Folosind un sistem model bazat pe celule, ei au observat o protecție totală împotriva expunerii la radiații de înaltă energie de către licopen la 0% oxigen, dar protecție zero la 100% oxigen. Acest lucru poate avea implicații pentru comportamentul carotenoidelor în țesuturile în care sunt prezente diferite presiuni parțiale ale oxigenului. „Organizarea” fizică (de exemplu, tendința carotenoidelor de a se agrega în diferiți solvenți) a carotenoidului este un aspect important care afectează abilitățile sale antioxidante, prin interacțiunile sale cu speciile reactive de oxigen în sine, precum și cu alți antioxidanți, cum ar fi tocoferolul și vitamina C. proprietățile antioxidante ale astaxantinei carotenoide sunt studiate de Focsan și colab. . Acest pigment este legat de mușchiul alb al salmonidelor, conferind culoarea roz caracteristică a peștilor și se găsește în complexele pigment-proteice ale carapacei unui număr de crustacee. Astaxantina se acumulează, de asemenea, în microalga de Apă Dulce Haematococcus pluvialis în condiții de stres (de exemplu, privarea de nutrienți, expunerea la iradieri ridicate sau în prezența speciilor reactive de oxigen). Folosind o serie de tehnici, inclusiv rezonanța paramagnetică electronică, Foscan și colegii săi indică faptul că o serie de factori influențează activitatea antioxidantă a astaxantinei. Acestea includ: formarea complexelor chelate cu metale; esterificarea și incapacitatea sa de a se agrega sub formă de ester; un potențial ridicat de oxidare; și formarea radicalilor neutri sub iradiere ridicată în prezența ionilor metalici.
după cum ilustrează aceste lucrări, nu există nicio îndoială că interacțiunea carotenoidelor cu speciile oxidante reactive este extrem de complexă. Soarta acestor carotenoizi și proprietățile produselor de reacție rezultate, inclusiv izomerii geometrici, aducții și compușii de descompunere sau scindare sunt încă relativ puțin înțeleși. În acest număr special, două lucrări iau în considerare aspecte separate ale acestui lucru. În primul rând, Haider și colegii săi explorează potențialele roluri genotoxice și citotoxice ale produselor de descompunere oxidativă a carotenoidelor. Efectele pro-oxidante rezultate din expunerea la doze mari de carotenoizi observate in vivo (ca în studiile CARET și ATBC) sau deteriorarea ADN-ului îmbunătățită observată în studiile in vitro (de exemplu,) sunt adesea asociate cu acumularea și acțiunile dăunătoare ulterioare ale unei game de produse de descompunere presupuse. Haider și colab. s-a constatat că doze mici (1 MMC) de produși de clivaj ai carotenului (generat prin tratamentul cu hipoclorit) au indus niveluri semnificative de rupturi ale catenei ADN în celulele primare pneumocitare de tip II care au fost supuse stresului oxidativ. În schimb, carotenul în sine a acționat ca un antioxidant eficient, iar efectele citotoxice au fost observate doar la concentrații mult mai mari (50 MMC). Generarea oxidativă in vivo a izomerilor geometrici ai unui alt carotenoid alimentar major, licopenul, este considerată de Graham și colab. . Studiile in vitro au demonstrat că expunerea la amestecul complex de radicali liberi găsit în fumul de țigară induce albirea carotenoidelor, cum ar fi licopenul și carotenul, printr-o serie de reacții, inclusiv scindarea și izomerizarea . Detectarea unor astfel de produse de reacție in vivo este deosebit de dificilă datorită naturii lor (adesea) tranzitorii și a nivelurilor de urmărire. Graham și colab. s-a constatat că plasma fumătorilor conținea proporții crescute de (13Z) – licopen în raport cu ceilalți izomeri geometrici ai acestui carotenoid. Această constatare este în concordanță cu observațiile in vitro conform cărora această formă geometrică particulară, nefavorabilă energetic, a fost generată preferențial în prezența fumului de țigară . Sunt necesare lucrări suplimentare pentru a determina întreaga gamă de produse de reacție ale carotenoidelor dietetice atunci când sunt expuse speciilor reactive de oxigen, pentru a elucida căile prin care are loc o astfel de degradare și pentru a înțelege mai bine funcția lor posibilă.
rolul carotenoidelor în macula umană este discutat de Gong și colab. . Xantofilele luteina și zeaxantina sunt acumulate în interiorul și protejează macula. Acest studiu a examinat comportamentul a trei carotenoizi alimentari, și anume, carotenul, licopenul și luteina, în celulele epiteliale pigmentare retiniene. Luteina și licopenul, dar nu și carotenul-carotenul, au inhibat creșterea celulelor arpe-19 nediferențiate. Mai mult, viabilitatea celulară a scăzut în condiții hipoxice. Este demn de remarcat faptul că carotenoizii macula (luteină și zeaxantină) au, de asemenea, roluri funcționale bine definite în fotosinteza superioară a plantelor, atât în captarea luminii, cât și în stingerea energiei . Capacitatea acestor molecule de a funcționa atât la plante, cât și la oameni depinde de aceleași proprietăți chimice și fizice.
carotenoidele sunt distribuite pe scară largă în întreaga lume naturală și pentru a reflecta acest lucru, Galasso și colab. revizuirea apariției și diversității carotenoidelor în mediul marin, precum și a potențialului lor de exploatare economică (de exemplu, ca surse naturale de pigmenți pentru industria alimentară și furajeră sau ca sursă de antioxidanți). Carotenoizii sunt recunoscuți ca fiind cea mai comună clasă de pigmenți din mediul marin, cu o diversitate mult mai mare de structuri decât cea observată în mediul terestru . Cu toate acestea, dincolo de o mână de compuși precum astaxantina și fucoxantina, aceștia rămân relativ slab studiați. Continuând tema economică, Fu și colab. examinați distribuția pigmenților și activitățile lor antioxidante în fracțiunile de măcinare a grâului dur.
în concluzie, carotenoizii rămân un grup fascinant de pigmenți naturali. Nu numai că sunt responsabili pentru o gamă largă de culori în natură, dar, mai important, au roluri funcționale cheie în biologie. Studiile privind funcția lor în sănătatea și bolile umane s-au concentrat prea des doar pe ceea ce ar putea fi considerat ca o vânătoare pentru un efect de „glonț magic”, adică un anumit carotenoid (de exemplu, centocarotenul) se găsește în dietele „sănătoase” și, deoarece este un antioxidant (cel puțin in vitro), se presupune că dozele mari trebuie să aibă un efect benefic. Din păcate, de prea multe ori această abordare sa dovedit a fi mult prea simplistă, neglijând interacțiunea cu alte componente dietetice (inclusiv alți antioxidanți) și soarta antioxidanților înșiși, mai ales atunci când sunt prezenți la doze mari. În timp ce unii cercetători (de exemplu, Truscott și Edge) au luat întotdeauna în considerare unele dintre aceste aspecte, acum vedem mai multe studii care abordează aceste probleme complexe și provocatoare din punct de vedere tehnic.