o grupo de pigmentos carotenóides é omnipresente por natureza e mais de 600 carotenóides diferentes foram identificados e caracterizados . Eles são responsáveis pela pigmentação em animais, plantas e microorganismos, mas fundamentalmente também servem papéis importantes, muitas vezes críticos, em sistemas biológicos. Com efeito, nos últimos anos, a maior atenção centrou-se neste grupo de pigmentos, tendo em vista a compreensão da sua função, especialmente como antioxidantes. O elemento estrutural “núcleo” dos carotenóides é uma coluna vertebral de polieno constituída por uma série de ligações conjugadas C=C. Esta característica em particular é principalmente responsável tanto pelas suas propriedades pigmentadoras como pela capacidade de muitos destes compostos interagirem com radicais livres e oxigénio único e, portanto, agir como antioxidantes eficazes. Modificações nesta coluna vertebral de polieno, alterando o número de ligações duplas conjugadas juntamente com a adição de grupos funcionais de oxigénio, por sua vez, alteram a reactividade dos carotenóides. É importante notar que a função dos carotenóides também é substancialmente afetada pelo seu ambiente imediato, que, por sua vez, depende de sua estrutura (por exemplo, ). Isto é indiscutivelmente mais evidente em Sistemas Fotossintéticos em plantas e algas mais altas, onde xantofilas são restritas a complexos de colheita de luz (realizando ambos os papéis de captura de luz e fotoproteção), enquanto β-caroteno é encontrado em centros de reação (um papel protetor) (por exemplo,).
Enquanto os carotenóides são amplamente distribuída através de sistemas naturais, a investigação tem-se concentrado em apenas alguns compostos que estão envolvidos em aspectos da saúde humana (nomeadamente os alimentares compostos β-caroteno, luteína e licopeno) ou em processos fotossintéticos em plantas e fotossíntese bactérias (por exemplo, β-caroteno, spheroidene, a luteína, a violaxanthin, e zeaxantina). Na saúde humana, estudos epidemiológicos em larga escala demonstraram uma forte associação entre dietas ricas em frutas e legumes (incluindo a dieta “mediterrânica”) e reduções em certas doenças, incluindo alguns cancros e doenças cardíacas . Isto, por sua vez, levou a grandes estudos de intervenção alimentar, alguns dos quais exploraram o uso de altas doses de β-caroteno em fumantes e trabalhadores do amianto. Dois dos estudos mais influentes foram o ensaio de eficácia do Beta-caroteno e do Retinol (CARET ) e o ensaio de prevenção do cancro do alfa-tocoferol Beta-caroteno (ATBC ). No entanto, os resultados destes estudos parecem contradizer os estudos dietéticos que os precederam, salientando a necessidade de compreender melhor o comportamento dos carotenóides em sistemas biológicos, especialmente humanos, e, de facto, se os carotenóides podem actuar como antioxidantes e pró-oxidantes em diferentes condições.
esta edição especial é constituída por um conjunto de artigos que destacam alguns destes recentes avanços sobre as propriedades antioxidantes dos carotenóides, refletindo a ampla gama de estudos sobre este fascinante grupo de produtos naturais. Edge e Truscott revisam o trabalho mais recente sobre a interação entre oxigênio singlet, radicais livres, carotenóides e retinóides. Embora as propriedades antioxidantes destes compostos sejam bem conhecidas, o artigo destaca algumas questões importantes, muitas vezes menos bem estudadas. Pesquisas recentes dos autores demonstram que os carotenóides podem mudar do comportamento antioxidante para pró-oxidante em função da concentração de oxigênio. Empregando um sistema de modelos baseados em células, observaram proteção total da exposição à radiação γ de alta energia pelo licopeno a 0% de oxigênio, mas proteção zero a 100% de oxigênio. Isto pode ter implicações para o behavour dos carotenóides nos tecidos onde estão presentes diferentes pressões parciais de oxigénio. O físico “organização” (por exemplo, a tendência para os carotenóides e a agregação em diferentes solventes) do carotenóide é uma consideração importante que afeta a sua antioxidantes habilidades, através de suas interações com espécies reativas de oxigênio si, bem como com outros antioxidantes, tais como α-tocoferol e vitamina C. As propriedades antioxidantes do carotenóide astaxantina são estudados pelos Focsan et al. . Este pigmento Está ligado ao músculo branco dos salmonídeos, transmitindo a coloração rosa característica dos peixes, e encontra-se nos complexos de proteínas pigmentos da carapaça de um certo número de crustáceos. A astaxantina também se acumula na microalga Haematococcus pluvialis de água doce em condições de stress (por exemplo, privação de nutrientes, exposição a irradiações elevadas ou na presença de espécies reactivas de oxigénio). Usando uma gama de técnicas, incluindo ressonância paramagnética eletrônica, Foscan e colegas indicam que uma gama de fatores influenciam a atividade antioxidante da astaxantina. Estes incluem: a formação de complexos quelatos com metais; esterificação e a sua incapacidade de se agregar na forma éster; um elevado potencial de oxidação; e a formação de radicais neutros sob elevada irradiação na presença de iões metálicos.
como estes artigos ilustram, não há dúvida de que a interacção dos carotenóides com espécies oxidantes reactivas é altamente complexa. O destino destes carotenóides e as propriedades dos produtos de reacção resultantes, incluindo isómeros geométricos, adutos e compostos de degradação ou clivagem, são ainda relativamente pouco compreendidos. Nesta edição especial, dois documentos analisam aspectos separados desta questão. Em primeiro lugar, Haider e colegas exploram os potenciais papéis genotóxicos e citotóxicos dos produtos de degradação oxidativa dos carotenóides. Os efeitos pró-oxidantes resultantes da exposição a doses elevadas de carotenóides observados in vivo (tal como nos ensaios CARET e ATBC ), ou o aumento dos danos ao ADN observados nos estudos in vitro (por exemplo,), estão frequentemente associados à acumulação e às acções deletérias subsequentes de uma série de produtos de degradação putativa. Haider et al. verificou-se que doses baixas (1 µM) de produtos de clivagem de β-caroteno (gerados pelo tratamento com hipoclorito) induziram níveis significativos de quebras da cadeia de ADN nas células primárias de pneumócito tipo II que foram submetidas a stress oxidativo. Em contrapartida, o próprio β-caroteno actuou como um antioxidante eficaz e os efeitos citotóxicos só foram observados em concentrações muito mais elevadas (50 µM). A geração oxidativa in vivo de isómeros geométricos de outro importante carotenóide dietético, o licopeno, é considerada por Graham et al. . Estudos in vitro demonstraram que a exposição à mistura complexa de radicais livres presentes no fumo dos cigarros induz o branqueamento de carotenóides, como o licopeno e O β-caroteno, através de uma série de reacções, incluindo a clivagem e a isomerização . A detecção de tais produtos de reação in vivo é especialmente desafiadora devido à sua (muitas vezes) natureza transitória e níveis vestigiais. Graham et al. verificou-se que o plasma dos fumadores continha proporções elevadas de licopeno (13Z) relativamente aos outros isómeros geométricos deste carotenóide. Este achado é consistente com observações in vitro de que esta forma geométrica particular, energeticamente desfavorável, foi gerada preferencialmente na presença de fumaça de cigarro . São necessários mais trabalhos para determinar toda a gama de produtos de reacção dos carotenóides dietéticos quando expostos a espécies reactivas de oxigénio, elucidar as vias pelas quais essa degradação ocorre e compreender melhor a sua possível função.
the role of carotenoids in the human macula is discussed by Gong et al. . As xantofilas luteína e zeaxantina são acumuladas dentro e protegem a mácula. Este estudo examinou a behavour de três carotenóides dietéticos, nomeadamente O β-caroteno, o licopeno e a luteína, em células epiteliais do pigmento retinal. A luteína e o licopeno, mas não O β-caroteno, inibiram o crescimento de células ARPE-19 indiferenciadas. Além disso, a viabilidade celular diminuiu em condições hipóxicas. Vale a pena notar que os carotenóides da mácula (luteína e zeaxantina) também têm papéis funcionais bem definidos na fotossíntese de plantas superiores, tanto na captação de luz como na extinção de energia . A capacidade destas moléculas para funcionar tanto em plantas como em seres humanos depende das mesmas propriedades químicas e físicas.
os carotenóides distribuem-se amplamente pelo mundo natural e, para reflectir isto, Galasso et al. rever a ocorrência e a diversidade de carotenóides no meio marinho, bem como o seu potencial de exploração económica (por exemplo, como fontes naturais de pigmentos para as indústrias alimentares e dos alimentos para animais ou como fonte de antioxidantes). Os carotenóides são reconhecidos como a classe mais comum de pigmentos no meio marinho, com uma diversidade de estruturas muito maior do que a observada no ambiente terrestre . No entanto, além de um punhado de compostos como astaxantina e fucoxantina, eles permanecem relativamente mal estudados. Continuando o tema econômico, Fu et al. examinar a distribuição dos pigmentos e das suas actividades antioxidantes nas fracções de moagem do trigo duro.Em conclusão, os carotenóides continuam a ser um grupo fascinante de pigmentos naturais. Eles não só são responsáveis por uma ampla variedade de coloração na natureza, mas, mais importante, eles têm papéis funcionais fundamentais na biologia. Os estudos sobre a sua função na saúde humana e na doença concentraram-se demasiadas vezes apenas no que pode ser considerado como uma caça a um efeito “bala mágica”, ou seja, um carotenóide particular (por exemplo, β-caroteno) é encontrado em dietas “saudáveis” e, como é um antioxidante (pelo menos in vitro), assume-se que doses elevadas devem ter um efeito benéfico. Infelizmente, esta abordagem revelou-se demasiadas vezes demasiado simplista, negligenciando a interacção com outros componentes dietéticos (incluindo outros antioxidantes) e o destino dos próprios antioxidantes, especialmente quando presentes em doses elevadas. Enquanto alguns pesquisadores (por exemplo, Truscott e Edge) sempre consideraram alguns destes aspectos, estamos vendo agora muitos mais estudos abordando essas questões complexas e tecnicamente desafiadoras.