Beta karotena tergolong dalam kumpulan besar karotenoid - pigmen lipofilik (larut lemak) pewarna asal tumbuhan - yang dikelaskan sebagai sebatian tanaman sekunder (bahan bioaktif dengan kesihatan-mempromosikan kesan - "ramuan anutrisi"). Beta karotena adalah yang paling terkenal dan, dari segi kuantiti, merupakan wakil semula jadi yang paling penting bagi kelas bahan karotenoid, dari mana nama kolektif sebatian juga berasal. Ciri struktur dari beta karotena adalah struktur poliena tak simetri, tak jenuh (sebatian organik dengan gandaan karbonikatan berganda-karbon (CC)), terdiri daripada lapan unit isoprenoid dan 11 ikatan berganda terkonjugasi (→ tetraterpene dengan 40 C atom). Cincin beta-ionon (cincin trimetilcyclohexene yang tidak disubstitusi) dilekatkan pada setiap hujung rantai isoprenoid-elemen struktur yang juga terdapat pada retinol (vitamin A) dan merupakan prasyarat untuk aktiviti vitamin A. Sistem ikatan berganda terkonjugasi memberikan beta-karoten warna oren-merahnya menjadi merah dan bertanggungjawab terhadap beberapa sifat fizikokimia karotenoid yang secara langsung berkaitan dengan kesan biologinya. Lipophilicity (kelarutan lemak) beta-karoten yang kuat mempengaruhi kedua-dua usus (mengenai usus) penyerapan and pengedaran dalam organisma.Beta-karoten boleh berlaku dalam bentuk geometri yang berbeza (cis / trans isomer), yang boleh ditukar satu sama lain. Pada tumbuhan, beta-karoten terutama terdapat (~ 98%) sebagai isomer all-trans yang stabil. Pada organisma manusia, kadangkala bentuk isomer yang berbeza dapat bersamaan. Berbeza dengan xanthophylls, seperti lutein, zeaxanthin dan beta-cryptoxanthin, beta-karoten, seperti alpha-karoten dan lycopene, tidak mengandungi oksigen kumpulan berfungsi. Dari kira-kira 700 karotenoid dikenal pasti, kira-kira 60 boleh ditukar menjadi vitamin A (retinol) oleh metabolisme manusia dan dengan demikian menunjukkan aktiviti provitamin A. Beta-karoten (isomer all-trans dan 13-cis) adalah wakil yang paling penting dengan harta ini dan mempunyai nilai tertinggi vitamin A aktiviti, diikuti oleh all-trans alpha-carotene, all-trans beta-cryptoxanthin dan 8′-beta-apocarotenal. Oleh itu, beta-karoten memberikan sumbangan penting kepada bekalan vitamin A, terutama pada individu yang mempunyai pengambilan vitamin A rendah, seperti vegetarian. Keperluan molekul karotenoid untuk keberkesanan vitamin A termasuk:
- Cincin beta-ionon (cincin trimetilcyclohexene terkonjugasi tidak diganti).
- Perubahan pada cincin menyebabkan pengurangan aktiviti
- Karotenoid dengan cincin pembawa oksigen (O), seperti lutein dan zeaxanthin, atau tanpa struktur cincin, seperti lycopene, tidak mempunyai aktiviti vitamin A
- Rantai isoprenoid
- Sekurang-kurangnya 15 C atom ditambah 2 kumpulan metil.
- Isomer Cis mempunyai aktiviti biologi yang lebih rendah daripada isomer trans
Cahaya dan panas atau kehadiran oksigen dapat mengurangkan aktiviti vitamin A beta-karoten melalui isomerisasi (penukaran trans → cis konfigurasi) dan modifikasi oksidatif struktur molekul, masing-masing.
Sintesis
Beta-karoten disintesis oleh tumbuhan, alga, dan bakteria mampu melakukan fotosintesis dan disimpan dalam organisma tumbuhan dalam kromoplas (plastid berwarna oren, kuning, dan kemerahan oleh karotenoid pada kelopak, buah-buahan, atau organ penyimpanan (wortel) tumbuhan) dan kloroplas (organel sel alga hijau dan tanaman yang lebih tinggi yang melakukan fotosintesis) -digabungkan ke dalam matriks kompleks protein, lipid, dan karbohidrat. Di sana, beta-karoten, bersama dengan karotenoid lain, memberikan perlindungan terhadap kerosakan fotoksidatif dengan bertindak sebagai "pemadam" ("detoksifier," "inaktivator") reaktif oksigen sebatian (1O2, oksigen tunggal), iaitu, secara langsung menyerap tenaga berseri melalui keadaan triplet dan menyahaktifkannya melalui pembebasan haba. Oleh kerana keupayaan untuk memuaskan meningkat dengan bilangan ikatan berganda, beta-karoten dengan 11 ikatan rangkapnya mempunyai aktiviti pelindapkejutan yang paling kuat berbanding dengan karotenoid yang lain. Beta-karoten merupakan karotenoid yang paling banyak terdapat di dalamnya. Ia terdapat dalam pelbagai jenis buah-buahan (2-10 mg / kg) dan sayur-sayuran (20-60 mg / kg), walaupun kandungannya dapat sangat berbeza bergantung pada varietas, musim, tahap kematangan, pertumbuhan, penuaian dan keadaan penyimpanan, dan di pelbagai bahagian tanaman. Contohnya, daun luar dari kubis mengandungi 200 kali lebih banyak beta-karoten daripada daun dalam. Buah-buahan dan sayur-sayuran kuning / oren dan sayur-sayuran berdaun hijau gelap, seperti wortel, labu, kangkung, bayam, savoy kubis, selada domba, paprika, chicory, ubi jalar, dan tembikai, sangat kaya dengan beta-karoten. Kerana sifat pewarnaannya, beta-karoten - diekstrak dari tumbuh-tumbuhan atau dihasilkan secara sintetik - digunakan sebagai pewarna (masing-masing E 160 dan E 160a) di sekitar 5% dari semua makanan di Jerman, termasuk untuk pewarna mentega, marjerin, produk tenusu, penyebaran, gula-gula, atau soda, dengan rata-rata antara 1-5 mg / kg dan mg / l ditambahkan pada makanan dan minuman pejal.
Penyerapan
Kerana sifat lipofilik (larut lemak), beta-karoten diserap (diambil) di bahagian atas usus kecil semasa pencernaan lemak. Ini memerlukan kehadiran lemak makanan (3-5 g / makanan) sebagai pengangkut, asid hempedu untuk melarutkan (meningkatkan kelarutan) dan membentuk misel, dan esterase (pencernaan enzim) untuk membelah beta-karoten yang di esterifikasi. Setelah dibebaskan dari matriks makanan, beta-karoten bergabung dalam lumen usus kecil dengan bahan lipofilik lain dan asid hempedu untuk membentuk misel campuran (struktur sfera berdiameter 3-10 nm di mana lipid molekul disusun sedemikian rupa sehingga air-Bahagian molekul larut dipusingkan ke luar dan bahagian molekul yang tidak larut dalam air dihidupkan ke dalam) - fasa miksel untuk larutan (peningkatan kelarutan) lipid - yang diserap ke dalam enterosit (sel-sel usus kecil epitelium) daripada duodenum (duodenum) dan jejunum (jejunum) melalui proses penyebaran pasif. The penyerapan kadar beta-karoten dari makanan tumbuhan sangat berbeza antara dan dalam individu, antara 30 hingga 60% bergantung pada bahagian lemak yang dimakan pada masa yang sama - rata-rata 50% apabila kira-kira 1-3 mg beta-karoten dimakan. Dari segi pengaruh mereka terhadap penyerapan beta-karoten, asid lemak tepu jauh lebih berkesan daripada asid lemak tak jenuh ganda (asid lemak polena, PFS), yang dapat dibenarkan sebagai berikut:
- PFS meningkatkan ukuran misel campuran, yang mengurangkan kadar penyebaran
- PFS mengubah cas permukaan miksel, mengurangkan pertalian (kekuatan pengikatan) terhadap enterosit (sel-sel epitel usus kecil)
- PFS (asid lemak omega-3 dan -6) menempati lebih banyak ruang daripada asid lemak tepu dalam lipoprotein (agregat lipid dan protein - zarah seperti misel - yang berfungsi untuk mengangkut bahan lipofilik dalam darah), sehingga membatasi ruang untuk lipofilik lain molekul, termasuk beta-karoten
- PFS, terutamanya omega-3 asid lemak, menghalang sintesis lipoprotein.
Ketersediaan bio beta-karoten bergantung pada faktor endogen dan eksogen berikut sebagai tambahan kepada pengambilan lemak [3, 6, 7, 11-13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42 , 46]:
- Jumlah beta-karoten makanan (makanan) yang disediakan - apabila dos meningkat, ketersediaan bio karotenoid relatif menurun
- Bentuk isomer - beta-karoten lebih baik diserap dalam konfigurasi all-trans daripada bentuk cisnya.
- Sumber makanan - dari makanan tambahan (beta-karoten terpencil) karotenoid lebih banyak didapati daripada daripada buah-buahan dan sayur-sayuran (beta-karoten asli), yang nyata dengan peningkatan kadar beta-karoten serum setelah mengambil makanan tambahan berbanding pengambilan yang sama berjumlah dari diet biasa
- Matriks makanan di mana beta-karoten digabungkan - dari sayur-sayuran yang diproses (pemadanan mekanikal, rawatan haba) beta-karoten diserap dengan lebih baik (> 15%) daripada makanan mentah (<3%), kerana terdapat karotenoid dalam sayur-sayuran mentah dalam sel kristal dan tertutup dalam matriks selulosa padat yang tidak dicerna
- Interaksi dengan bahan makanan lain:
- Serat makanan, seperti pektin dari buah-buahan, menurunkan ketersediaan bio beta-karoten dengan membentuk kompleks larut dengan karotenoid
- Olestra (pengganti lemak sintetik yang terdiri daripada ester asid lemak dan sukrosa (→ sukrosa poliester), yang tidak dapat dibelah oleh lipase badan (enzim pembelah lemak) dan diekskresikan tidak berubah) mengurangkan penyerapan beta-karoten
- Fitosterol dan stanol (sebatian kimia dari kelas sterol yang terdapat di bahagian tumbuhan berlemak, seperti biji, pucuk dan biji, yang sangat mirip dengan struktur kolesterol dan secara kompetitif menghalang penyerapannya) mengganggu penyerapan beta-karoten usus
- Pengambilan campuran karotenoid, seperti beta-karoten, lutein dan likopen, kedua-duanya dapat menghalang dan mendorong penyerapan beta-karoten usus
- Protein and vitamin E meningkatkan beta-karotena penyerapan.
- Prestasi pencernaan individu, seperti pemadanan mekanikal di saluran pencernaan atas, pH gastrik, aliran hempedu - kunyah menyeluruh dan pH jus gastrik rendah mendorong gangguan sel dan pembebasan beta-karoten terikat dan esterifikasi, masing-masing, yang meningkatkan ketersediaan bio karotenoid; penurunan aliran hempedu mengurangkan ketersediaan bio kerana terjadinya gangguan pembentukan misel
- Status bekalan organisma
- Tahap bekalan vitamin A - dengan status vitamin A yang baik, penyerapan beta-karoten diturunkan
- Faktor genetik
Biotransformasi
Dalam sitosol sel-sel jejunum (usus kosong), sebahagian daripada beta-karoten diubah menjadi retinol (vitamin A). Untuk tujuan ini, karotenoid dipotong pada ikatan berganda pusat atau eksentrik (terdesentralisasi) oleh sitosolik, enzim 15,15 -XNUMX′-dioksigenase - karotenase yang tidak terikat membran, dengan pembelahan pusat menjadi mekanisme utama. Walaupun belahan pusat (simetri) beta-karoten menimbulkan dua molekul retina, desentralisasi (asimetrik) pembelahan karotenoid menimbulkan 8′-, 10′-, dan 12′-beta-apocarotene, masing-masing, bergantung pada tapak degradasi (penguraian), yang ditukar menjadi satu molekul retina dengan penurunan lebih lanjut atau pemendekan rantai, masing-masing. Ini diikuti dengan pengurangan retina ke retinol aktif secara biologi oleh alkohol dehydrogenase - proses reversibel -, yang mengikat protein pengikat retinol sel II (CRBPII) dan - pada kepekatan fisiologi - diesterifikasi oleh lesitin-retinol acyltransferase (LRAT) atau - pada kepekatan yang lebih tinggi - oleh acyl-CoA-retinol acyltransferase (ARAT) dengan asid lemak, terutamanya asid palmitik (→ retinil ester). Selain itu, retina dapat dioksidakan menjadi asid retinoat-proses yang tidak dapat dipulihkan yang hanya berlaku pada tahap yang kecil [1, 3-5, 13, 31, 36, 37]. Penukaran (transformasi) beta-karoten menjadi retinol dalam sitosol enterosit (sel-sel usus kecil epitelium) dianggarkan 17%. Selain enterosit, metabolisme (metabolisme) juga dapat terjadi di sitosol hati, paru-paru, buah pinggang, dan sel otot. Kedua-dua oksigen dan ion logam - mungkin besi - dikehendaki mengekalkan aktiviti 15,15′-dioksigenase. Penukaran beta-karotena menjadi retinol bergantung kepada faktor-faktor berikut:
- Faktor genetik
- Ciri-ciri diet yang mempengaruhi penyerapan usus, seperti matriks makanan dan kandungan lemak
- Jumlah beta-karoten yang dibekalkan
- Status protein
- Keadaan bekalan organisma
- Tahap bekalan vitamin A dan vitamin E
- Penggunaan alkohol
Apabila beta-karoten dan retinol (vitamin A) dimakan secara serentak atau ketika status vitamin A baik, aktiviti 15,15′-dioksigenase dalam sel usus kecil menurun, mengurangkan kadar penukaran dan meningkatkan jumlah beta-karoten yang tidak dibelah. Atas sebab ini, tidak ada risiko hipervitaminosis Beta-karoten yang dosis tinggi Pengaruh jenis makanan, matriks makanan di mana beta-karoten digabungkan, dan jumlah lemak yang ditambahkan pada masa yang sama pada penukaran enterosit beta-karoten menjadi retinol ditunjukkan dalam jadual berikut.
| Kira-kira setara dengan 1 µg all-trans-retinol adalah. | 2 µg beta-karoten dalam susu | Nisbah penukaran 2: 1 |
| 4 µg beta-karoten dalam lemak | Nisbah penukaran 4: 1 | |
| 8 µg beta-karoten dalam wortel homogen yang masing-masing disiapkan dengan sayur-sayuran berdaun hijau atau lemak. | Nisbah penukaran 8: 1 | |
| 12 µg beta-karoten dalam wortel masak, tegang | Nisbah penukaran 12: 1 | |
| 26 µg beta-karoten dalam sayur-sayuran berdaun hijau yang dimasak | Nisbah penukaran 26: 1 |
Untuk mencapai aktiviti vitamin A yang sesuai dengan pengambilan 1 µg all-trans-retinol, pengambilan beta-karoten, misalnya, 2 µg dari susu, 12 µg dari wortel yang telah dimasak, tegang, atau 26 µg dari sayur-sayuran daun hijau yang dimasak diperlukan. Ini menjelaskan bahawa melalui pemilihan makanan yang disasarkan, kehadiran lemak makanan, dan proses pemprosesan makanan, seperti Memasak atau penggilingan mekanikal, masing-masing, beta-karoten yang kurang diet perlu disediakan untuk penukaran menjadi retinol, yang disebabkan oleh peningkatan penyerapan usus mereka. Dengan peningkatan penyerapan beta-karoten, penukaran karotenoid menjadi retinol dalam enterosit juga meningkat.
Pengangkutan dan pengedaran dalam badan
Bahagian beta-karoten yang belum dimetabolisme menjadi retinol pada sel-sel mukosa usus kecil digabungkan, bersama dengan ester retinil dan bahan lipofilik lain, ke dalam chylomicrons (CM, lipoprotein kaya lipid), yang disekresikan (dirembeskan) ke ruang interstitial enterosit oleh eksositosis (pengangkutan bahan keluar dari sel) dan diangkut melalui yang limfa. Melalui truncus intestinalis (batang pengumpul limfa tanpa rongga perut) dan duktus thoracicus (batang pengumpul limfa rongga toraks), chylomicrons memasuki subclavian vena (subclavian vein) dan jugular vein (jugular vein), yang saling bertumpu untuk membentuk vena brachiocephalic (sebelah kiri) - angulus venosus (sudut vena). Venae brachiocephalicae kedua-dua belah pihak bersatu membentuk atasan yang tidak berpasangan vena kava (vena cava unggul), yang terbuka ke Atrium kanan daripada jantung. Chylomicrons diperkenalkan ke dalam periferal peredaran oleh daya pam dari jantung. Chylomicrons mempunyai separuh hayat (waktu di mana nilai yang menurun secara eksponensial dengan masa dibahagi dua) kira-kira 30 minit dan terdegradasi ke sisa-sisa chylomicron (CM-R, zarah sisa chylomicron rendah lemak) semasa pengangkutan ke hati. Dalam konteks ini, lipoprotein lipase (LPL) memainkan peranan penting, yang terletak di permukaan sel endotel darah kapilari dan membawa kepada pengambilan percuma asid lemak dan sejumlah kecil ester beta-karoten dan retinil ke dalam pelbagai tisu, seperti otot, tisu adiposa dan kelenjar susu, oleh pembelahan lipid. Walau bagaimanapun, majoriti beta-karoten dan retinol esterifikasi molekul tetap dalam CM-Rs, yang mengikat reseptor tertentu di hati dan dibawa ke sel parenkim hati dengan menggunakan endositosis yang dimediasi oleh reseptor (pencerobohan daripada membran sel → mencekik vesikel yang mengandungi CM-R (organel sel) ke bahagian dalam sel). Walaupun ester retinil mengikuti jalan metabolik vitamin A, beta-karoten dimetabolisme sebahagian (dimetabolisme) menjadi retinol dan / atau disimpan dalam sel hati. Bahagian lain disimpan dalam VLDL (sangat rendah ketumpatan lipoprotein; lipoprotein yang mengandungi lipid berkepadatan sangat rendah), di mana karotenoid bergerak melalui aliran darah ke tisu extrahepatic ("di luar hati"). Sebagai VLDL beredar di darah mengikat sel periferal, lipid dibelah oleh tindakan LPL dan bahan lipofilik yang dilepaskan, termasuk beta-karoten, diinternalisasi (diambil secara dalaman) oleh penyebaran pasif. Ini mengakibatkan katabolisme VLDL ke IDL (perantaraan ketumpatan lipoprotein). Zarah IDL boleh diambil oleh hati dengan cara yang dimediasi oleh reseptor dan terdegradasi di sana atau dimetabolisme di darah plasma oleh trigliserida lipase (enzim pembelah lemak) ke kolesterol-rich LDL (rendah ketumpatan lipoprotein). Beta-karotena terikat kepada LDL di satu pihak, dibawa ke tisu hati dan ekstrahepatik melalui endositosis yang dimediasi oleh reseptor dan, sebaliknya, dipindahkan ke HDL (lipoprotein berketumpatan tinggi; lipoprotein berkepadatan tinggi protein), yang terlibat dalam pengangkutan beta-karoten dan molekul lipofilik lain, terutamanya kolesterol, dari sel periferal kembali ke hati. Kandungan keseluruhan kandungan beta-karoten sekitar 100-150 mg. Provitamin-A terdapat di semua organ manusia, dengan kepekatan tertinggi di hati, kelenjar adrenal, testis (buah zakar), Dan ovari (ovari), terutamanya corpus luteum (corpus luteum). Penyimpanan karotenoid adalah 80-85% dalam tisu adiposa subkutan (lemak subkutan) dan 8-12% di hati. Sebagai tambahan, beta-karoten disimpan sedikit di dalam paru-paru, otak, jantung, otot rangka, kulit, dan organ lain. Terdapat korelasi langsung tetapi tidak linier antara penyimpanan tisu dan pengambilan karotenoid oral. Oleh itu, beta-karoten dilepaskan dari depot tisu hanya dengan perlahan selama beberapa minggu selepas pemberhentian pengambilan. Dalam darah, beta-karoten diangkut oleh lipoprotein, yang terdiri daripada molekul lipofilik dan apolipoprotein (protein protein, berfungsi sebagai perancah struktur dan / atau pengecam dan molekul dok, misalnya untuk reseptor membran), seperti Apo AI, B-48, C-II, D, dan E. Karotenoid juga diangkut oleh lipoprotein. Karotenoid adalah 58-73% terikat kepada LDL, 17-26% terikat kepada HDL, dan 10-16% terikat pada VLDL [13, 23, 33, 36-38, 45]. Dalam campuran biasa diet, kepekatan beta-karoten serum berkisar antara 20-40 µg / dl (0.4-0.75 µmol / l), dengan wanita mempunyai nilai rata-rata 40% lebih tinggi daripada lelaki. Selain jantina, usia biologi, kesihatan status, jumlah lemak badan besar-besaran, dan alkohol dan pengambilan rokok juga dapat mempengaruhi kepekatan beta-karoten serum. Walaupun karotenoid berkesan secara optimum pada tahap serum ≥ 0.4 µmol / l - dari segi kesihatan profilaksis - kepekatan serum <0.3 µmol / l dapat dikenal pasti sebagai kekurangan beta-karoten. Beta-karoten adalah plasenta-tembap dan masuk ke susu ibu. Dalam serum manusia dan susu ibu, 34 daripada kira-kira 700 karotenoid yang diketahui, termasuk 13 isomer all-trans geometri, telah dikenal pasti sehingga kini. Antaranya, beta-karoten paling kerap dikesan bersama dengan lutein, cryptoxanthin, zeaxanthin, dan alpha-karoten. Beta-karoten menyumbang kira-kira 15-30% daripada jumlah karotenoid dalam serum. Walaupun provitamin-A berlaku terutamanya dalam bentuk all-trans dalam serum, konfigurasi cis (9-cis beta-karoten) selalu terdapat di kedai tisu.
Perkumuhan
Beta-karoten yang tidak diserap meninggalkan tubuh dalam tinja (najis), sedangkan apokarotenal dan metabolit beta-karoten lain dihilangkan dalam air kencing. Untuk mengubah metabolit menjadi bentuk yang dapat dikeluarkan, mereka mengalami biotransformasi, seperti halnya semua bahan lipofilik (larut lemak). Biotransformasi berlaku di banyak tisu, terutama di hati, dan boleh dibahagikan kepada dua fasa:
- Pada fasa I, metabolit beta-karoten dihidroksilasi (penyisipan kumpulan OH) untuk meningkatkan kelarutan oleh sistem sitokrom P-450
- Pada fasa II, konjugasi berlaku dengan bahan yang sangat hidrofilik (larut dalam air) - untuk tujuan ini, asid glukuronik dipindahkan ke kumpulan metabolit OH yang dimasukkan sebelumnya dengan bantuan glukuroniltransferase
Sebilangan besar metabolit beta-karoten belum dijelaskan. Walau bagaimanapun, dapat diasumsikan bahawa produk perkumuhan adalah metabolit glukuronidasi. Selepas sebatang pentadbiran, masa tinggal karotenoid dalam badan adalah antara 5-10 hari.
