Beta-karoten tilhører den store gruppen av karotenoider - lipofilt (fettløselig) pigment fargestoffer av planteopprinnelse - som er klassifisert som sekundære planteforbindelser (bioaktive stoffer med Helse-fremmende effekter - "anutritive ingredienser"). Beta-karoten er den mest kjente og, når det gjelder mengde, den viktigste naturlige representanten for stoffklassen av karotenoider, hvor det samlede navnet på forbindelsene også er avledet. Strukturelt trekk ved beta-karoten er den symmetriske, flerumettede polyenstrukturen (organisk forbindelse med flere karbon-karbon (CC) dobbeltbindinger), bestående av åtte isoprenoidenheter og 11 konjugerte dobbeltbindinger (→ tetraterpen med 40 C-atomer). En beta-iononring (usubstituert, konjugert trimetylcykloheksenring) er festet til hver ende av isoprenoidkjeden - et strukturelt element som også forekommer i retinol (vitamin A) og er en forutsetning for vitamin A-aktivitet. Systemet med konjugerte dobbeltbindinger gir beta-karoten sin oransjerøde til røde farge og er ansvarlig for noen fysisk-kjemiske egenskaper av karotenoiden som er direkte relatert til dens biologiske effekter. Betydelig lipofilisitet (fettløselighet) av beta-karoten påvirker både tarmene (angående tarmen) absorpsjon og distribusjon Beta-karoten kan forekomme i forskjellige geometriske former (cis / trans-isomerer), som kan omdannes til hverandre. I planter er betakaroten overveiende til stede (~ 98%) som en stabil all-trans-isomer. I den menneskelige organismen kan noen ganger forskjellige isomere former oppstå. I motsetning til xanthophylls, som lutein, zeaxanthin og beta-cryptoxanthin, beta-karoten, som alfa-karoten og lykopen, inneholder ikke et oksygen funksjonell gruppe. Av de rundt 700 karotenoider identifisert, er rundt 60 konvertible til vitamin A (retinol) ved menneskelig metabolisme og viser dermed provitamin A-aktivitet. Betakaroten (all-trans og 13-cis isomer) er den viktigste representanten med denne egenskapen og har den høyeste vitamin A aktivitet, etterfulgt av all-trans alfa-karoten, all-trans beta-kryptoksantin og 8'-beta-apokarotenal. Dermed gir beta-karoten et avgjørende bidrag til vitamin A-tilførsel, spesielt hos personer med lavt vitamin A-inntak, som vegetarianere. Molekylære krav til karotenoider for vitamin A-effekt inkluderer:
- Betaiononring (usubstituert konjugert trimetylcykloheksenring).
- Endringer i ringen fører til redusert aktivitet
- Karotenoider med en oksygen (O) -bærende ring, slik som lutein og zeaxanthin, eller uten ringstruktur, som lykopen, har ingen vitamin A-aktivitet
- Isoprenoidkjede
- Minst 15 C-atomer pluss 2 metylgrupper.
- Cis-isomerer har lavere biologisk aktivitet enn trans-isomerer
Lys og varme eller tilstedeværelsen av oksygen kan redusere vitamin A-aktiviteten til betakaroten gjennom henholdsvis isomerisering (konverteringstrans → cis-konfigurasjon) og oksidativ modifisering av molekylstrukturen.
Syntese
Betakaroten syntetiseres av planter, alger og bakterie i stand til fotosyntese og lagres i planteorganismen i kromoplastene (plastider farget oransje, gule og rødlige av karotenoider i kronblad, frukt eller lagringsorganer (gulrøtter) av planter) og kloroplaster (organeller av celler fra grønne alger og høyere planter som utfører fotosyntese) -innlemmet i en kompleks matrise av proteiner, lipiderog karbohydrater. Der gir beta-karoten sammen med andre karotenoider beskyttelse mot fotooksidativ skade ved å fungere som en "quencher" ("avgiftningsmiddel", "inaktivator") av reaktive oksygen forbindelser (1O2, singlet oksygen), dvs. direkte absorberende strålingsenergi via triplettilstanden og deaktivering av den via varmeutslipp. Siden evnen til å slukke øker med antall dobbeltbindinger, har beta-karoten med sine 11 dobbeltbindinger den sterkeste slukkingsaktiviteten sammenlignet med andre karotenoider. Betakaroten representerer den mest utbredte karotenoiden i naturen. Den finnes i et bredt utvalg av frukt (2-10 mg / kg) og grønnsaker (20-60 mg / kg), selv om innholdet kan variere sterkt avhengig av sorten, sesong, modenhetsgrad, vekst, høsting og lagringsforhold, og i forskjellige deler av planten. For eksempel de ytre bladene av kålhoder inneholder 200 ganger mer betakaroten enn de indre bladene. Gule / oransje frukter og grønnsaker og mørkegrønne bladgrønnsaker, som gulrøtter, squash, grønnkål, spinat, savoy kålhoder, lammesalat, paprika, cikorie, søtpoteter og meloner, er spesielt rike på betakaroten. På grunn av sine fargestoffegenskaper brukes beta-karoten - ekstrahert fra planter eller produsert syntetisk - som fargestoff (henholdsvis E 160 og E 160a) i omtrent 5% av all mat i Tyskland, inkludert for farging smør, margarin, meieriprodukter, pålegg, konfekt eller brus, med et gjennomsnitt på henholdsvis 1-5 mg / kg og mg / l til henholdsvis fast mat og drikke.
Absorpsjon
På grunn av sin lipofile (fettløselige) natur, blir betakaroten absorbert (tatt opp) i øvre del tynntarm under fettfordøyelsen. Dette krever nærvær av fett (3-5 g / måltid) som transportører, gallesyrer å oppløse (øke løseligheten) og danne miceller og esteraser (fordøyelsessystemet) enzymer) for å klyve forestret beta-karoten. Etter frigjøring fra matmatrisen kombineres beta-karoten i tynntarmslumen med andre lipofile stoffer og gallesyrer for å danne blandede miceller (sfæriske strukturer med en diameter på 3-10 nm hvor lipiden molekyler er ordnet på en slik måte at Vann-oppløselige molekyldeler er vendt utover og de vannuoppløselige molekyldelene er vendt innover) - micellær fase for løselighet (økning i løselighet) av lipider - som absorberes i enterocytter (celler i tynntarmen epitel) av tolvfingertarmen (tolvfingertarm) og jejunum (jejunum) via en passiv diffusjonsprosess. De absorpsjon frekvensen av beta-karoten fra vegetabilsk mat varierer betydelig mellom og innen individer, og varierer fra 30 til 60% avhengig av andelen fett som forbrukes samtidig - i gjennomsnitt 50% når ca. 1-3 mg betakaroten forbrukes. Når det gjelder deres fremme innflytelse på absorpsjon av betakaroten, er mettede fettsyrer langt mer effektive enn flerumettede fettsyrer (polyenfettsyrer, PFS), som kan rettferdiggjøres som følger:
- PFS øker størrelsen på blandede miceller, noe som reduserer diffusjonshastigheten
- PFS endrer ladningen til micellaroverflaten, og reduserer affiniteten (bindingsstyrken) til enterocytter (celler i tynntarmsepitel)
- PFS (omega-3 og -6 fettsyrer) opptar mer plass enn mettede fettsyrer i lipoproteiner (aggregater av lipider og proteiner - micellignende partikler - som tjener til å transportere lipofile stoffer i blodet), og begrenser dermed rommet for andre lipofile molekyler, inkludert beta-karoten
- PFS, spesielt omega-3 fettsyrer, hemme lipoproteinsyntese.
Betakarotenes biotilgjengelighet er avhengig av følgende endogene og eksogene faktorer i tillegg til fettinntak [3, 6, 7, 11-13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42 , 46]:
- Mengden tilført mat (diett) beta-karoten - når dosen øker, reduseres den relative biotilgjengeligheten av karotenoiden
- Isomer form - betakaroten absorberes bedre i sin all-trans-konfigurasjon enn i sin cis-form.
- Matkilde - fra kosttilskudd (isolert betakaroten) er karotenoiden mer tilgjengelig enn fra frukt og grønnsaker (innfødt betakaroten), noe som manifesterer seg i en betydelig høyere økning i serumbetakarotenivåer etter inntak av kosttilskudd sammenlignet med å ta det samme mengder fra vanlig diett
- Matmatrise der betakaroten er innlemmet - fra bearbeidede grønnsaker (mekanisk findeling, varmebehandling) Betakaroten absorberes betydelig bedre (> 15%) enn fra rå matvarer (<3%), fordi karotenoiden i rå grønnsaker er tilstede i cellen krystallinsk og innesluttet i en fast ufordøyelig cellulosematrise
- Interaksjoner med andre matingredienser:
- Kostfiber, slik som pektiner fra frukt, reduserer biotilgjengeligheten av betakaroten ved å danne dårlig oppløselige komplekser med karotenoiden
- Olestra (syntetisk fetterstatning som består av estere av fettsyrer og sukrose (→ sukrose polyester), som ikke kan spaltes av kroppens lipaser (fettklyvende enzymer) og skilles ut uendret) reduserer absorpsjonen av betakaroten
- Fytosteroler og stanoler (kjemiske forbindelser fra klassen steroler som finnes i fettplanter, slik som frø, spirer og frø, som ligner veldig på strukturen av kolesterol og konkurransedyktig hemmer absorpsjonen) svekker tarmabsorpsjonen av betakaroten
- Inntaket av karotenoidblandinger, som beta-karoten, lutein og lykopen, kan både hemme og fremme absorpsjon av betakaroten i tarmen
- Proteiner og vitamin E øke beta-karoten absorpsjon.
- Individuell fordøyelsesytelse, slik som mekanisk findeling i øvre fordøyelseskanal, gastrisk pH, galleflyt - grundig tygging og lav gastrisk juice pH fremmer celleforstyrrelse og frigjøring av henholdsvis bundet og forestret beta-karoten, noe som øker biotilgjengeligheten til karotenoiden; redusert galleflyt reduserer biotilgjengeligheten på grunn av nedsatt micelldannelse
- Organismens forsyningsstatus
- Tilførselsnivå av vitamin A - med god vitamin A-status senkes absorpsjonen av betakaroten
- Genetiske faktorer
Biotransformasjon
I cytosolen til cellene i jejunum (tom tarm) omdannes en del av betakaroten til retinol (vitamin A). For dette formålet spaltes karotenoiden ved enten den sentrale eller en eksentrisk (desentralisert) dobbeltbinding av det cytosoliske, ikke-membranbundne enzymet 15,15'-dioksygenase - karotenase, med sentral spaltning som den dominerende mekanismen. Mens sentral (symmetrisk) spaltning av betakaroten gir opphav til to molekyler av retinal, desentralisert (asymmetrisk) spaltning av karotenoiden gir opphav til henholdsvis 8′-, 10′- og 12′-beta-apokaroten, avhengig av nedbrytningsstedet (nedbrytning), som omdannes til ett retinalmolekyl ved henholdsvis ytterligere nedbrytning eller kjedeforkorting. Dette følges av reduksjonen av retinal til den biologisk aktive retinol med alkohol dehydrogenase - reversibel prosess - som binder seg til cellulært retinolbindende protein II (CRBPII) og - ved fysiologiske konsentrasjoner - forestres av lecithin-retinolacyltransferase (LRAT) eller - ved høyere konsentrasjoner - av acyl-CoA-retinolacyltransferase (ARAT) med fettsyrer, hovedsakelig palmitinsyre (→ retinyl ester). Dessuten kan retinal oksideres til retinsyre - en irreversibel prosess som bare skjer i liten grad [1, 3-5, 13, 31, 36, 37]. Konvertering (transformasjon) av betakaroten til retinol i cytosolen til enterocytter (celler i tynntarmen epitel) anslås å være 17%. I tillegg til enterocytter kan metabolisering (metabolisering) også forekomme i cytosolen av leveren, lunge, nyreog muskelceller. Både oksygen og et metallion - antagelig jern - kreves for å opprettholde aktiviteten til 15,15′-dioxygenase. Omdannelsen av betakaroten til retinol avhenger av følgende faktorer:
- Genetiske faktorer
- Kostholdsegenskaper som påvirker tarmabsorpsjonen, for eksempel matematrise og fettinnhold
- Mengde betakaroten som leveres
- Proteinstatus
- Organismens forsyningssituasjon
- Tilførselsnivå av vitamin A og vitamin E
- Alkohol inntak
Når beta-karoten og retinol (vitamin A) forbrukes samtidig, eller når vitamin A-status er god, reduseres aktiviteten til 15,15′-dioksygenase i små tarmceller, noe som reduserer konverteringsfrekvensen og øker mengden betakaroten som er ikke spaltet. Av denne grunn er det ingen risiko for hypervitaminose A selv ved veldig høye doser betakaroten. Påvirkningen av matvaretypen, matmatrisen der beta-karoten er innlemmet, og mengden fett tilsatt samtidig på den enterocytiske omdannelsen av beta-karoten til retinol er vist i den følgende tabellen.
| Omtrent ekvivalent i effekt til 1 µg all-trans-retinol er. | 2 µg betakaroten i melk | Konverteringsforhold 2: 1 |
| 4 µg betakaroten i fett | Konverteringsforhold 4: 1 | |
| 8 µg betakaroten i homogeniserte gulrøtter tilberedt med henholdsvis fett eller kokte grønne bladgrønnsaker. | Konverteringsforhold 8: 1 | |
| 12 µg betakaroten i kokte, anstrengte gulrøtter | Konverteringsforhold 12: 1 | |
| 26 µg betakaroten i kokte grønne-bladgrønnsaker | Konverteringsforhold 26: 1 |
For å oppnå en vitamin A-aktivitet som tilsvarer inntaket av 1 µg all-trans-retinol, er et beta-karoteninntak på for eksempel 2 µg fra melk, 12 µg fra kokte, anstrengte gulrøtter eller 26 µg fra kokte grønne bladgrønnsaker er nødvendig. Dette gjør det klart at gjennom målrettet matvalg, tilstedeværelse av fettstoffer og prosesseringsprosesser, som f.eks matlaging eller mekanisk maling, henholdsvis, må mindre beta-karoten i kosten tilføres for omdanning til retinol, noe som skyldes deres forbedrede tarmabsorpsjon. Med økning i betakarotenabsorpsjon øker også omdannelsen av karotenoiden til retinol i enterocytter.
Transport og distribusjon i kroppen
Den delen av betakaroten som ikke har blitt metabolisert til retinol i slimhinnecellene i tynntarm er innlemmet, sammen med retinylestere og andre lipofile stoffer, i chylomikroner (CM, lipidrike lipoproteiner), som utskilles (utskilles) i interstitielle mellomrom av enterocytter ved eksocytose (transport av stoffer ut av cellen) og transporteres bort via de lymfe. Via truncus intestinalis (uparret lymfatisk oppsamlingsstamme i bukhulen) og ductus thoracicus (lymfesamlingsstamme i brysthulen), kommer chylomikronene inn i subclavia blodåre (subclavian vene) og halsvenen (halsvenen), henholdsvis, som konvergerer for å danne brachiocephalic venen (venstre side) - angulus venosus (venøs vinkel). Venae brachiocephalicae fra begge sider forener seg for å danne den uparrede overlegen vena cava (superior vena cava), som åpner seg inn i høyre forkammer av hjerte. Chylomicrons blir introdusert i periferien sirkulasjon ved pumpekraften til hjerte. Kylomikroner har en halveringstid (tid hvor en verdi som synker eksponensielt med tiden, halveres) på omtrent 30 minutter og blir nedbrutt til kylomikronrester (CM-R, fettfattige kylomikronresterpartikler) under transport til leveren. I denne sammenheng lipoprotein lipase (LPL) spiller en avgjørende rolle, som ligger på overflaten av endotelceller av blod kapillærer og fører til opptak av gratis fettsyrer og små mengder beta-karoten og retinylestere i forskjellige vev, for eksempel muskler, fettvev og brystkjertler, ved lipidspalting. Imidlertid er flertallet av betakaroten og forestret retinol molekyler forbli i CM-Rs, som binder til spesifikke reseptorer i leveren og blir tatt opp i parenkymcellene i leveren ved hjelp av reseptormediert endocytose (invaginasjon av cellemembran → kvelning av CM-R-holdige vesikler (celleorganeller) i celleinteriøret). Mens retinylestere følger den metabolske banen til vitamin A, blir beta-karoten delvis metabolisert (metabolisert) til retinol og / eller lagret i leverceller. Den andre delen er lagret i VLDL (veldig lav tetthet lipoproteiner; lipidholdige lipoproteiner med svært lav tetthet), hvor karotenoiden beveger seg gjennom blodstrømmen til ekstrahepatisk (“utenfor leveren”) vev. Som VLDL sirkulerer i blod binder seg til perifere celler, lipider blir spaltet ved virkning av LPL og de lipofile stoffene som frigjøres, inkludert betakaroten, blir internalisert (tatt opp internt) ved passiv diffusjon. Dette resulterer i katabolismen av VLDL til IDL (mellomliggende tetthet lipoproteiner). IDL-partikler kan enten tas opp av leveren på en reseptormediert måte og nedbrytes der eller metaboliseres i blod plasma av et triglyserid lipase (fettdelende enzym) til kolesterol-rik LDL (lav tetthet lipoproteiner). Betakaroten bundet til LDL blir på den ene siden tatt opp i lever og ekstrahepatisk vev via reseptormediert endocytose og på den annen side overført til HDL (lipoproteiner med høy tetthet; proteinrike lipoproteiner med høy tetthet), som er involvert i transport av betakaroten og andre lipofile molekyler, spesielt kolesterol, fra perifere celler tilbake til leveren. Det totale kroppsinnholdet i betakaroten er omtrent 100-150 mg. Provitamin-A finnes i alle organer hos mennesker, med de høyeste konsentrasjonene i leveren, binyrene, testiklene (testiklene), Og eggstokker (eggstokkene), spesielt corpus luteum (corpus luteum). Lagring av karotenoid er 80-85% i subkutant fettvev (subkutant fett) og 8-12% i leveren. I tillegg lagres betakaroten marginalt i lungene, hjerne, hjerte, skjelettmuskulatur, hudog andre organer. Det er en direkte, men ikke lineær sammenheng mellom vevlagring og oralt inntak av karotenoiden. Dermed frigjøres beta-karoten fra vevdepoter bare veldig sakte over flere uker etter inntakets opphør. I blodet transporteres betakaroten av lipoproteiner, som består av lipofile molekyler og apolipoproteiner (proteindel, fungerer som strukturelt stillas og / eller gjenkjennings- og forankringsmolekyl, for eksempel for membranreseptorer), slik som Apo AI, B-48, C-II, D og E. Karotenoiden transporteres også av lipoproteiner. Karotenoiden er bundet til 58-73% LDL, 17-26% bundet til HDLog 10-16% bundet til VLDL [13, 23, 33, 36-38, 45]. I en normal blanding kosthold, betakarotenkonsentrasjoner i serum varierer fra 20-40 µg / dl (0.4-0.75 µmol / l), hvor kvinner har en gjennomsnittlig 40% høyere verdi enn menn. I tillegg til kjønn, biologisk alder, Helse status, total kroppsfett masseog alkohol og sigarettforbruk kan også påvirke serumbetakarotenkonsentrasjonen. Mens karotenoiden er optimalt effektiv ved et serumnivå på ≥ 0.4 µmol / l - mht Helse profylakse - serumkonsentrasjoner <0.3 µmol / l kan identifiseres som betakaroten mangler. betakaroten er placenta-permeable og går inn i morsmelk. I humant serum og morsmelk34 av de rundt 700 kjente karotenoider, inkludert 13 geometriske trans-isomerer, er hittil identifisert. Blant disse har beta-karoten blitt oppdaget hyppigst sammen med lutein, cryptoxanthin, zeaxanthin og alfa-caroten. Betakaroten står for omtrent 15-30% av totalt karotenoider i serum. Mens provitamin-A først og fremst forekommer i sin all-trans-form i serum, er cis-konfigurasjonen (9-cis beta-karoten) konstant til stede i vevsbutikker.
utskillelse
Uabsorbert betakaroten etterlater kroppen i avføringen (avføring), mens apokarotenaler og andre metabolitter av betakaroten elimineres i urinen. For å omdanne metabolittene til en utskillelig form, gjennomgår de biotransformasjon, som alle lipofile (fettløselige) stoffer gjør. Biotransformasjon forekommer i mange vev, spesielt i leveren, og kan deles inn i to faser:
- I fase I hydroksyleres metabolittene av beta-karoten (innsetting av en OH-gruppe) for å øke løseligheten i cytokrom P-450-systemet
- I fase II skjer konjugering med høyt hydrofile (vannløselige) stoffer - for dette formålet overføres glukuronsyre til den tidligere innsatte OH-gruppen av metabolittene ved hjelp av glukuronyltransferase
Mye av metabolittene av betakaroten er ennå ikke belyst. Det kan imidlertid antas at utskillelsesproduktene overveiende er glukuroniderte metabolitter. Etter en singel administrasjoner oppholdstiden for karotenoider i kroppen mellom 5-10 dager.
