Lutein: Definisjon, syntese, absorpsjon, transport og distribusjon

Lutein (latin: luteus “gul”) er en kjent representant for karotenoider (lipofilt (fettløselig) pigment fargestoffer av planteopprinnelse) - de sekundære planteforbindelser (bioaktive stoffer med Helse-fremmende effekter - "anutritive ingredienser") som gir planteorganismer sin gule til rødlige farge. Lutein består av totalt 40 karbon (C-), 56 hydrogen (H-) og 2 oksygen (O-) atomer - molekylformel C40H56O2. Således regnes lutein, som zeaxanthin og beta-cryptoxanthin, blant xantofyllene, som i sammenligning med karotener som alfa-karoten, beta-karoten og lykopen, inneholder, i tillegg til karbon og hydrogen, funksjonell oksygen grupper - i form av 2 hydroksy (OH) grupper i tilfelle lutein. Strukturelt trekk ved lutein er flerumettet polyenstruktur (organisk forbindelse med flere karbon-karbon (CC) dobbeltbindinger) bestående av 8 isoprenoidenheter og 11 dobbeltbindinger, hvorav 10 er konjugerte (flere sammenhengende dobbeltbindinger atskilt med nøyaktig en enkeltbinding). An oksygen-substituert trimetylcykloheksenring (1 alfa, 1 beta-iononring) er festet til hver ende av isoprenoidkjeden. Systemet med konjugerte dobbeltbindinger er ansvarlig for både gul-oransje farge og noen fysisk-kjemiske egenskaper av lutein, som er direkte relatert til deres biologiske effekter. Til tross for den polare OH-gruppen på alfa- og beta-iononringen, er lutein markant lipofilt (fettløselig), som påvirker tarmene absorpsjon (opptak via tarmen) og distribusjon i organismen. Lutein kan forekomme i forskjellige geometriske former (cis / trans-isomerer) som kan omdannes til hverandre:

  • All-trans- (3R, 3'R, 6'R) -lutein.
  • 9-cis-lutein
  • 9'-cis-lutein
  • 13-cis-lutein
  • 13'-cis-lutein

I planter eksisterer den dicykliske xantofyllen overveiende (~ 98%) som en stabil all-trans-isomer. I den menneskelige organismen kan noen ganger forskjellige isomere former forekomme. Eksogene påvirkninger, som varme og lys, kan endre konfigurasjonen av lutein fra maten. Cis-isomerer av lutein, i motsetning til all-trans-isomerer, viser bedre løselighet, høyere absorpsjon priser, og raskere intracellulær og ekstracellulær transport. Av de rundt 700 karotenoider identifisert, er rundt 60 konvertible til vitamin A (retinol) ved menneskelig metabolisme og viser dermed provitamin A-aktivitet. Fordi begge ringsystemene av lutein inneholder oksygen, er det ikke et provitamin A.

Syntese

Karotenoider blir syntetisert (dannet) av alle planter, alger og bakterie i stand til fotosyntese. I høyere planter forekommer karotenoidsyntese i fotosyntetisk aktive vev så vel som i kronblader, frukt og pollen. Produksjonen av karotenoider i naturen er anslått til å være ca 108 tonn per år, hvorav de fleste er de 4 viktigste karotenoidene lutein, fucoxanthin - i alger -, violaxanthin og neoxanthin - i planter. Endelig har karotenoider, hovedsakelig xantofyller, blitt påvist i alle bladdeler som er studert så langt, spesielt de med dicyklisk struktur og hydroksysubstituenter ved C-3 eller C-3 'posisjon. Siden lutein, spesielt, forekommer i frie så vel som forestrede former i mange plantearter og slekter, er det sannsynligvis det viktigste karotenoiden for funksjonaliteten til planteorganismer. Biosyntese av lutein oppstår fra alfa-karoten ved hydroksylering av begge iononringene ved spesifikke hydroksylaser - enzymatisk innføring av OH-grupper. I cellene i planteorganismen lagres lutein i kromoplastene (plastider farget oransje, gule og rødlige av karotenoider i kronblader, frukt eller lagringsorganer (gulrøtter) av planter) og kloroplaster (organeller i cellene til grønne alger og høyere planter som utfører fotosyntese) - innlemmet i en kompleks matrise av proteiner, lipider, og / eller karbohydrater. Mens xantofyll i kromoplastene i kronbladene og fruktene tjener til å tiltrekke dyr - for pollenoverføring og frøspredning - gir det beskyttelse mot fotooksidativ skade i kloroplaster av planteblader som en komponent i lyssamlingskomplekser.antioxidant beskyttelse oppnås ved såkalt slukking (avgiftning, inaktivering) av reaktive oksygenforbindelser (1O2, singlet oksygen), hvorved lutein absorberer (tar opp) strålingsenergi direkte via triplettilstanden og deaktiverer den via varmeutslipp. Siden evnen til å slukke øker med antall dobbeltbindinger, har lutein med sine 11 dobbeltbindinger høy slukkingsaktivitet. I høstmånedene er klorofyll (grønt plantepigment) det viktigste stoffet som brytes ned i kloroplaster, i tillegg til neoxanthin og beta-karoten. I motsetning til dette reduseres ikke mengden lutein. Dette er grunnen til at planteblader mister sin grønne farge om høsten og det gule av lutein blir synlig. Lutein er utbredt i naturen og sammen med alfa- og beta-karoten, beta-kryptoksantin, lykopen i tillegg til zeaxanthin, er det den mest rikholdige karotenoiden i vegetabilsk mat. Den er alltid ledsaget av zeaxanthin og finnes hovedsakelig i mørkegrønne bladgrønnsaker, som grønnkål, spinat, kålrot og persille, selv om innholdet kan variere sterkt avhengig av variasjon, årstid, modenhet, vekst, høsting og lagringsforhold, og i forskjellige deler av planten. For eksempel de ytre bladene av kålhoder inneholder 150 ganger mer lutein enn de indre bladene. Lutein kommer inn i dyreorganismen via plantefôr, der den akkumuleres i blod, hud eller fjær og har et tiltrekkende middel, advarsel eller kamuflasje funksjon. For eksempel er lutein ansvarlig for den gule fargen på lårene og klørne til kyllinger, gjess og ender. Fargen på eggeplommen skyldes også tilstedeværelsen av xanthophylls, spesielt lutein og zeaxanthin - i et forhold på omtrent 4: 1. Lutein utgjør ca 70% i eggeplommen. Spesielt den egg av kyllinger, ender og kanarier inneholder rikelig lutein. I følge Chung et al (2004), er biotilgjengelighet av xantofyll fra luteinrik kylling egg er betydelig høyere enn fra vegetabilsk mat, som spinat eller lutein kosttilskudd. Industrielt oppnås dicyklisk xantofyll ved å trekke ut luteinrike plantedeler, spesielt fra kronbladene til Tagetes (ringblomst, urteaktig plante med sitrongul til brunrød blomsterstand). Ved hjelp av gentekniske metoder er det mulig å påvirke innholdet og mønsteret av karotenoider i planter og dermed selektivt øke konsentrasjon av lutein. Lutein ekstrahert fra planter brukes både som matfargestoff (E161b), inkludert for farging av ikke-kullsyreholdige drikker, energibarer og kostholdsmat, og som tilsetningsstoff for å gi fargestoffer i animalske produkter. For eksempel tilsettes lutein i kyllingfôr for å intensivere fargen på eggeplommer.

Absorpsjon

På grunn av sin lipofile (fettløselige) natur, absorberes (tas opp) lutein 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 spalte forestret lutein. Etter frigjøring fra kostmatrisen kombineres lutein 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 lutein fra plantefôr varierer mye intra- og interindividuelt, og varierer fra 30% til 60%, avhengig av andelen fett som forbrukes samtidig. Når det gjelder deres fremme innflytelse på absorpsjon av lutein, er mettede fettsyrer langt mer effektive enn flerumettede fettsyrer (PFS), som kan rettferdiggjøres som følger:

  • PFS øker størrelsen på blandede miceller, noe som reduserer diffusjonshastigheten
  • PFS endrer ladningen til micellaroverflaten og reduserer dermed affiniteten (bindingsstyrken) til enterocytter (celler i tynntarmsepitelet)
  • 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 lutein
  • PFS, spesielt omega-3 fettsyrer, hemme lipoproteinsyntese.

I tillegg til fettinntak er luteins biotilgjengelighet også avhengig av følgende endogene og eksogene faktorer [4, 8, 14, 15, 19, 26, 30, 43, 49-51, 55, 63, 66]:

  • Mengden lutein som tilføres alimentært (med mat) - når dosen øker, reduseres den relative biotilgjengeligheten til karotenoiden
  • Isomer form - lutein, i motsetning til andre karotenoider som beta-karoten, absorberes bedre i sin cis-konfigurasjon enn i all-trans-form; varmebehandling, for eksempel matlaging, fremmer konvertering fra all-trans til cis lutein
  • Matkilde
    • Fra kosttilskudd (isolert lutein i oljeaktig oppløsning - fri tilstede eller forestret med fettsyrer), er karotenoiden mer tilgjengelig enn fra vegetabilsk mat (naturlig, kompleksbundet lutein), noe som fremgår av en betydelig høyere økning i serum-luteinnivået etter inntak av kosttilskudd sammenlignet med inntak av like store mengder frukt og grønnsaker
    • Fra animalsk mat, for eksempel egg, er absorpsjonshastigheten til xanthophyll betydelig høyere enn fra matvarer av vegetabilsk opprinnelse, som spinat eller luteintilskudd
  • Matmatrise der lutein er innlemmet - fra bearbeidede grønnsaker (mekanisk findeling, varmebehandling, homogenisering) absorberes lutein betydelig bedre (> 15%) enn fra rå matvarer (<3%), fordi karotenoiden i rå grønnsaker er krystallinsk i celle og er innesluttet i en fast cellulose og / eller proteinmatrise som er vanskelig å absorbere; Siden lutein er varmefølsomt, bør matvarer som inneholder lutein tilberedes forsiktig for å minimere tap.
  • Interaksjoner med andre matingredienser:
    • Kostfiber, slik som pektiner fra frukt, reduserer biotilgjengeligheten til lutein ved å danne dårlig oppløselige komplekser med karotenoiden
    • Olestra (syntetisk fetterstatning som består av estere av sukrose og langkjedede fettsyrer (? Sukrose polyester), som ikke kan spaltes av kroppens lipaser (fettklyvende enzymer) på grunn av sterisk hindring og skilles ut uendret) reduserer luteinabsorpsjonen; ifølge Koonsvitsky et al (1997) resulterer et daglig inntak av 18 g olestra over en periode på 3 uker i en 27% reduksjon i karotenoidnivåer i serum
    • 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 dets absorpsjon) kan forstyrre tarmene ) absorpsjon av lutein; således kan regelmessig bruk av fytosterolholdige smørstoffer, slik som margarin, føre til et moderat redusert (med 10-20%) serumkarotenoidnivå; ved samtidig å øke det daglige inntaket av karotenoidrike frukter og grønnsaker, kan en reduksjon i serumkarotenoidkonsentrasjonen forhindres ved inntak av fytosterolholdig margarin
    • Inntak av karotenoidblandinger, slik som lutein, beta-karoten, kryptoksantin og lykopen, kan både hemme og fremme intestinal luteinopptak - på nivået av inkorporering i blandede miceller i tarmlumen, enterocytter (små tarmceller) under intracellulær transport, og inkorporering i lipoproteiner - med sterke interindividuelle forskjeller; og dermed, administrasjon av høye doser betakaroten (12-30 mg / d) resulterer i økt luteinabsorpsjon og serum-luteinnivå hos noen individer, mens slik administrering hos andre individer er assosiert med redusert luteinabsorpsjon og serum-luteinnivåer - antagelig på grunn av kinetisk forskyvning prosesser langs tarmen slimhinne.
    • Proteiner og vitamin E øke absorpsjonen av lutein.
  • Individuell fordøyelsesytelse, slik som mekanisk findeling i øvre fordøyelseskanal, gastrisk pH, galle gjennomstrømmende tygging og lav gastrisk juice pH fremmer celleforstyrrelse og frigjøring av henholdsvis bundet og forestret lutein, noe som øker karotenoidens biotilgjengelighet; redusert galleflyt reduserer biotilgjengeligheten på grunn av svekket miceldannelse
  • Organismens forsyningsstatus
  • Genetiske faktorer

Transport og distribusjon i kroppen

I enterocytter (celler i tynntarmen epitel) av den øvre tynntarm, er lutein innlemmet i chylomicrons (CM, lipidrike lipoproteiner) sammen med andre karotenoider og lipofile stoffer, slik som triglyserider, fosfolipiderog kolesterol, som utskilles (skilles ut) i interstitialrom av enterocytter ved eksocytose (transport av stoffer ut av cellen) og transporteres bort via 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. Av en singel administrasjon av den halofile marine algen Dunaliella salina, som kan produsere betydelige mengder karotenoider, inkludert (all-trans, cis-) beta-karoten, alfa-karoten, kryptoksantin, lykopen, lutein og zeaxanthin, er det vist i blod av sunne individer som chylomikroner fortrinnsvis lagrer xantofyllene lutein og zeaxanthin over karotener som alfa- og beta-karoten. Årsaken er diskutert å være den høyere polariteten til xanthophylls, noe som fører til mer effektivt opptak av lutein i både blandede miceller og lipoproteiner sammenlignet med beta-karoten. 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, kylomikronrester med lite fett) 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 (FFS) og små mengder lutein i forskjellige vev, for eksempel muskel, fettvev og brystkjertel, ved lipidspalting. Imidlertid forblir flertallet av lutein i CM-R, som binder seg til spesifikke reseptorer i leveren og blir tatt opp i parenkymale celler i leveren via reseptormediert endocytose (invaginasjon av cellemembran - innsnevring av CM-R-holdige vesikler (celleorganeller) i celleinteriøret). I leveren celler, lutein er delvis lagret, og en annen del er innlemmet i VLDL (veldig lav tetthet lipoproteiner), hvor karotenoiden når ekstrahepatisk vev via blodet. Når VLDL som sirkulerer i blodet binder seg til perifere celler, lipider spaltes ved virkning av LPL og lipofile stoffer frigjort, inkludert lutein, blir internalisert (tatt opp internt) ved passiv diffusjon. Dette resulterer i katabolisme (nedbrytning) av VLDL til IDL (mellomliggende tetthet lipoproteiner). IDL-partikler kan enten tas opp av leveren på reseptormediert måte og nedbrytes der, eller metaboliseres (metaboliseres) i blodplasmaet av et triglyserid lipase (fettdelende enzym) til kolesterol-rik LDL (lav tetthet lipoproteiner). Lutein bundet til LDL blir tatt opp i lever og ekstrahepatisk vev via reseptormediert endocytose på den ene siden og overført til HDL (høy tetthet lipoproteiner) derimot, som er involvert i transport av lutein og andre lipofile molekyler, Spesielt kolesterol, fra perifere celler tilbake til leveren. En kompleks blanding av karotenoider finnes i humane vev og organer, som er utsatt for sterke individuelle variasjoner både kvalitativt (mønster av karotenoider) og kvantitativt (konsentrasjon av karotenoider) .Lutein, zeaxanthin, alfa- og beta-karoten, lykopen samt alfa- og beta-kryptoksantin er de viktigste karotenoider i organismen og bidrar med ca. 80% til det totale karotenoidinnholdet. Lutein finnes i alle vev og menneskers organer, selv om det er betydelige forskjeller i konsentrasjon. I tillegg til leveren, binyrene, testiklene (testiklene) Og eggstokker (eggstokkene) - spesielt corpus luteum (corpus luteum) - den gul flekk i øyet (lat.: macula lutea, spesielt netthinnen (netthinnen) med størst tetthet av fotoreseptorer ("punktet med skarpeste syn") har spesielt høyt innhold av lutein. gul flekk ligger i sentrum av netthinnen temporale (søvn side) av synsnerven papilla og har en diameter på 3-5 mm. Fotoreseptorene til macula lutea er hovedsakelig kjeglene som er ansvarlige for fargenes oppfatning. Makulaen inneholder lutein og zeaxanthin som de eneste karotenoider, og derfor er lutein, i samspill med zeaxanthin, viktig (viktig) i den visuelle prosessen. Begge xanthofyllene kan absorbere blått (høyenergisk kortbølgelengde) lys med høy effektivitet og dermed beskytte retinalceller mot fotooksidativ skade, som spiller en rolle i patogenesen (utvikling) av senil (aldersrelatert) makuladegenerasjon (AMD). AMD er preget av et gradvis tap av retinal cellefunksjon og er den viktigste årsaken til blindhet hos mennesker i alderen> 50 år i industriland. Ifølge epidemiologiske studier er et økt inntak av lutein og zeaxanthin (minst 6 mg / dag fra frukt og grønnsaker) assosiert med en økning i makulær pigmentdensitet og redusert risiko for å utvikle AMD [19, 26, 32, 33, 36 , 37, 53, 55-58]. I tillegg er det bevis for at daglig tilskudd med lutein (10 mg / dag) - alene eller i kombinasjon med antioksidanter, vitaminerog mineraler - kan forbedre synsfunksjonen (synsstyrke og kontrastfølsomhet) hos pasienter med atrofisk AMD. Videre fant Dagnelie et al (2000) en forbedring i gjennomsnittlig synsstyrke og gjennomsnittlig synsfelt hos pasienter med retinitis pigmentosa og andre retinal degenerasjoner (genetisk eller spontan mutasjon-indusert gradvis tap av retinal vevsfunksjon der fotoreseptorer spesielt går til grunne) ved å ta lutein (40 mg / dag). I tillegg til macula lutea, finnes også lutein og zeaxanthin i det krystallinske som eneste karotenoider. Ved å beskytte linsen proteiner fra fotooksidativ skade, kan de dicykliske xantofyllene forhindre eller redusere progresjonen (progresjonen) av grå stær (grå stær, uklarhet av linsen i øyet) [17, 19-21, 26, 31, 53, 55]. Dette støttes av flere prospektive studier der økt inntak av lutein- og zeaxanthinrike matvarer, som spinat, grønnkål og brokkoli, reduserte sannsynligheten for å utvikle en grå stær eller krever ekstraksjon av grå stær (kirurgisk prosedyre der skyet linsen i øyet fjernes og erstattes med en kunstig linse) med 18-50%. Når det gjelder absolutt konsentrasjon og vevsbidrag til total kroppsvekt, er lutein hovedsakelig lokalisert i fettvev (ca. 65%) og lever. I tillegg finnes lutein marginalt i lunge, hjerne, hjerte, skjelettmuskulatur, og hud. Det er en direkte, men ikke lineær korrelasjon (sammenheng) mellom vevlagring og oral inntak av karotenoiden. Dermed frigjøres lutein fra vevsdepoter bare veldig sakte over flere uker etter inntakets opphør. I blodet transporteres lutein 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 er tilstede i 75% av blod. Karotenoid er 75-80% bundet til LDL, 10-25% bundet til HDLog 5-10% bundet til VLDL. I en normal blanding kosthold, serum-luteinkonsentrasjoner varierer fra 129-628 µg / l (0.1-1.23 µmol / l) og varierer etter kjønn, alder, Helse status, total kroppsfett masse, og nivåer av alkohol og tobakk forbruk. Tilskudd av standardiserte doser lutein kan bekrefte at store interindividuelle variasjoner forekommer med hensyn til serum-luteinkonsentrasjon. morsmelk34 av de rundt 700 kjente karotenoider, inkludert 13 geometriske all-trans-isomerer, har blitt identifisert til dags dato. Blant disse har lutein, kryptoksantin, zeaxanthin, alfa- og beta-karoten og lykopen blitt oppdaget hyppigst.

utskillelse

Uabsorbert lutein forlater kroppen i avføringen (avføring), mens metabolittene (nedbrytningsprodukter) 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 til lutein (innsetting av en OH-gruppe) av cytokrom P-450-systemet for å øke løseligheten
  • I fase II foregår konjugering med sterkt hydrofile (vannløselige) stoffer - for dette formålet overføres glukuronsyre til den tidligere innsatte OH-gruppen av metabolittene ved hjelp av glukuronyltransferase

Mye av metabolittene til lutein 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.