Биологическая роль каротиноидов (стр. 3 из 8)

Природные структурные изомеры каротина под влиянием естественных или специально созданных условий способны, в свою очередь, изомеризоваться. При этом может быть получено большое количество, главным образом, стериоизомеров. До последнего времени принято было считать эти стериоизомеры каротина продуктами исключительно искусственного происхождения. Однако современные данные ряда исследователей свидетельствуют о наличии таких стериоизомеров в некоторых растениях. Таким образом разделение изомеров каротина на природные и искусственные становится уже до некоторой степени условным.

Из всех известных до настоящего времени природных изомеров каротина наибольшее значение имеет b-каротин. К тому же он обладает чрезвычайно обширным распространением в природе. Очень часто ему сопутствует в том или ином количестве a- и g-каротин. Оба этих последних, как будет указано далее, также являются провитаминами А, с вдвое меньшей по сравнению с b-каротином биологической активностью. Поэтому при изготовлении каротиновых препаратов обычно нет необходимости в разделении трех изомеров. Смесь этих изомеров, выделенная из какого либо сырьевого источника, например из моркови, очищенная и перекристаллизованная, носит обобщающее название “каротин”. Неперекристаллизованная смесь изомеров каротина известна как “сырой каротин”.

КАРОТИНОИДЫ

В подавляющем большинстве случаев изомеры каротина в природных источниках сопровождаются тем или иным количеством чрезвычайно родственных им по строению других растительных пигментов - каротиноидов. Некоторые из этих каротиноидов, как будет указано далее, обладают также провитаминной активностью.

Другие лишены этих свойств, но, будучи частыми спутниками каротина в исходных материалах, являются балластом, от которого нужно освобождаться при приготовлении чистых препаратов каротина и при аналитическом определении активности.

Каратиноиды, так же как и изомеры каротина, принадлежат к полиеновым естественным красящим веществам. Их молекулы построены по аналогичному с каротином структурному принципу - циклы или псевдоциклы соединены алифатической группировкой из изопреновых остатков. Между каротином и каратиноидами существует, повидимому, также и определенная генетическая связь.

Следует отметить, что некоторые растительные продукты накапливают в себе, наряду с каротином, преимущественные количества какого-либо или нескольких каротиноидов ( например, ликопин в томатах, криптоксантин в желтой кукурузе и др. ) Количество различных каротиноидов, образующихся в органах растений, может быть чрезвычайно разнообразным и насчитывает иногда несколько десятков отдельных представителей. Каротиноиды в настоящее время еще далеко не полностью изучены. Более или менее точные данные о строении и свойствах известны лишь для основных пигментов данной группы.

Из каротиноидов углеводородного характера известен один ликопин, широко распространенный в природе ( томаты, некоторые фрукты и ягоды ). По своей структуре он отличается от b-каротина наличием на концах молекулы не b-иононовых циклов, а псевдоиононов:

Хотя ликопин и принято относить к каротиноидам, но он фактически является алифатическим изомером каротина, так же как и последний, углеводородом с эмпирической формулой С₄₀Н₅₆.

Отдельную группу каротиноидов составляет ряд ненасыщенных спиртов производных каротина. Они носят общее название ксантофиллов, благодаря тому, что их первый представитель был обнаружен в желтых листьях.

Из ксантофиллов наиболее близок к каротину криптоксантин ( пигмент кукурузы ), имеющий эмпирическую формулу С₄₀Н₅₆О и следующую структуру:

Как видно, криптоксантин отличается от b-каротина лишь структурой одного из циклов, который является гидроксилированным.

Другой представитель подгруппы ксантофиллов с эмпирической формулой С₄₀Н₅₆О - рубиксантин. У него имеется также один гидроксилированный атом b-иононовый цикл, второй же раскрытый (псевдоионон):

Каротиноид-ксантофилл с двумя гидроксилированными b-иононовыми циклами и эмпирической формулой С₄₀Н₅₆О₂ ( пигмент яичного желтка ) носит название зеаксантин:

Изомером зеаксантина является ксантофилл желтых листьев (лютеин), у которого первый гидроксилированный цикл b-иононовый, второй же a-иононовый :

Далее в списке каротиноидов подгруппы ксантофиллов следует флавоксантин ( пигмент лютика ) с эмпирической формулой С₄₀Н₅₆О₃, два изомера -виолаксантин ( пигмент анютиных глазок ) и тараксантин ( пигмент одуванчика ) с эмпирической формулой С₄₀Н₅₆О₄. Строение этих оксипроизводных каротина еще недостаточно выяснено.

К ксантофиллам относится также фукоксантин ( пигмент бурых водорослей ) с эмпирической формулой С₄₀Н₆₀О₆. Структура ксантина выяснена недавно и представляется в следующем виде:

Капсантин С₄₀Н₅₈О₃ - главный пигмент кожицы плодов паприки - подобно криптоксантину имеет в своей молекуле один гидроксилированный b-иононовый цикл. На другом же конце молекулы капсантина - псевдоцикл:

Следующая подгруппа каротиноидов принадлежит к оксосоединениям. Из них наиболее изучен родоксантин С₄₀Н₅₀О₂:

В свое время родоксантин считался единственным кетопроизводным каротина. Однако теперь известны также афанин С₄₀Н₅₄О, являющийся

монокетопроизводным b-каротина:

и миксоксантин С₄₀Н₅₄О - аналогичное производное g-каротина:

К монокетонам относится также, как выяснилось, и каротиноид животного происхождения эхиненон С₄₀Н₅₈О + Н₂.

Из каротиноидов с числом углеродных атомов, меньшим 40, наиболее известны кроцетин и биксин ( карбоновые кислоты ) и азафрин (оксикислота). Вообще говоря, представители этой группы каротиноидов гораздо реже встречаются в природе и накапливаются только в растениях. Среди них не найдено углеводородов. Существуют предположения, в связи с этим, что каротиноиды с числом углеродных атомов 40 образуются в органах растений путем окисления каротиноидов с 40 углеродными атомами в молекуле.

Кроцетин С₂₀Н₂₄О₄ является желтым пигментом шафрана. В нем четыре кислородных атома находятся в двух карбоксильных группах:

Популярный краситель для пищевых жиров биксин С₂₄Н₃₀О - красный пигмент семян Bixa orellana - представляет собой метиловый эфир дикарбоновой кислоты норбиксина С₂₄Н₂₈О₄:

Другой краситель для жиров - азафрин С₂₇Н₃₈О₄, получаемый из тропических растений видов Scrophulariacea, является оксикислотой со следующим строением:

Из каротиноидов животного происхождения нельзя еще не упомянуть ретинен, извлеченный из сетчатки глаза, адаптированной в темноте. Ретин является продуктом распада зрительного пурпура - родопсина и играет важную роль в механизме процесса зрения.

СВОЙСТВА КАРОТИНА

Кристаллический каротин представляет собой вещество темного медно-красного цвета с блестящим металлическим оттенком. Чистые изомеры каротина отличаются по оттенку окраски. Кристаллы b-каротина - оранжево-красные с ярким блеском, a-каротин образует фиолетовые кристаллы с металлическим блеском, g-каротин -темнокрасные.

Форма кристаллов каротина еще недостаточно изучена. Следует предполагать наличие полиморфизма, главным образом в зависимости от природы растворителя. Олкович и Маттилл отмечают, кроме того, зависимость формы кристаллов от условий кристаллизации - температуры, концентрации, скорости охлаждения, продолжительности стояния раствора. По Цехмейстеру, каротин из смеси сероуглерода и спирта выкристаллизовывается в четко выраженных кубиках, из петролейного эфира, выпадает в виде призм; g-каротин из бензина выкристаллизовывается в виде призм или пучков игл. Олкович и Маттилл наблюдали при кристаллизации каротина образование ромбоэдров ( из петролейного эфира ), треугольных пластинок (из ацетона), игл (из хлороформа и метанола ), пучков игл (из сероуглерода и абсолютного спирта), квадратных пластинок (из петролейного эфира и метанола). Авторы считают, что, несмотря на различие формы, каротин всегда кристаллизуется в гексагональной системе.

Совершенно чистый каротин не имеет запаха. Однако в связи с тем, что даже при самом тщательном хранении каротина в нем всегда образуется некоторое количество продуктов разложения, каротин приобретает приятный запах корней флорентийской фиалки, вызываемый b-иононом.

КАРОТИН КАК ПРОВИТАМИН А

общие сведения

Провитаминная сущность каротина заключается в том, что этот пигмент способен расщепляться в организме человека и многих животных с образованием витамина А. Таков, повидимому, единственный путь образования витамина А, не синтезирующегося самостоятельно в природных условиях. В 1931 году Каррер установил, что витамин А является ненасыщенным спиртом состава С₂₀Н₂₉ОН с пятью конъюгированными двойными связями и b-иононовым циклом:

Иначе говоря, витамин А представляет собой гидролизованную половину молекулы симметричного b-каротина и получается из него путем окислительного распада по средней (центральной) двойной связи:

С₄₀Н₅₆ + 2Н₂О = 2С₂₀Н₂₉ОН

Однако прошло довольно много времени, пока была обнаружена эта взаимосвязь между каротином и витамином А. В течении почти столетия каротин рассматривался исключительно, как широко распространенный растительный пигмент - спутник хлорофилла, не имеющий перспектив практического использования в качестве красителя вследствие своей легкой окисляемости.

Окончательному установлению взаимосвязи между каротином и витамином А предшествовала длительная научная дискуссия между биохимиками и физиологами.