Анализ биологической роли каротиноидов в организме и некоторые их источники в живой природе

Размещено на http://www.allbest.ru/

АНАЛИЗ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РОЛИ КАРОТИНОИДОВ В ОРГАНИЗМЕ И НЕКОТОРЫЕ ИХ ИСТОЧНИКИ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

Мережникова А.В.

Оренбургский государственный медицинский университет

Оренбург, Россия

Нормальная жизнедеятельность человека и животных обусловлена поступлением в организм не только белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и воды, но и витаминов. Недостаточность последних связана в основном с неполноценным питанием и вызывает развитие специфических патологических состояний.

Витамины в преимущественном большинстве синтезируются вне организма человека и животных, а в организм поступают в составе пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, некоторые из них (витамины К, В₁₂) синтезируются микрофлорой кишечника. Данные соединения не выполняют пластических и энергических функций, но необходимы для всех жизненных процессов; свою биологическую активность витамины осуществляют как правило в микроконцентрациях, тогда как в избыточном количестве способны вызывать развитие нарушений; недостаточное поступление в организм отдельных витаминов или снижение степени их усвоения приводит к развитию патологических процессов в виде специфических гипо- и авитаминозов.

Витамины делятся на две большие группы: 1) растворимые в жирах (жирорастворимые) для данных веществ при их избыточном поступлении в организм возможно состояние гипервитаминоза; 2) растворимые в воде (водорастворимые) для них не характерно состояние гипервитаминоза.

Особую роль в обмене веществ человека играет витамин А₁ (ретинол). В продуктах питания витамин А может содержаться и в виде эфиров - ретинил пальмиата и ретинил ацетата. При авитаминозе витамина А появляется сухость кожи и слизистых, увеличивается слущивание поверхностных слоёв эпителия. В результате резко увеличивается проницаемость эпителиального барьера, что, по-видимому, играет важную роль в понижение сопротивляемости к инфекциям при авитаминозе витамина А. Одним из специфических проявлений авитаминоза А является нарушение способности зрения к темновой адаптации (гемералопия). Однако следует учитывать, что суточная потребность взрослого человека в витамине А не более 1,5 мг ретинола или 2 - 5 мг в-каротина - основного провитамина А. В избыточном количестве витамин А токсичен и способен вызывать гипервитаминоз даже при однократном потреблении его избыточного количества (острый гипервитаминоз), при систематическом избыточном потреблении - хронический гипервитаминоз. Активность вкаротина в 2 раза ниже активности витамина A и поскольку организм преобразует в-каротин в витамин A под действием фермента в-каротиназы только по мере необходимости, использование в-каротина практически устраняет опасность получить токсичную дозу витамина A и связанные с этим нежелательные реакции организма.

Источником в-каротина в основном являются растения и некоторые виды микроорганизмов, синтезирующие жирорастворимые пигменты - каротиноиды к которым и относится в-каротин (существуют также б - и г - каротиноиды, обладающие меньшей провитаминной активностью, всего каротинов известно около 400).

По химической природе в-каротин -- это непредельный углеводород из группы тетратерпенов, имеющий в своём составе девять двойных сопряженных электрононенасыщенных связей, определяющих его биологически активные свойства и два в - иононовых кольца (рис. 1.).

Рис. 1. Химическая структура в-каротина.

Благодаря своему широкому распространению и тому, что у в-каротина самый высокий показатель активности витамина А, он является самым важным из наиболее известных 50-60 провитаминов А. Овощи и фрукты ярко-желтого и оранжевого цвета, такие как морковь, различные виды картофеля, абрикосы, манго, рябина, красное пальмовое масло, некоторые виды дынь, тыквы содержат около 80% провитамина А в форме в-каротина. Другими источниками в-каротина являются ярко-зеленые овощи, шпинат, капуста белокочанная, брокколи, фенхель, а также некоторые виды продуктов животного происхождения и морепродукты.

Степень усвоения в-каротина из овощей зависит от типа их обработки, а именно от того, разрушаются стенки клеток или нет. Поскольку всасывание вкаротина зависит от липидов, хорошо усваивается он только при условии наличия достаточного количества жиров. Желчные кислоты и белки также способствуют абсорбции.

Провитамин А (в-каротин) проявляет выраженный антиоксидантный эффект, рядом исследований показано, что он способствует снижению риска развития онкологических и других заболеваний, возникающих в связи с повышенной экологической нагрузкой на человека. В качестве природного антиоксиданта в-каротин защищает организм от канцерогенного воздействия агрессивных прооксидантов - активных форм кислорода и свободных радикалов, образующихся в клетках в процессе внутриклеточного дыхания и поступления в организм табачного дыма, загрязненного воздуха, компонентов пищи, содержащей предшественников свободных радикалов, неуправляемого перекисного окисления липидов при ослаблении антиоксидантной защитной системы организма. В последние годы активно обсуждается и другой механизм антиканцерогенного действия в-каротина. Дело в том, что клетки, составляющие ткани и органы, постоянно обмениваются метаболическими сигналами через многочисленные межклеточные контактные щели, что обеспечивает коллективный характер поведения клеток. Ученые обнаружили, что в-каротин стимулирует образование межклеточных каналов, благодаря чему здоровые клетки посылают предопухолевым клеткам больше метаболических сигналов, регулирующих нормальный рост и поведение, и это удерживает предопухолевые клетки от перерождения их в злокачественные. Активация вкаротином щелевых контактов и метаболического контроля со стороны здоровых клеток может существенно исправить поведение инициированных клеток и блокировать стадию промоции канцерогенеза (т.е. стадию постепенного перерождения инициированной клетки в злокачественную).

Таким образом, показаниями к применению препаратов, содержащих вкаротин являются состояния, связанные с интенсивным протеканием свободнорадикальных реакций (воздействие малых доз радиации, рентгенологическое обследование, лучевая и химиотерапия опухолевых заболеваний, лазерная терапия, контакт с ядохимикатами, иммунодефицитные состояния). Нарушение ночного зрения. В комплексной терапии заболеваний: язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки, эрозивный гастрит, дуоденит, неспецифический язвенный колит, дисбактериоз.

Наружно - псориаз, фарингит, тонзиллит, раны, ожоги, отморожения, трофические язвы; полиморфный фотодерматоз, витилиго, местная пигментация кожи, гиперпигментация. Следует еще раз отметить, что приём вкаротина следует проводить строго по прилагаемой инструкции и с учётом состояния пациента, например, препарат с одноимённым названием Бетакаротин с профилактической целью взрослым и детям старше 4 лет назначают ежедневно 0,01 - 0,03 г Бета-каротина в сутки (в время или после еды). По биологической активности 1 мг Бета-каротина соответствует 0,167 мг (556 ЕД) ретинола.

В связи с ролью витамина А и его предшественника в-каротина в метаболизме представилось актуальным провести анализ возможной динамики накопления содержания каротиноидов в доступном для анализа растительном сырье. Выделение в-каротина в чистом виде в ходе исследования не проводилось.

Цель работы - определить содержание каротиноидов в листьях древесных растений в разные периоды вегетативного сезона.

Объектом исследования послужили многолетние древесные растения, относящиеся к отделу покрытосеменные (Angiospermae), классу двудольные (Dicotyledones), виды - вяз гладкий (Ulmus laevis), клен ясенелистный (Acer negundo), тополь чёрный (Populus nigra). Для определения отбирали неповреждённые вегетативные почки и листовые пластинки средних размеров со среднего яруса крон деревьев.

Методы исследования. Количественное определение пигментов проводили спектрофотометрическим методом на приборе ПЭВИ 5300 с предварительной экстракцией пигментов и каротиноидов в 90 % этаноле.

Пробы отбирались в летнее дневное время в период наибольшей фотосинтетической активности растений. Точное содержание отдельных пигментов устанавливали с помощью трёхволнового метода, определяя оптическую плотность (D) вытяжек при 665, 649 и 440 нм (максимумы поглощения, соответственно, для хлорофилла а, хлорофилла b и каротиноидов в этаноле). Концентрацию (С) хлорофиллов а и b рассчитывали по уравнениям Винтерманс и Де Мотс (Wintermans, DeMots, 1965) для этанола:

С_а=13,70?D₆₆₅?5,76?D₆₄₉ (1)

Где С_а - концентрация хлорофилла а (мг/л), D₆₆₅ и D₆₄₉ - оптические плотности хлорофиллов а и b при длинах волн 665 и 649 нм, соответственно.

C_b=25,80 D₆₄₉?7,60D₆₆₅ (2)

где С_b - концентрация хлорофилла b (мг/л), D₆₄₉ и D₆₆₅ - оптические плотности хлорофиллов b и a при длинах волн 649 и 665 нм, соответственно.

Ck=4,7 D440?0,27C(a+b) (3)

где С_k - концентрация каротиноидов (мг/л), D₄₄₀ - оптическая плотность каротиноидов при длине волны 440 нм, соответственно; C_(a+b) - суммарная концентрация хлорофилла а и хлорофилла b (мг/л).

Результаты исследования. Анализ полученных данных показывает, что каротиноиды обнаружены в листьях всех рассмотренных растений (рис. 2).

Рис. 2. Динамика содержания каротиноидов (мг/л) в листьях древесных растений.

В «зачаточных» листьях, отобранных в апреле (ранний период вегетации) каротиноидов было в среднем в 1,3 раза меньше, чем в июле когда листовые пластинки деревьев достигли максимального размера и наибольшей фотосинтетической активности. Возможное объяснение этому в том, что при повышении интенсивности фотосинтеза увеличивается вероятность образования свободных радикалов кислорода. Например, иногда коэнзим Q, действующий в середине дыхательной цепи митохондрий передаёт электрон не цитохрому b (естественному окислителю), а молекулярному кислороду - это приводит к образованию высокореакционного супероксидного радикала:

О₂ + з ? ?О₂^?

Данный процесс утечки электронов из дыхательной цепи митохондрий особенно имеет место быть, если растение испытывает воздействие неблагоприятных факторов среды: повышение температуры воздуха, содержание токсикантов в воздухе, почве, воде. Повышенная продукция каротиноидов в растении в данных условиях способствует своевременному связыванию кислородных радикалов с помощью электронов ненасыщенных сопряжённых двойных связей в молекулах каротиноидов. Каротиноиды «улавливают» активные формы кислорода и нейтрализуют их. Таким образом, предотвращается развитие повреждающего действия кислородных радикалов на клеточные структуры растений. Динамика содержания каротиноидов также может быть, по-видимому, следствием видовых особенностей растения, так как у вяза гладкого концентрация каротиноидов в июле увеличилась в 1,67 раза по сравнению с другими растениями и данный период. каротиноид древесный листок пигмент

Таким образом, показано, что каротиноиды присутствуют в растении даже в период распускания листьев, если же возникает необходимость использовать растение как источник получения каротиноидов для последующего их применения (в частности выделения в чистом виде в -каротина как основного предшественника витамина А), то необходимо отбирать растительное сырьё в середине или даже ближе к концу вегетационного периода. Следует уточнить, что в данном исследовании взяты растения использовать которые в качестве источника в - каротина не подразумевается, в данном случае на их примере проанализирована лишь динамика накопления каротиноидов с течением времени. Кроме этого, количественное содержание каротиноидов в растении также может быть видовым признаком и отличаться у разных видов растений, произрастающих в одинаковых условиях.

Размещено на Allbest.ru