Картиноиды. Ретинол, ретиналь, их биороль

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кыргызско - Российский Славянский Университет

Кафедра Общей и Медицинской Химии

РЕФЕРАТ

на тему:

Картиноиды. Ретинол, ретиналь, их биороль

Выполнила: Бейшеналиева К. Д. гр. ПД-12-12

Проверила: Абдурашитова Ю. А.

План

Каротиноиды

Химические свойства каротиноидов

Содержание каротиноидов

Биологическая роль каротиноидов

Каротиноиды против рака

Каротиноиды против сердечно-сосудистых заболеваний

Природные каротиноиды - производные каротина и ликопина

Роль каротиноидов в организме человека

Витамин А (ретинол) - антиксерофтальмический витамин

Ретиналь

Каротиноиды

Трёхмерная модель молекулы ретинола

Структурная формула молекулы ретинола

Каротиноиды (от лат. carota - морковь и греч. eidos - вид) - желто-оранжевые пигменты, которые синтезируются высшими растениями, а также грибами, бактериями, водорослями.

Каротиноиды обеспечивают красную, желтую и пурпурную окраску плодов и цветов.

Каротиноиды являются полиненасыщенными соединениями терпенового ряда, которые содержат в молекуле 40 углеродных атомов. В состав молекулы входят циклогексановые кольца и остатки изопрена.

Разделяют на углеводные каротиноиды, С40-ксантофилы, гемо-, апо- и нор-каротиноиды.

Каротиноиды выделяют из растений органическими растворителями с последующим разделением методом хроматографии.

Химические свойства каротиноидов

Среди каротиноидов самое важное значение имеют альфа-, бета-, гамма-каротины. Данные изомеры отличаются строением циклогексановых колец и биологической активностью. Все каротины не растворимы в воде и растворяются в органических растворителях - бензоле, хлороформе, эфире, жирах и маслах. Легко окисляются кислородом воздуха, нестойкие при нагревании в присутствии кислот и щелочей, разрушаются под действием света. Каротины синтезируются в растениях.

Содержание каротиноидов

Особенно много каротина содержат зеленые части растений (листья шпината), а также плоды растений, которые имеют оранжевую окраску (морковь, помидоры, перец, шиповник).

Биологическая роль каротиноидов

Биологическая роль каротиноидов связана с участием их в процессе фотосинтеза. Кроме того, бета-каротин является предшественникомвитамина А. Различная биологическая активность каротинов зависит от их строения. В состав бета-каротина входят 2 бета-иононовые циклы, и при гидролизе в организме под действием каротиназы он превращается в 2 молекулы витамина А.

При гидролитическом расщеплении альфа- и гамма-каротинов образуется лишь одна молекула витамина А, поскольку они содержат 1 бета-иононовый цикл, а другой цикл отличается строением. Избирательное накопление бета-каротина может осуществляться жировой тканью. Он частично присутствует в молоке, желтках яиц.

В организме человека каротины повышают иммунный статус, защищают от фотодерматозов, как предшественники витамина А обеспечивают механизм зрения, являются природными антиоксидантами. Каротиноиды применяются в виде природных красителей, для лечения воспалительных процессов кожи и слизистых оболочек.

Каротиноиды против рака

В ходе многочисленных исследований показано значение применения каротиноидов для профилактики рака, в том числе рака легкого и кожи. Поэтому курящим важно побольше употреблять моркови и морковного сока.

Кроме того, каротиноиды противодействуют выработке под воздействием ультрафиолетовых лучей агрессивного кислорода, способного вызвать злокачественную меланому (рак кожи). Умеренные дозы каротиноидов стимулируют иммунную систему.

Американские ученые провели исследование, в ходе которого ежедневно давали совершенно здоровым людям 180 мг каротиноидов. Через неделю в крови исследуемых было выявлено повышенное количество Т-киллеров, а через две недели повысилось общее количество Т-лимфоцитов - это значит, что «внутренняя армия» иммунной системы полностью вооружилась. Каротин и аналогично структурированные каротиноиды заставляют лимфоциты вырабатывать большее количество специальных клеток, направленных против раковых клеток.

В нормальных клетках между процессами роста, с одной стороны, и этапом наступления их естественной смерти, с другой, наблюдается равновесие, которое контролируется и поддерживается на одном уровне определенными факторами роста. Эти факторы действуют только в том случае, когда существует нормально налаженный процесс обмена информацией между клетками и тканями.

Раковые клетки создают свои собственные информационные потоки. А каротиноиды снова «приводят» к нормальной информационной сети начавшие бесконтрольно размножаться клетки. Регулирующие рост клеток факторы снова оказываются «услышанными» и действуют положительно на переродившиеся клетки.

Каротиноиды против сердечно-сосудистых заболеваний

В двойном слепом исследовании Гарвардской медицинской школы было обнаружено, что натуральные каротиноиды снижают вероятность летального исхода от инфаркта на 44%, а проблемы с сосудами мозга, включая инсульт, - даже на 49%.

Для этого необходимо ежедневно потреблять 50 мг каротиноидов, то есть около 500 г овощей и фруктов, их содержащих. Однако надо помнить, что если вещество поступает в организм в виде лекарственного средства, то необходимо точно выполнять рекомендации изготовителя по соблюдению режима дозирования. Дело в том, что каротиноиды обладают способностью откладываться в жировых тканях и печени. Их избыток приводит к уменьшению лейкоцитов, слабости, увеличению объема печени, низкому артериальному давлению крови, окрашиванию кожи в оранжевый цвет (прежде всего, на ладонях, стопах, в носогубных складках) и снижению массы тела Поэтому более целесообразно с профилактической целью употреблять натуральные продукты питания, богатые указанными веществами.

Пигменты растений: каротиноиды

К группе каротиноидов относят вещества, окрашенные в желтый или оранжевый цвет. Наиболее известные представители каротиноидов - каротины - пигменты, придающие специфическую окраску корням моркови, а также лютеин - желтый пигмент, содержащийся наряду с каротинами в зеленых частях растений. Окраска семян желтой кукурузы зависит от содержащихся в них каротинов и каротиноидов, получивших название цеаксантина и криптоксантина. Окраска плодов томата обусловлена каротиноидом ликопином. Каротиноиды играют большую роль в обмене веществ у растений, участвуя в процессе фотосинтеза.

Группа каротиноидов включает около 65-70 природных пигментов. Каротиноиды содержатся в большинстве растений (за исключением некоторых грибов). Вероятно, во всех животных организмах, но их концентрация почти всегда очень низка. Содержание каротиноидов в зеленых листьях составляет примерно 0,07-0,2 % при расчете на сухую массу листьев. В отдельных исключительных случаях наблюдается, однако, очень высокая концентрация каротиноидов. Например, в пыльниках многих видов лилий содержатся очень большие количества лютеина и каротиноида, называемого антераксантином. Одна из характерных особенностей каротиноидов - наличие в них значительного числа сопряженных двойных связей, образующих их хромофорные группы, от которых зависит окраска. Все натуральные каротиноиды могут рассматриваться как производные ликопина - каротиноида, содержащегося в плодах томатов, а также в некоторых ягодах и фруктах. Эмпирическая формула ликопина С40Н56.

Путем образования кольца на одном или на обоих концах молекулы ликопина образуются его изомеры: альфа-, бета- или гамма-каротины. Сопоставляя формулы, можно заметить, что альфа-каротин отличается от бета-изомера положением двойной связи в одном из циклов, расположенных по концам молекулы. В отличие от альфа- и бета-изомеров гамма-каротин имеет только лишь один цикл.

Растения, богатые каротиноидами

Наиболее богаты каротинами зеленые части растений и корень моркови.

Природные каротиноиды - производные каротина и ликопина

каротиноид каротин организм рак

Каротины являются веществами, из которых образуется витамин А. Поскольку ликопин и каротины содержат 40 углеродных атомов, они могут рассматриваться как образованные восемью остатками изопрена. Все без исключения другие природные каротиноиды - производные четырех указанных выше углеводородов: ликопина и каротинов. Они образуются из этих углеводородов путем введения: гидроксильных, карбонильных или метоксильных групп или же путем частичной гидрогенизации или окисления. В результате введения в молекулу бета-каротина двух оксигрупп образуется каротиноид, содержащийся в зерне кукурузы и называемый цеаксантином. С40Н56О2. Введение двух оксигрупп в молекулу альфа-каротина приводит к образованию лютеина С40Н56О2 (3,3-диокси-альфа-каротин), изомера цеаксантина, содержащегося наряду с каротинами в зеленых частях растений. В результате присоединения к молекуле бета-каротина одного атома кислорода с образованием фураноидной структуры получается каротиноид цитроксантин С40Н56О, содержащийся в кожуре цитрусовых плодов. Продуктами окисления каротиноидов, содержащих в молекуле 40 углеродных атомов, являются кроцетин С20Н2404, биксин С25Н30О4 и бета-цитраурин С30Н40О2. Кроцетин - красящее вещество, содержащееся в рыльцах крокуса в соединении с двумя молекулами дисахарида гентиобиозы в виде гликозида кроцина. Биксин - пигмент красного цвета, содержащийся в плодах тропического растения Bixa orellana; применяется для подкраски масла, маргарина и других пищевых продуктов. В бурых водорослях содержится каротиноид фукоксантин С40Н60О6, который принимает участие в процессе фотосинтеза в качестве так называемого вспомогательного пигмента.

Роль каротиноидов в организме человека

В организме животных и человека каротиноиды играют важную роль в качестве исходных веществ, из которых образуются витамины группы А, а также «зрительный пурпур», участвующий в зрительном акте. В растительном организме каротиноиды играют важную роль в процессе фотосинтеза. Исходя из химического строения каротиноидов, содержащих значительное количество двойных связей, можно предполагать, что они являются в растении переносчиками активного кислорода и принимают участие в окислительно-восстановительных процессах. На это указывает широкое распространение в растениях кислородных производных каротиноидов - эпоксидов, чрезвычайно легко отдающих свой кислород. Каротиноиды легко образуют перекиси, в которых молекула кислорода присоединяется по месту двойной связи и может затем легко окислять различные вещества.

Витамин А (ретинол) - антиксерофтальмический витамин

Авитаминоз витамина А

Одним из первых симптомов авитаминоза витамина А у молодых животных является остановка роста и снижение веса. Однако эти признаки тяжелого заболевания неспецифичны для данного авитаминоза и наблюдаются при ряде других патологических состояний, вызванных различными причинами.

Основная картина авитаминоза витамина А характеризуется изменениями в коже и слизистых оболочках. Центральное место при этом занимают повреждения эпителия. Наблюдается разрастание (пролиферация) эпителия и, что особенно важно, интенсивное его ороговение. Появляется сухость кожи и слизистых и увеличивается слущивание поверхностных слоев эпителия. В результате резко увеличивается проницаемость эпителиального барьера, что, по-видимому, играет важную роль в понижении сопротивляемости при авитаминозе А.

Ксерофтальмия - при авитаминозе витамина А у детей

Эпителий слезных желез прекращает свою нормальную деятельность, слезные протоки закупориваются, и происходит задержка секретов. Развивается сухость роговицы глаза - ксерофтальмия (греч. xeros - сухой; ophtalmos - глаз), которая сопровождается разложением и инфицированием конъюнктивальных секретов и выделением гноя.

Ксерофтальмия особенно часто наблюдается при авитаминозе витамина А у детей. Процесс в области глазного яблока прогрессирует с большой скоростью и может привести к размягчению и некротическом распаду роговицы - кератомаляции. Ксерофтальмия и кератомаляция являются важнейшими и специфическими признаками авитаминоза А и в далеко зашедших случаях приводят к полной потере зрения. Своевременное введение препаратов витамина А прекращает заболевание.

Повреждения эпителия при авитаминозе витамина А

При авитаминозе витамина А существенным повреждениям подвергается почти весь поверхностный эпителий: эпителий роговицы (ксерофтальмия и кератомаляция); мочевых путей (пиелит с щелочным разложением мочи и вторичным образованием камней), влагалища и кожи (ненормальная сухость, кератозы), дыхательного тракта (сухие бронхиты) и желудочно-кишечного тракта (колиты).

Куриная слепота - признак авитаминоза витамина А

Кроме повреждений эпителия и связанных с ними явлений ксерофтальмии и кератомаляции, наблюдается другой важнейший признакавитаминоза витамина А - куриная, или ночная, слепота (гемералопия).

Заболевание это выражается в том, что человек, нормально видящий днем или при обычном освещении, едва различает предметы с наступлением сумерек. Больной, страдающий куриной слепотой, при переходе из ярко освещенного помещения в затемненное очень плохо видит, значительно больше времени необходимо, чтобы глаза такого больного адаптировались к новым, пониженным условиям освещения и стали различать предметы.

Черника для зрения

Куриная слепота не всегда является следствием авитаминоза витамина А; возникновение ее может быть связано и с другими причинами. Но авитаминоз витамина А всегда сопровождается куриной слепотой, которая представляет собой характерный и ранний признак авитаминоза витамина А. Интересно, что еще Гиппократ умел лечить эти формы куриной слепоты, назначая таким больным в пищу сырую печень, которая, как теперь известно, весьма богата витамином А.

Препараты витамина А

Связь между авитаминозом витамина А и куриной слепотой

Сетчатка глаза является одним из наиболее богатых витамином А органов. Несмотря на это, связь, существующая между куриной слепотой и недостатком витамина А, долгое время оставалась непонятной, и только более поздние исследования выяснили механизм этой связи и показали значение витамина А для процесса светоощущения.

Процесс светоощущения зависит от находящегося в сетчатке особого сложного белка - зрительного пурпура. 3рительный пурпур (родопсин) содержится в воспринимающих концевых аппаратах зрительного нерва, так называемых палочках, занимающих периферическую часть сетчатки. Зрительный пурпур играет роль фотохимического сенсибилизатора, весьма чувствительного к действию света, под влиянием которого он разлагается. Чем ярче освещение, тем больше распадается зрительного пурпура; при этом понижается чувствительность глаза, и, наоборот, в темноте происходит регенерация зрительного пурпура, в результате чего повышается чувствительность сетчатки к восприятию малых интенсивностей света.

Установлено, что зрительный пурпур представляет собой соединение белка опсина с альдегидным производным витамина А. На свету зрительный пурпур распадается через ряд промежуточных продуктов с образованием пигмента ретинала (или ретинена - альдегида витамина А) и опсина. Ретинал в свою очередь под влиянием фермента - дегидрогеназы - восстанавливается в витамин А.

В сетчатке глаза во время адаптации глаз к свету происходит распад зрительного пурпура, в результате чего осво6ождается витамин А. В сетчатке, адаптированной к темноте, напротив, происходит ресинтез зрительного пурпура, и свободного витамина А в ней почти нет.

В состав зрительного пурпура входит витамин А, в котором авитаминозный организм как раз и испытывает недостаток. В результате этого при авитаминозе витамина А синтез зрительного пурпура задерживается, сетчатка плохо воспринимает слабые световые раздражения, и развивается куриная слепота.

Гиповитаминоз и гипервитаминоз витамина А

При гиповитаминозе А, когда организм испытывает только некоторый недостаток в этом витамине, картина заболевания выражена не так резко, как при полном отсутствии его в пище. В таких случаях для врача важно определение содержания витамина А и каротинов в крови. Общее содержание витамина А и каротинов в нормальной крови достигает 60-165 мг%. При гиповитаминозе оно заметно снижается. Для ранней диагностики гиповитаминоза витамина А существенные указания могут также дать небольшие изменения в адаптации к темноте. Проба на способность человека приспосабливаться к темноте и быстро различать предметы при переходе из освещенного помещения в темное часто с успехом применяется для распознавания авитаминоза или гиповитаминоза витамина А.
При недостатке в пище витамина А или каротинов возникает вначале гиповитаминоз. При длительном приеме пищи, не содержащей витамина А, гиповитаминоз в дальнейшем может перейти в авитаминоз А. Причина заболевания очень легко распознается при ознакомлении с характером питания больного. Меры борьбы с авитаминозом не представляют каких-либо трудностей: больному необходимо назначить препараты витамина А или каротинов. Гораздо сложнее обстоит дело в тех случаях, когда витамин А иликаротины поступают с пищей в достаточном количестве и тем не менее не возникает и прогрессирует авитаминоз А. Чаще всего это бывает связано с нарушением всасывания жиров в кишечнике. Понятно, что при этом нарушено и всасывание витаминов, растворимых в жирах. Это наблюдается, например, при закупорке желчных протоков. При этом необходимо витамин А вводить непосредственно в кровь или ткани. Следует иметь в виду, что при некоторых заболеваниях, когда превращение каротинов в витамин А в организме затруднено или невозможно, лечить возникший авитаминоз надо препаратами витамина А, а не его провитаминами.

Гипервитаминоз витамина А

Гипервитаминоз витамина А был изучен на крысах. Польский ученый Врублевский установил, что при избытке витамина А у животных возникает кахексия, воспаление глаз, выпадение волос и другие патологические явления.

В отсутствие кислорода витамин А можно нагревать до 120-130 С, при этом никаких изменений его химических и биологических свойств не наблюдается. В присутствии кислорода витамин А разрушается довольно быстро. Это обстоятельство следует читывать при хранении продуктов и препаратов витамина А.

Источники витамина А

Витамин А содержится только в животных продуктах. Особенно богаты им рыбий жир (трески, палтуса), коровье масло и печень. Рыбий жир из печени палтуса - чрезвычайно богатый источник витамина А, в нем содержится от 2,5 до 15% этого витамина. Еще большим содержанием витамина А отличается жир печени морского окуня, в котором обнаружено до 37% витамина А.

Каротины

В растениях находятся пигменты, которые могут в животном организме превращаться в витамин А. Таким образом, эти растительные пигменты представляют собой провитамины. К ним относятся, например, каротины, выделенные впервые из моркови и получившие от нее свое название (лат. carota - морковь). Известны три вида каротинов: альфа, бета и гамма. Структура их в настоящее время полностью установлена; они отличаются друг от друга характером и числом входящих в их состав колец. Так, в бета-каротинеприсутствуют 2 кольца бета-ионона; альфа-каротин содержит 1 кольцо бета-ионона и 1 кольцо альфа-ионона; гамма-каротин содержит также только 1 кольцо бета-ионона.

Все каротины имеют бета-ионовое кольцо, типичное для витамина А, и при введении в организм животных и человека могут являться источником витамина А. Превращение каротинов в витамин А происходит под влиянием особого фермента - каротиназы.

Бета-каротин является биологически наиболее активным из всех каротинов. В растениях встречается еще один пигмент, относящийся к этой группе соединений, - криптоксантин. Криптоксантин также содержит бета-иононовое кольцо с изопреновой группировкой в цепи. Этот пигмент, подобно каротинам, также может быть источником витамина А.

Потребность организма человека в витамине А

Установлено, что суточная потребность в витамине А для взрослого человека равна 1-2,5 мг витамина А (5000 IE) или 2-5 мг бета-каротина (международная единица IE равна 0,6 мг каротина или 0,344 мг ацетата витамина А1).

При расчете суточной потребности в витамине А необходимо принимать во внимание следующее.

1. При инфекционных болезнях обычно возрастает потребность в витаминах и, по-видимому, особенно в витамине А.

2. Некоторые профессии, требующие напряжения зрения (летчики, шоферы и др.), или профессии, при которых имеет место постоянное раздражение слизистых, предъявляют повышенные требование к обеспечению витамином А.

3. Далеко не безразлично, покрывается ли потребность в витамине А путем дачи препаратов витамина А или каротинов. Не все животные обладают способностью превращать каротины в витамин А; эта способность отсутствует у некоторых плотоядных животных (кошки) и хищных птиц. Усвоение витамина А и каротинов зависит от содержания жиров в пище и степени их всасывания в кишечнике. Наличие желчных кислот в кишечнике имеет исключительно большое значение для усвоения каротинов. Необходимо указать, что каротины всасываются вообще значительно хуже, чем витамин А.

4. Витамин А встречается почти во всех животных тканях, но, однако, свыше 90% всех запасов витамина А в организме сосредоточено в печени, которая у взрослых людей содержит около 10-30 мг этого витамина на 100 г ткани. При заболеваниях печени следует учитывать возможное истощение основного депо этого витамина, что увеличивает cyтoчную потребность в нем организма.

Витамин А имеет огромное значение для жизни человека, особенно в период роста, и способствует правильному развитию костной системы, поэтому его часто называют витамином роста. Витамин А поддерживает питание кожи, эпителия, слизистых оболочек, ногтей, волос. Большое значение имеет он для нормальной функции глаз, участвует во всех видах обмена, особенно в жировом. При его недостатке развивается так называемая «куриная слепота»,- выражающаяся в том, что человек утрачивает зрение при сумеречном освещении. При полном лишении витамина А орган зрения страдает значительно больше: поражается роговая оболочка глаза, и при длительном отсутствии витамина А развивается ксерофтальмия, приводящая к полной слепоте, если вовремя не принять соответствующих мер. Витамин А предохраняет от поражения также слизистую оболочку дыхательных путей и органов пищеварения. При его недостатке происходит ороговение эпителия слизистых оболочек, что ведет к появлению воспалительного процесса в слизистых носа, бронхов и органа слуха. Со стороны крови отмечается гипохромная анемия. В желудке обнаруживается недостаток соляной кислоты, дети теряют аппетит, худеют. Витамин А содержится в сливочном масле, в цельном молоке, в яичном желтке, в печени животных (особенно в печени рыб). Значительное количество витамина А синтезируется в печени человека из каротина, содержащегося в моркови, помидорах, шиповнике, щавеле, шпинате, салате.

Родопсин - зрительный пигмент палочек, состоит гликопротеина (опсина) и хромофорной группы, 11-цис-ретиналя. Ретиналь является альдегидом витамина А1 (ретинола). Опсин представляет собой фоторецептор, связанный с G-белком. При воздействии света происходит реакция фотоизомеризации ретиналя и 11-цис-ретиналь переходит в транс-ретиналь, причем изменяется и связь между ретиналем и опсином. В темноте транс-ретиналь в ходе обратной реакции снова принимает цис-конформацию.

Ретиналь

ретинен, альдегидная форма витамина А, или Ретинола. В природе найдено 6 изомеров Р.; наибольшее биологическое значение имеют 11-цис (См. Цис-)- и полностью Транс-изомеры, которые входят в состав зрительных пигментов (См. Зрительный пигмент) сетчатки глаза в качестве хромофорных групп.

Ретиналь, как показывает рис. В 4.2 , это альдегид витамина А . Существуют две формы ретиналя - ретиналь1 и ретиналь2 . Кроме того, третья форма ретиналя - 3-оксиретинальобнаружена у некоторых насекомых (особенно у двукрылых и чешуекрылых) и некоторых кальмаров.

Во всем мире животных фотопигменты состоят из хромофора - ретиналя , непрочно связанного связью, называемой Шиффовым основанием, с апопротеином - опсином . Бактериородопсин

Размещено на Allbest.ru