Биологическая роль каротиноидов

Тюменская Государственная Медицинская Академия кафедра медицинской химии Биологическая роль каротина и каротиноидов.Научный руководитель профессор Сторожок Н.М. Преподаватель Дарюхина Е.Н. Исполнитель Севодин Н.Н. Тюмень - 1998 г. СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 1. Исторические данные 2. Установление химической структуры каротина 2. Основная часть 1. Природные изомеры каротина 2. Каротиноиды 3. Свойства каротина 4. Каротин как провитамин А 1. Общие сведения 2. Усвоение организмом и образование витамина А. 5. Биологическая активность каротина и каротиноидов 3. Заключение 1. Витамин А и злокачественный рост 3.2. Физиологическое действие каротина ИСТОРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ Впервые каротин был выделен в 1831 году Вакенродером из желтой репы и моркови.

По имени этой последней - Daucus carota - он и получил свое название.

Несколько лет спустя, в 1837 году, Берцелиус путем экстрагирования спиртом выделил из осенних листьев зеленых растений желтое красящее вещество, названное им ксантофиллом. В 1847 году Цейзе описал пигмент моркови, присвоив ему предположительно эмпирическую формулу С5 Н 8. Позднее, в 1861 году, Гуземан приписал каротину новую эмпирическую формулу С18 Н24О на основании данных элементарного анализа на углерод и водород С 84,14, Н 9,80 и С 83,98, Н 9,77 . Серия работ Арно 1885 - 1889 гг. была направлена к дальнейшему выяснению химической природы каротина. Арно высказал предположение, что желтое красящее вещество, присутствующее в зеленых листьях разных растений ксантофилл Берцелиуса, идентично красящему веществу моркови каротину Вакенродера. Элементарный анализ пигмента, проведенный Арно, дал следующие результаты в трех определениях I. С 88,55 II. С 88,75 III. С 88,70 Н 10,59 Н 10,67 Н 10,62 Арно приписал исследованному желтому красящему веществу новую эмпирическую формулу С26Н38 теоретически для такой формулы С 89,14 и Н 10,86 и назвал его каротеном.

Однако этот термин впоследствии не привился, и за пигментом осталось его прежнее название - каротин.

Выводы Арно, за исключением констатации несомненного углеводородного характера каротина, были в последующем подвергнуты переоценке. Еще в 1883 году Бородиным было сделано наблюдение, легшее в основу всех дальнейших исследований в области красно - желто - оранжевых природных пигментов.

Бородин доказал, что желтый пигмент, извлеченный из зеленых растений, не вполне идентичен каротину моркови и состоит из смеси минимум двух различных пигментов, в которой каротин присутствует лишь как составная часть в тех или иных количествах. Предложение Бородина подтвердилось в работах еще одного русского ботаника - Монтеверде и других исследователей. Так было положено начало изучению комплекса каротиновых красящих веществ, которое продолжается и до настоящего времени.

Предложенная Арно эмпирическая формула для каротина оставалась не опровергнутой в течении 20 лет. Усилия ученых в конце XIX и в первые годы XX ст. были направлены к тому, чтобы внести какую-либо определенность в характеристики и классификацию желто-оранжевых растительных пигментов. Бугарель получил каротин из зеленых листьев в кристаллическом виде и назвал его эритрофиллом. Другие исследователи пытались разделить и классифицировать спутников каротина. В своих работах они приняли простейшие физико-химические приемы - фильтрование через активный уголь, обработку различными растворителями и т.д. Некоторая наметка на возможность классификации желтых пигментов появилась тогда, когда в Сорби и Краус обратились к помощи спектрального анализа, определив полосы поглощения растворов веществ, выделенных из различных растворительных материалов.

Однако и тут, как правильно отмечает Любименко, несмотря на наличность оптических отличий у исследованных Краусом пигментов, этот ученый не склонен был придавать им большого значения и вместо того, чтобы ближе изучить химические и физические признаки отдельных представителей намеченных групп, он просто объявил их формами ксантофилла. Некоторое оживление в исследовании природных красящих наметилось в начале текущего столетия.

Оно связано с работами Вальштеттера по исследованию хлорофилла, разделению и идентификации пигментов, сопутствующих ему в растительных органах. В своей работе Исследование хлорофилла Вильштеттер посвящает отдельную главу желтым спутникам этого распространенейшего в природе пигмента.

Вильштеттер и Миг в 1907 году выделяли каротин из сушенных листьев жгучей крапивы путем экстрагирования петролейным эфиром. По своим свойствам этот пигмент оказался совершенно идентичным каротину из моркови. Анализ очищенного вещества дал следующие результаты в трех пробах I. С 89,09 II. С 89,50 III. С 89,23 Н 10,48 Н 10,59 Н 10,54 Среднее соотношение между С и Н в анализах Вильштеттера и Мига было получено равным 1,406 у Арно - 1,428 . Такой результат более всего приближается к эмпирической формуле С5 Н7. Определения же молекулярного веса вещества по точке кипения в хлороформе и сероуглероде привели авторов к окончательной формуле С40Н56. Вильштеттер и Миг подтверждают правильность своих выводов также на примере анализа иодида каротина, в результате которого было получено I. С 51,62 II. С 51,69 Н 6,20 Н 6,25 I 41,53 I 41,71 Эти данные более соответствуют формуле С40Н56I3 С 52,35 Н 6,15 I 41,50 , чем формуле для иодида, предположенной Арно С26Н38I . Вольштеттер разграничил понятия каротин и ксантофилл и характеризовал ксантофилл, как оксипроизводное каротина.

Вольштеттер указал также на ошибку Гуземана, принимавшего свое оксисоединение за каротин, в то время как по расчетам Вильштеттера оно как раз соответствовало ксантофиллу, имеющему формулу С40Н56О2. Таким образом из работ Вильштеттера вытекает, что в растениях обнаружено как будто только два желтых пигмента - каротин и ксантофилл.

Эмпирическая формула каротина, данная Вильштеттером, получила впоследствии подтверждение согласно структурному анализу.

Существование же, кроме каротина, только одного ксантофилла было сомнительным, так как еще до исследований Вильштеттера, ботаниками был накоплен значительный материал по извлечению растительных желтых пигментов, обладающих различными спектральными характеристиками и растворимостями.

Имеется в виду цитированные выше работы Бородина и других авторов. Впрочем и сам Вильштеттер, в конце концов, выразил сомнение в однородности полученных им препаратов, что в последствии целиком оправдалось. Замечательное открытие русского ботаника Цвета, опубликовавшего в 1910 году свою работу Хромофиллы в растительном и животном мире, показало единственно эффективный путь к разрешению данного вопроса. Цвет предложил пользоваться для разделения желтых, красных и оранжевых пигментов методом хроматографической адсорбции, сделавшимся впоследствии одним из наиболее тонких орудий в органическом анализе.

Цвету удалось, изолировав каротин, расположить ту смесь, которую Вильштеттер назвал ксантофиллом, еще на четыре отдельных пигмента. Автор назвал их ксантофиллами, и , но не успел подвергнуть всестороннему изучению. Однако путь для дальнейшего дифференцирования растительных пигментов был намечен совершенно правильно и обеспечил успех последующих исследований. Разнообразие желтых, красных и оранжевых красящих веществ растений в это время было подтверждено также фактом выделения углеводорода ликопина в целом ряде растений, где он сопутствует каротину ксантофиллу.

Было установлено также наличие ликопина в томатах. Назревала необходимость ввести хотя бы предварительную рациональную классификацию каротиновых красящих веществ. Первая попытка в этом направлении сделана в 1916 году Любименко в его работе О превращениях пигментов пластид в живой ткани растения. Классификация Любименко базировалась на двух признаках - растворимости пигментов в одном и том же органическом растворителе и сходстве спектров поглощения в сероуглеводороде, определяющихся визуально при помощи спектроскопа.

Автор делил, прежде всего, все пигменты хлоропластов на желтые и красные. Желтые, в свою очередь, по отношению к муравьиной кислоте делились на группу каротина, представители которой нерастворимы в кислоте, и группу ксантофилла, члены которой легко растворимы в муравьиной кислоте.

К красным пигментам Любименко относил группу ликопина и группу родоксантина. Группа каротина, согласно Любименко, насчитывала шесть отдельных представителей. Автор располагал их в следующие два ряда см. табл ГРУППА КАРОТИНА спектры поглощения в сероуглероде в m интенсивность полос 1 полоса 2 полоса первый ряд Каротин, нераствор. в спирте 538 - 510 492 - 475 I II Пигмент плодов Lycium ovatum, раствор. в горячем спирте 538 - 503 491 - 472 II I Каротин легко раствор. в спирте 538 - 505 492 - 472 II I второй ряд Каротин, раствор. в кипящем спирте 53 - 508 492 - 473 I II Пигмент плодов Solanum pseudocapsicumpseudocapsicum, раствор. в холодном спирте 533 - 502 490 - 470 II I Каротин, легко раствор. в спирте 580 - 505 490 - 470 II I Каждый ее ряд, состоящий из трех представителей, объединяется сходной спектральной характеристикой.

Пигменты в пределах каждого ряда располагаются в порядке улучшения их растворимости в спирте. Автор отмечает, что лучшая растворимость в спирте сопровождается также улучшением растворимости в уксусной кислоте.

У каротина, легко растворяющегося в обоих растворителях можно предположить наличие в молекуле кислорода, находящегося, однако, не в хромофорной группе. Таким образом Любименко включал в группу каротина не только типичный углеводород каротин, который он идентифицировал с пигментом моркови, но также и кислородсодержащие соединения. Новый и наиболее плодотворный период в изучении каротина и родственных ему пигментов начался начался после первой мировой войны, когда у биохимиков начал накапливаться интересный материал о возможной взаимосвязи между каротином и недавно открытым витамином А и об общности их физиологического действия.

В период 1928 - 1933 годов каротин и каротиноиды явились объектом углубленных исследований целого ряда химиков-органиков. Целью этих работ было окончательное выяснение химической природы и свойств каротина и сопутствующих ему родственных пигментов. В 1928 году Цейхмейстер и его сотрудники, каталитически гидрируя каротин, установили, что его молекула содержит большую алифатическую группировку.

Дальнейшие работы по выяснению строения каротина принадлежат, главным образом, Карреру, широко использовавшему хроматографический метод Цвета для разделения пигментов и их изомеров. В 1930 году, т.е. почти через сто лет после открытия каротина, была установлена его структурная формула. В этот же период времени были выделены и изучены некоторые изомеры каротина и ряд каротиноидов.

Возникла новая современная классификация каратиновых красящих веществ. Согласно этой классификации все известные нам каротиновые красящие вещества по структурному признаку можно разделить на две основных группы соединения с 40 углеродными атомами в молекуле и соединения с числом атомов углерода в молекуле меньшим 40. К первой группе принадлежат углеводороды каротин, его изомеры и ликопин, оксисоединения - непрерывные спирты, получившие собирательное название ксантофиллов, и оксосоединения кетоны. Вторая группа каротиновых красящих веществ представлена карбоновыми и оксикарбоновыми кислотами.

Кроме того, обнаружено еще несколько специфических каротиноидов, выделенных из органов животных. Число углеродных атомов в их молекуле достигает 80 афаницин.

Установление химической структуры каротина

Установление химической структуры каротина. Подтверждение этого факта вытекает также и из исследований сравнительн... О наличии двух циклическх систем в молекуле каротина можно судить такж... Принимая во внимание интенсивную окраску каротина, которая обычно связ... При окислении каротина пермангонатом калия получается 4,4 молекулы укс...

Природные изомеры каротина

В продуктах его окисления было обнаружено меньшее количество героновой... Следует отметить, что некоторые растительные продукты накапливают в се... Структура ксантина выяснена недавно и представляется в следующем виде ... Из каротиноидов с числом углеродных атомов, меньшим 40, наиболее извес... Кроцетин С20Н24О4 является желтым пигментом шафрана.

Свойства каротина

Свойства каротина. Кристаллический каротин представляет собой вещество темного медно-крас... Кристаллы -каротина - оранжево-красные с ярким блеском, -каротин образ... Форма кристаллов каротина еще недостаточно изучена. Олкович и Маттилл наблюдали при кристаллизации каротина образование ро...

Каротин как провитамин А

Каротин как провитамин А

Общие сведения

В 1931 году Каррер установил, что витамин А является ненасыщенным спир... При кормлении крыс жировой диетой, лишенной витамина А, но содержащей ... Каротин, попадая в организм человека, всасывается через стенки кишечни... Доказано, что у большого количества животных каротин, поступающий в пе... Бауден и Снау подвергали растворы каротина в циклогексане облучению в ...

Биологическая активность каротина и каротиноидов

Такие данные соответствуют, конечно, не действительной, а, так сказать... Большой интерес представляет вопрос о зависимости между биологической ... Дигидросоединение последнего имеет -иононовое строение, в противополож... Следовательно активность при наличии -иононового цикла обусловливается... Женщины обеспечены каротиноидами лучше, чем мужчины, что, в первую оче...

Витамин А и злокачественный рост

Известно, что отсутствие в пище витамина А влечет за собой приостановк... В наборах поливитаминов, продающихся в США без рецепта, как правило, в... Все будущие матери должны знать о потенциальной опасности чрезмерного ... Установлено, что структурные элементы молекулы каротина входят в соста... Если же ресорбция достигла значительных размеров, избыточное количеств...

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Савинов Б.Г. Каротин провитамин А и получение его препаратов Киев Издательство Академии Наук Украинской ССР, 1948 . 2. Душейко А.А. Витамин А - Киев Наукова Думка, 1988. 3. Дмитровский А.А. Экспериментальная витаминология, Ред. Островский Ю.М Минск Наука и техника, 1979. 4. Поздняков С.П. Успехи современной биологии - 1985 100, вып. 2 5 . 5. Плецитый К.Д Лидак М.Ю. Витамин А и синтетические ретиноиды в иммунологии и онкологии Рига Зинатне, 1984. 6. Сисакян Н.М Биохимия и физиология витаминов. 1953 7. Таранова А.Г. Каротиновый состав сыворотки крови разных групп населения и влияние на него пищевых продуктов, обогощенных бета- каротином Автореф Москва , Ин-т питания АМН России, 1998. 8. Потапов В.М Органическая химия Москва - Просвещение, 1983 9. Механизм межвитаминных взаимодействий.

Минск, Наука и техника, 1973 г. 10. Стайлер Л. Биохимия в 3-х томах - Москва Мир, 1985. 11. Конъ И.Я. Биохимические механизмы действия витамина А Автореф. дис. док. мед. наук Москва, Ин-т питания АМН СССР, 1987. 12. Журнал Здоровье, март, 1998.