Likopen: definicija, sinteza, absorpcija, transport in distribucija

Likopen (izhaja iz znanstvenega imena Solanum lycopersicum: "paradižnik") spada v razred karotenoidi - tiste sekundarne rastlinske spojine (bioaktivne snovi, ki nimajo življenjske hranilne funkcije, vendar se odlikujejo po njihovi zdravje-promocijski učinki - "anutritive sestavine"), ki so lipofilni (v maščobi topni) pigment barvila odgovoren za rumeno, oranžno in rdečkasto barvo številnih rastlin. Glede na njihovo kemijsko strukturo karotenoidi lahko razdelimo na karotene, ki so sestavljeni iz ogljika (C) in vodik (H) - ogljikovodiki - in ksantofili, ki vsebujejo kisik (O) poleg atomov C in H - substituirani ogljikovodiki. Likopen spada med karotene in ima molekulsko formulo C40H56. Podobno alfa-karoten in beta karoten predstavljajo karotene, medtem ko lutein, zeaksantin in beta-kriptoksantin spadajo v skupino kisikovih ksantofilov. Strukturna značilnost Likopen je polinenasičena struktura poliena (organska spojina z več ogljika-ogljikove (CC) dvojne vezi), sestavljene iz 8 bioloških izoprenoidnih enot (→ tetraterpen) in 13 dvojnih vezi, od katerih je 11 konjugiranih (več zaporednih dvojnih vezi, ločenih z natančno eno enojno vezjo). Sistem konjugiranih dvojnih vezi omogoča likopenu, da absorbira vidno svetlobo v območju višjih valovnih dolžin, kar karotenu daje rdečo barvo. Poleg tega je struktura poliena odgovorna za nekatere fizikalno-kemijske lastnosti likopena, ki so neposredno povezane z njihovimi biološkimi učinki (→ antioksidant potencial). Za razliko od drugih karotenoidi, na primer alfa- in beta karoten, beta-kriptoksantin, lutein in zeaksantin, likopen na koncih izoprenoidne verige nima trimetilcikloheksenskega obroča (→ aciklična struktura). Poleg tega karoten nima nobenih nadomestkov. Likopen je izrazito lipofilni (topen v maščobah), ki vpliva na črevesje (črevo-povezani) absorpcija in distribucija v organizmu. Likopen se lahko pojavlja v različnih geometrijskih oblikah (cis- / trans- oziroma Z- / E-izomerija), ki jih je mogoče pretvoriti druga v drugo:

  • All-trans-likopen
  • 5-cis-likopen
  • 7-cis-likopen
  • 9-cis-likopen
  • 11-cis-likopen
  • 13-cis-likopen
  • 15-cis-likopen

V rastlini prevladuje celotni trans izomer z 79-91%, medtem ko je v človeškem organizmu več kot 50% likopena v obliki cis. Celotni trans-likopen, ki ga vsebujejo rastlinska živila, je delno izomeriziran (pretvorjen) v svoje cis-oblike z eksogenimi vplivi, kot sta toplota in svetloba, na eni strani in s kislim želodčnim sokom na drugi strani, ki imajo boljše topnost, višja absorpcija hitrost in hitrejši znotrajcelični in zunajcelični (znotraj in zunaj celice) prenos v primerjavi z vse-trans izomeri zaradi pomanjkanja agregacije (aglomeracije) in kristalizacijske sposobnosti. Glede stabilnosti pa celotni trans-likopen presega večino svojih cis izomerov (najvišja stabilnost: 5-cis ≥ all-trans ≥ 9-cis ≥ 13-cis> 15-cis> 7-cis-> 11-cis: najnižja stabilnost). Od približno 700 identificiranih karotenoidov je približno 60 kabrioletov vitamin A (retinol) s človeškim metabolizmom in imajo tako aktivnost provitamina A. Zaradi svoje aciklične strukture likopen ni eden od provitaminov A [4, 6, 22, 28, 54, 56-58].

Sinteza

All-trans likopen sintetizirajo (tvorijo) vse rastline, ki so sposobne fotosinteze, alge in bakterijein glive. Izhodiščna snov za biosintezo likopena je mevalonska kislina (razvejana veriga, nasičena hidroksi maščobna kislina; C6H12O4), ki se pretvori v dimetilalil pirofosfat (DMAPP; C5H12O7P2) v skladu z mevalonatno potjo (presnovna pot, po kateri se začne z acetil-koencimom A). , pride do biosinteze izoprenoidov - za izgradnjo steroidov in sekundarnih presnovkov) preko mevalonata 5-fosfat, mevalonat 5-pirofosfat in izopentenil 5-pirofosfat (IPP). DMAPP se kondenzira s tremi molekule njegovega izomera IPP (C5H12O7P2), pri čemer nastane geranilgeranil pirofosfat (GGPP; C20H36O7P2). Kondenzacija dveh molekule GGPP vodi do sinteze fitoena (C40H64), osrednje snovi v biosintezi karotenoidov. Kot rezultat več desaturacij (vstavitev dvojnih vezi, pretvorba nasičene spojine v nenasičeno), se fitoen pretvori v popolnoma translikopen. Likopen je izhodiščna snov vseh drugih karotenoidov. Tako ciklizacija (zaprtje obroča) dveh končnih izoprenskih skupin likopena povzroči biosintezo beta karoten, ki se lahko s hidroksilacijo pretvori (pretvori) v oksigenirane ksantofile (reakcija z odprava of voda). V celicah rastlinskega organizma je celotni trans-likopen lokaliziran znotraj membran, v kapljicah lipidov ali kot kristal v citoplazmi. Poleg tega je vključen v kromoplaste (plastide, obarvane oranžno, rumeno in rdečkasto s karotenoidi v cvetnih listih, plodovih ali skladiščnih organih (korenje) rastlin) in kloroplasti (organele celic zelenih alg in višjih rastlin, ki izvajajo fotosintezo) - vključena v zapleteno matrico beljakovin, lipidov, in / ali ogljikovi hidrati. Medtem ko karoten v kromoplastih cvetnih listov in plodov služi za privabljanje živali - za prenos cvetnega prahu in razprševanje semen - pa zagotavlja zaščito pred fotooksidativnimi poškodbami kloroplastov rastlinskih listov kot sestavnega dela kompleksa za spravilo svetlobe. antioksidant zaščita se doseže s tako imenovanim kaljenjem (razstrupljanje, inaktivacija) reaktivnega kisik spojine (1O2, singletni kisik), kjer likopen neposredno absorbira (prevzame) sevalno energijo skozi tripletno stanje in jo deaktivira s sproščanjem toplote. Ker se sposobnost gašenja povečuje s številom dvojnih vezi, ima likopen s 13 dvojnimi vezmi največjo aktivnost kaljenja v primerjavi z drugimi karotenoidi. Likopena je v primerjavi z luteinom veliko manj v rastlinah in živalih. Rdeče pigmentno barvilo je mogoče sporadično zaznati v nekaterih gobah (Porifera; vrsta vodnih živali v tkivih), žuželkah in fototrofičnih bakterije (bakterije, ki lahko uporabljajo svetlobo kot vir energije). Glavni viri likopena so zrelo sadje in zelenjava, kot so paradižnik (0.9-4.2 mg / 100 g) in paradižnikovi izdelki, rdeči grenivke (~ 3.4 mg / 100 g), guava (~ 5.4 mg / 100 g), lubenica (2.3 -7.2 mg / 100 g), papaja (~ 3.7 mg / 100 g), šipkain nekatere vrste oljk, na primer koščice koralnega olja Elaeagnus umbellata. V tem kontekstu se vsebnost likopena znatno spreminja, odvisno od sorte, sezone, zrelosti, lokacije, rasti, letine in pogojev shranjevanja in se lahko zelo razlikuje v različnih delih rastline. V paradižniku in paradižnikovih izdelkih je likopen približno 9-krat bolj koncentriran kot beta-karoten. Približno 80–85% vnosa likopena s hrano je posledica uživanja paradižnika in paradižnikovih izdelkov, kot so paradižnikova pasta, kečap, paradižnikova omaka in paradižnikov sok. Močna lipofilnost (topnost maščob) likopena je razlog, da se karoten v vodnih okoljih ne more raztopiti, zaradi česar se hitro agregira in kristalizira. Tako je likopen v svežem paradižniku prisoten v kristalnem stanju in je zaprt v trdni celulozni in / ali beljakovinski matriki, ki jo je težko absorbirati. Postopki predelave živil, kot sta mehansko drobljenje in termična obdelava, povzročijo sproščanje likopena iz matrice hrane in povečajo njegovo biološko uporabnost. Vendar izpostavljenost toploti ne sme biti predolga ali prehuda, sicer lahko oksidacija, ciklizacija (zaprtje obroča) in / ali cis-izomerizacija celotnega trans-likopena povzroči izgube aktivnosti več kot 30%. Iz višjih razlogov biološko uporabnost in koncentracija likopena imajo paradižnikovi izdelki, kot so paradižnikova pasta, paradižnikova omaka, kečap in paradižnikov sok, bistveno večjo vsebnost likopena kot sveži paradižniki. Za uporabo v živilski industriji se likopen sintetično proizvaja in ekstrahira iz paradižnikovih koncentratov z uporabo organskih topil. Uporablja se kot barvilo za živila (E 160d) in je tako med drugim barvilna sestavina v juhah, omakah, aromatiziranih pijačah, sladicah, začimbah, slaščicah in pekovskih izdelkih. Poleg tega je likopen pomembna predhodnica arome.Cepi se s sooksidacijo s pomočjo lipoksigenaz, z reakcijo z reaktivnimi kisik spojin in pod termičnimi stres, kar povzroči karbonilne spojine z nizkim pragom vonja. Ti razgradni proizvodi igrajo bistveno vlogo pri predelavi paradižnika in paradižnikovih izdelkov.

Resorpcija

Zaradi izrazite lipofilnosti (topnosti maščob) se likopen absorbira (prevzame) v zgornjem Tanko črevo med prebavo maščobe. To zahteva prisotnost prehranskih maščob (3-5 g / obrok) kot nosilcev, žolčne kisline za raztapljanje in tvorbo micel ter esteraze (prebavne snovi) encimi) za cepitev esterificiranega likopena. Po sprostitvi iz matrice hrane se likopen v lumenu tankega črevesa združi z drugimi lipofilnimi snovmi in žolčne kisline da tvorijo mešane micele (sferične strukture s premerom 3-10 nm, v katerih je lipid molekule so razporejeni tako, da je vodanetopne molekulske dele obrnemo navzven, v vodi netopne molekulske dele pa navznoter) - micelarna faza za solubilizacijo (povečanje topnosti) lipidov - ki jih pasivni difuzijski proces prevzame v enterocite (celice tankega črevesa epitelija) od dvanajstnik (dvanajstnik) in jejunum (jejunum). Obstajajo dokazi, da črevesje absorpcija likopena in drugih karotenoidov vključuje poseben epitelijski transporter, ki je nasičen in katerega aktivnost je odvisna od karotenoida koncentracija. Stopnja absorpcije likopena iz rastlinskih živil se znotraj in med posameznimi posamezniki zelo razlikuje, od 30% do 60%, odvisno od deleža sočasno dobavljenih maščob [3-5, 22, 50, 54, 57]. Kar zadeva njihov spodbujevalni vpliv na absorpcijo likopena, so nasičene maščobne kisline veliko bolj učinkovite kot polinenasičene maščobne kisline (polienske maščobne kisline, PFS), kar lahko utemeljimo na naslednji način:

  • PFS povečajo velikost mešanih micel, kar zmanjša hitrost difuzije
  • PFS spremeni naboj micelarne površine in zmanjša afiniteto (vezavno moč) do enterocitov (celic tankega črevesnega epitelija)
  • PFS (omega-3 in -6 maščobne kisline) zavzemajo več prostora kot nasičene maščobne kisline v lipoproteinih (agregati lipidov in beljakovin - delci, podobni miceli), ki služijo za prevoz lipofilnih snovi v krvi), s čimer omejujejo prostor za druge lipofilne molekule, vključno z likopenom
  • PFS, zlasti omega-3 maščobne kisline, zavirajo sintezo lipoproteinov.

Biološka uporabnost likopena je poleg vnosa maščob odvisna od naslednjih endogenih in eksogenih dejavnikov [4, 5, 8, 14, 15, 22, 28, 29, 40, 46-48, 54, 62, 63, 68]:

  • Količina dobavljenega likopena v prehrani (s prehrano) - s povečanjem odmerka se relativna biološka uporabnost karotenoida zmanjša
  • Izomerna oblika - likopen se za razliko od drugih karotenoidov, kot je beta-karoten, bolje absorbira v svoji cis-konfiguraciji kot v celotni trans-obliki; toplotna obdelava, kot je kuhanje, spodbuja pretvorbo all-trans v cis-likopen
  • Vir hrane - iz dodatkov (izoliran, prečiščen likopen v oljni raztopini - brez prisotnosti ali esterificiran z maščobnimi kislinami) je karotenoid bolj na voljo kot iz rastlinske hrane (naravni, kompleksno vezani likopen), kar dokazuje znatno večje povečanje seruma ravni likopena po zaužitju dodatkov v primerjavi z zaužitjem enakih količin sadja in zelenjave
  • Prehrambeni matriks, v katerega je vgrajen likopen - iz paradižnikovih izdelkov, kot sta paradižnikova juha in paradižnikova pasta, se likopen absorbira bistveno bolje kot iz surovega paradižnika, ker se pri predelavi (mehansko drobljenje, toplotna obdelava itd.) Rastlinske celične strukture pretrgajo, vezi likopena do beljakovin in prehranska vlaknina se razcepijo in kristalinični karotenoidni agregati se raztopijo; mešanje hrane, ki vsebuje paradižnik, z oljem še poveča biološko uporabnost likopena.
  • Interakcije z drugimi sestavinami živil:
    • Prehranske vlaknine, kot so pektini iz sadja, zmanjšajo biološko uporabnost likopena tako, da s karotenoidom tvorijo slabo topne komplekse
    • Olestra (sintetični nadomestek maščobe, sestavljen iz estrov saharoze in dolge verige maščobne kisline (→ saharozni poliester), ki ga endogene lipaze ne morejo cepiti (cepljenje maščob encimi) zaradi sterične ovire in se izloči nespremenjen) zmanjša absorpcijo likopena; po Koonsvitsky in sod. (1997) izhaja iz dnevnega vnosa 18 g Olestre v obdobju 3 tednov znižanja koncentracije karotenoidov v serumu za 27%; po Thornquist et al (2000) je že po majhnih količinah Olestre (2 g / dan) zabeleženo zmanjšanje ravni karotenoidov v serumu (za 15%).
    • Fitosteroli in -stanoli (kemične spojine iz razreda sterolov, ki jih najdemo v maščobnih delih rastlin, kot so semena, kalčki in semena, ki so zelo podobni strukturi holesterola in konkurenčno zavirajo njegovo absorpcijo), lahko poslabšajo absorpcijo likopena v črevesju; tako lahko redna uporaba namazov, ki vsebujejo fitosterol, kot je margarina, privede do zmerno znižane (za 10-20%) ravni karotenoidov v serumu; s hkratnim povečanjem dnevnega vnosa sadja in zelenjave, bogate s karotenoidi, lahko z uživanjem margarine, ki vsebuje fitosterol, preprečimo zmanjšanje koncentracije karotenoidov v serumu
    • Vnos karotenoidnih zmesi, kot so likopen, beta-karoten, kriptoksantin, zeaksantin in lutein, lahko zavira in spodbuja absorpcijo črevesnega likopena - na ravni vgradnje (absorpcije) v mešane micele v črevesnem lumnu, enterocite med znotrajcelično (znotraj -celični) transport in vključitev v lipoproteine ​​- z močnimi razlikami med posamezniki
      • Po Olsenu (1994) ima uporaba velikih farmakoloških odmerkov beta-karotena zmanjšano absorpcijo likopena in znižanje ravni likopena v serumu - verjetno zaradi procesov kinetičnega premika vzdolž črevesne sluznice; tako se zdi, da prednostna monosupplementacija velikih odmerkov beta-karotena zavira črevesno absorpcijo, zlasti tistih karotenoidov, ki imajo višji zaščitni potencial kot beta-karoten, kot so likopen, zeaksantin in lutein, in so v serumu v znatnih količinah.
      • Gaziano in sod. (1995) so pokazali zmanjšanje vsebnosti likopena v lipoproteinih, zlasti v LDL (lipoproteini z nizko gostoto; lipoproteini z bogato holesterolom) po šestih dneh zaužitja 100 mg sintetičnega in naravnega beta-karotena
      • Wahlquist et al (1994) so ​​ugotovili povečanje koncentracije likopena v serumu z dnevnim dajanjem 20 mg beta-karotena v obdobju enega leta
      • Gossage et al (2000) so doječim in ne doječim ženskam, starim od 19 do 39 let, dodali po 30 mg beta karotena 28 dni, tako da koncentracije likopena v serumu niso vplivale, medtem ko so se ravni alfa in beta karotena v serumu povečale raven luteina znatno zmanjšala
  • Posamezne prebavne lastnosti, kot so mehansko drobljenje v zgornjem prebavnem traktu, želodčni pH, pretok žolča - temeljito žvečenje in nizek pH želodčnega soka spodbujata celične motnje in sproščanje vezanega oziroma zaestrenega likopena, kar poveča biološko uporabnost karotenoida; zmanjšan pretok žolča zmanjšuje biološko uporabnost zaradi motenega tvorjenja micel
  • Stanje preskrbe organizma
  • Genetski dejavniki

Prevoz in porazdelitev v telesu

V enterocitih (celice tankega črevesja epitelija) zgornjega Tanko črevo, likopen se vgradi v hilomikrone (CM, lipidi bogati lipoproteini), ki se izločajo (izločajo) v intersticijske prostore enterocitov z eksocitozo (transport snovi iz celice) in odpeljejo skozi limfna. Preko truncus intestinalis (neparni zbiralni limfni trup trebušne votline) in ductus thoracicus (limfni zbiralni trup prsne votline) hilomikroni vstopijo v subklavijo Vena (subklavijska vena) oziroma vratna vena (vratna vena), ki se konvergirata, da tvorita brahiocefalno veno (leva stran) - angulus venosus (venski kot). Venae brachiocephalicae na obeh straneh se združita v neparno superiorno votla vena (zgornja votla vena), ki se odpira v desni atrij (atrium cordis dextrum). Hilomikroni se vnesejo v periferno kroženje s črpalno silo srce. Hilomikroni imajo razpolovni čas (čas, v katerem se vrednost, ki se s časom eksponentno zmanjšuje) približno 30 minut in se med transportom do jetra. V tem kontekstu lipoprotein lipaza (LPL) igra ključno vlogo, ki se nahaja na površini endotelijskih celic (celic, ki obdajajo notranjost kri plovila) krvnih kapilar in vodi do vnosa prostih maščobne kisline in majhne količine likopena v cepljenje lipidov v različna tkiva, na primer mišice, maščobno tkivo in mlečno žlezo. Vendar večina likopena ostane v CM-R, ki se veže na specifične receptorje v jetra in se absorbira v parenhimske celice jeter preko receptor-posredovane endocitoze (invaginacije od celična membrana → zadavitev veziklov, ki vsebujejo CM-R (celične organele) v notranjost celice). V jetra celic, se likopen delno shrani, drugi del pa se vključi v VLDL (zelo nizko Gostota lipoproteini; lipoproteini, ki vsebujejo lipide, zelo nizke gostote), s pomočjo katerih karotenoid preko celice doseže zunajhepatična (zunaj jeter) tkiva. kri kroženje. Kot VLDL, ki kroži v kri veže se na periferne celice, lipidov se razcepijo z delovanjem LPL in sproščene lipofilne snovi, vključno z likopenom, ponotranjijo (interno prevzamejo) s pasivno difuzijo. Posledica tega je katabolizem VLDL v IDL (vmesni Gostota lipoproteini). Delce IDL lahko bodisi jetra prevzamejo receptorji in jih tam razgradijo ali pa jih trigliceridi presnavljajo (presnavljajo) v krvni plazmi lipaza (encim, ki cepi maščobe) do holesterol-bogate LDL (nizko Gostota lipoproteini). Likopen vezan na LDL se z receptorjem posredovano endocitozo po eni strani prevzame v jetra in zunaj jeter in prenese v HDL (lipoproteini visoke gostote) na drugi strani, ki sodelujejo pri prevozu likopena in drugih lipofilnih molekul, zlasti holesterol, iz perifernih celic nazaj v jetra. V človeških tkivih in organih najdemo zapleteno mešanico karotenoidov, ki je podvržena močnim individualnim variacijam tako kvalitativno (vzorec karotenoidov) kot količinsko (koncentracija karotenoidov). Likopen in beta-karoten sta najpogostejša karotenoida v krvi in ​​tkivih. Medtem ko likopen prevladuje v nadledvičnih žlezah, testisi (testisi), prostatein jetra, pljuča in ledvice imajo približno enake količine likopena in beta-karotena. Ker je likopen izrazito lipofilni (topen v maščobi), je lokaliziran tudi v maščobnem tkivu (~ 1 nmol / g mokre teže) in koža, vendar pri nižjih koncentracijah kot v testisih (testisih) in nadledvičnih žlezah (do 20 nmol / g mokre teže), na primer [4, 15, 22, 28, 40, 50, 54, 56-58]. V celicah posameznih tkiv in organov je likopen še posebej sestavni del celičnih membran in vpliva na njihovo debelino, moč, fluidnost, prepustnost (prepustnost), pa tudi učinkovitost. Ker ima likopen največ antioksidant v primerjavi z drugimi karotenoidi in je prednostno shranjen v prostate tkiva, velja za dejavnik z največjo učinkovitostjo pri prostati rak preprečevanje. V kri se likopen prenaša z lipoproteini, sestavljenimi iz lipofilnih molekul in apolipoproteini (beljakovinski del, deluje kot strukturni oder in / ali molekula za prepoznavanje in priklop, na primer za membranske receptorje), kot so Apo AI, B-48, C-II, D in E. Karotenoid je 75-80% vezan na LDL, 10-25% do HDLin 5-10% na VLDL. Odvisno od prehranskih navad je koncentracija likopena v serumu približno 0.05-1.05 µmol / l in se razlikuje glede na spol, starost, zdravje stanje, celotna telesna maščoba masa, in raven alkohol in tobak poraba. V človeškem serumu in Materino mlekoDo danes je bilo identificiranih 34 od približno 700 znanih karotenoidov, vključno s 13 geometrijskimi trans-izomeri. zazna najpogosteje.

Izločanje

Neabsorbirani likopen zapusti telo v blatu (blatu), medtem ko se črevesno (prek črevesja) absorbirani likopen izloči z urinom v obliki njegovih presnovkov. Do endogene razgradnje likopena pride z beta-karoten dioksigenazo 2 (BCDO2), ki karoten cepi na psevdojonon, geranial in 2-metil-2-hepten-6-on. Da bi pretvorili razgradne produkte likopena v obliko, ki se izloča, se podvržejo biotransformaciji, tako kot vse lipofilne (v maščobi topne snovi) snovi. Biotransformacija se pojavi v številnih tkivih, zlasti v jetrih, in jo lahko razdelimo v dve fazi:

  • V fazi I presnovki (intermediati) likopena hidroksilirajo (vstavitev OH skupine) sistem citokroma P-450 za povečanje topnosti
  • V fazi II pride do konjugacije z visoko hidrofilnimi (vodotopnimi) snovmi - v ta namen se glukuronska kislina s pomočjo glukuroniltransferaze prenese v predhodno vstavljeno OH skupino presnovkov.

Po samskem uprava, retencijski čas karotenoidov v telesu je med 5-10 dnevi.