V rastlinskih organizmih lutein kot bistvena sestavina fotosistemov med drugim izpolnjuje funkcije zbiranja in zaščite svetlobe. Fotosistem je sestavljen iz antenskega kompleksa ali kompleksa za zbiranje svetlobe (past za zbiranje svetlobe) in reakcijskega centra ter je zbirka beljakovin in pigmenta molekule - klorofili in karotenoidi. Lokaliziran je na notranji membrani - tilakoidni membrani - kloroplastov, mest fotosinteze. Kompleks za zbiranje svetlobe vsakega fotosistema je sestavljen iz približno 250 ali 300 beljakovin molekule povezane s klorofilom in karotenoidnimi pigmenti. Naključna svetloba dvigne antenski kompleks v visokoenergijsko vzbujeno stanje. Lutein in drugi karotenoidi imajo tukaj nalogo, da absorbirajo svetlobne kvante in prenesejo svojo energijo iz ene molekule v drugo v reakcijsko središče fotosistema. Ko pride v reakcijski center, klorofil-a absorbira energijo molekule. Ti energijo porabijo za proizvodnjo ekvivalentov kemične energije. Reakcijski center fotosistemov na koncu zagotavlja nepopravljivo past za svetlobne kvante. Poleg tega ima lutein tudi antioksidant učinek in tako pridobi vitalno zaščitno funkcijo za rastlinske in živalske celice. Sposoben je prestreči singlet, ki uničuje celice kisik. Samski kisik spada med proste radikale, s katerimi lahko reagira lipidov, zlasti polinenasičene maščobne kisline in holesterol, beljakovin, nukleinska kislina, ogljikovi hidrati kot tudi DNA in jih modificirati ali uničiti - oksidativni stres. Med razstrupljanje singleta kisik, lutein deluje kot vmesni nosilec energije - energijo sprošča v interakciji s svojim okoljem v obliki toplote - procesa "gašenja". Na ta način reaktivni singletni kisik postane neškodljiv. Študije o mutiranih organizmih, v katerih karotenoidi, predvsem luteina v celoti ni bilo, je pokazalo, da so bile celice uničene v prisotnosti kisika. Celične komponente - lipidov, beljakovin in nukleinska kislina - bili brez obrambe pred reaktivnimi kisikovimi spojinami. Rezultat je bila celična smrt.
Lutein in bolezni
Lutein in očesna bolezen Lutein in zeaksantin igrajo pomembno vlogo pri preprečevanju katarakta (sive mrene) in -Starostne degeneracije makule (AMD). Obe očesni bolezni sta glavni vzroki za okvara vida in slepota, pred diabetična retinopatija - bolezen mrežnica očesa povzročil sladkorna bolezen mellitus. Starostna degeneracija makule (AMD) Macula lutea (rumena pega) se nahaja v bližini središča mrežnice, tankega, prozornega, svetlobno občutljivega živčnega tkiva, sestavljenega iz fotoreceptorskih celic, palic in storžkov. The rumena pega ima premer približno 5 milimetrov in ima največ Gostota palic in stožcev. Od zunanjega (perifovea) do notranjega območja (parafovea) makule se delež palic zmanjša, tako da v fovei centralis pričakujemo le storžke - vidne celice, ki so odgovorne za zaznavanje barv. Fovea centralis iz rumena pega je območje najbolj ostrega vida in specializirano za najvišjo prostorsko ločljivost. Tako je očitno, da je proti fovea centralis vsebina lutein in zeaksantin močno poveča, da zagotovi zadostno zaščito občutljivih stožcev. Poleg lutein in zeaksantin, tudi v mrežnici so v precejšnjih količinah našli mezo-zeaksantin. Mezozeaksantin verjetno predstavlja produkt pretvorbe luteina. Zdi se, da je v fovea centralis lutein podvržen kemični reakciji. Z reaktivnimi spojinami lahko oksidira v oksolutein in se zaradi redukcije pretvori v zeaksantin in mezo-zeaksantin. The encimi potrebni za ta postopek še niso opredeljeni. Ker mrežnica otrok vsebuje več luteina in manj mezo-zeaksantina v primerjavi z odraslimi, se zdi, da ta mehanizem v otrokovem organizmu še ni tako močno razvit. Palice in stožci mrežnice imajo visoko vsebnost nenasičenih maščobne kisline in so zato izjemno občutljivi na lipidno peroksidacijo. Izpostavljeni so tudi visokim stopnjam svetlobnega sevanja - veliko tveganje za fotooksidativne poškodbe. Lutein v mrežnici deluje na eni strani kot svetlobni filter, na drugi pa kot antioksidant.Xanthophyll ima sposobnost filtriranja kratkovalovnih modrih svetlobnih žarkov iz običajnega spektralnega obsega svetlobe. Zdi se, da je visokoenergijska modra svetloba odgovorna za tvorbo singletnega kisika in drugih reaktivnih kisikovih spojin s pretvorbo ekso- in endogenih fotosenzibilizatorjev v vzbujeno stanje. Tako lutein ščiti oko pred radikalnimi napadi in fotooksidativnimi poškodbami. Poleg tega lahko lutein inaktivira reaktivne vrste kisika - kaljenje -, prekine verižne reakcije prostih radikalov in tako zmanjša lipidno peroksidacijo. To preprečuje tvorbo lipofuscina, na primer fotoreaktivne snovi. Lipofuscin spada v kemijsko nejasno opredeljeno skupino različnih kompleksnih agregiranih struktur lipidov in beljakovin. Snov prooksidant poveča tveganje za -Starostne degeneracije makule. Ksantofilni pigmenti v fovea centralis rumene pege so prednostno usmerjeni in zato lahko absorbirajo polarizirano svetlobo le v določenih smereh. S prednostnim absorbiranjem polarizirane svetlobe iz določenih kotov lahko lutein zmanjša učinke sijaja in bleščanja. Poleg tega verjamejo, da lahko lutein ublaži učinke kromatske aberacije (aberacije optičnih leč) in s tem izboljša ostrino vida, zlasti v območju kratkih valovnih dolžin. Pri bolnikih s prirojeno degeneracijo mrežnice povečan vnos luteina s povečano porabo špinače ali ohrovta na primer povzroči boljšo ostrino kontrasta, manj bleščanja in izboljšano zaznavanje barv. Študije umrlih bolnikov z AMD so pokazale, da so njihove mrežnice znatno znižale koncentracijo luteina in zeaksantina. Končno so visoke koncentracije luteina in zeaksantina v mrežnici povezane z do 82% manjšim tveganjem za AMD. Ustrezen vnos hrane, bogate z luteinom in zeaksantinom, ima zato bistveno vlogo. Povečan vnos luteina in zeaksantina lahko bistveno poveča koncentracijo v rumeni makuli mrežnice. Raven ksantofilov v mrežnici je v korelaciji s koncentracijo v serumu. Procesi kopičenja zahtevajo do nekaj mesecev, zato mora biti povečan vnos luteina in zeaksantina dolgoročen. V ustreznih študijah se koncentracije obeh ksantofilov po enem mesecu niso bistveno povečale. Povečan vnos luteina ni povezan s stranskimi učinki, kot so hiperkarotenemija, karotenderma in spremembe v hematoloških ali biokemičnih procesih. Katarakta (katarakta) Podobno kot pri AMD tudi znanstvene študije potrjujejo profilaktični učinek luteina pri katarakti. V smislu antioksidant lutein preprečuje fotokemično tvorbo reaktivnih kisikovih vrst (ROS) v različnih očesnih tkivih, kar bi lahko bil sprožilec bolezni. Kisikovi radikali vodi med drugim modifikaciji beljakovin leč, kopičenju glikoproteinov, produktom oksidacije aminokisline triptofanin številne fluorescentne molekule iz eksogenih in endogenih virov. Ti senzibilizatorji so na koncu odgovorni za motnost leč. Z občutnim zmanjšanjem škodljivih učinkov svetlobe in kisika z dolgotrajnim, rednim in velikim vnosom živil, bogatih z luteini, se tveganje za katarakta se zmanjša za do 50%. Lutein deluje sinergijsko z drugimi antioksidanti, kot je encimi superoksid dismutaza, katalaza in glutata peroksidaza. Visoke koncentracije luteina in zeaksantina v mrežnici korelirajo s prozornimi lečami. Nadaljnje epidemiološke študije so zaključile, da so posamezniki s povečanim vnosom luteina in zeaksantina, ne pa tudi drugih karotenoidov ali vitamin A, je imel znatno zmanjšano tveganje za operacija katarakte. Olmedilla in sod. 2001 so pokazali, da lutein pri bolnikih s katarakto vodi do izboljšanega vida, zmanjšanja občutljivosti bleščanja in povečanja ostrine vida.
Funkcije v hrani
Ker je lutein med predelavo živil relativno stabilen pri skladiščenju, nastanejo le manjše izgube, lutein kot posamezna snov ali sestavina rastline izvlečki Najde uporabo kot barvilo za hrano. Lutin daje rumeno-oranžno barvo in ga najdemo na primer v juhah, omakah, aromatiziranih pijačah, sladicah, začimbah, slaščicah in pekovskih izdelkih. Lutein se uporablja tudi za posredno obarvanje z živalsko krmo. Zlasti se doda piščančji krmi, s čimer okrepi značilno rumeno rumenjako. Poleg tega je lutein pomembna predhodnica aromatičnih snovi. Ksantofil se razgradi z oksidacijo s pomočjo lipoksigenaz, z reakcijo z reaktivnimi kisikovimi spojinami in pod toplotno stres. Iz luteina nastajajo karbonilne spojine z nizkim pragom vonja.
