Karotenoidy - Polski Serwis Naukowy

Karotenoidy są odpowiedzialne za barwę m.in. pomidorów

Karotenoidy – grupa organicznych związków chemicznych, węglowodory nienasycone o szczególnej budowie, żółte, czerwone, pomarańczowe i różowe barwniki roślinne, występujące w chloroplastach i chromatoforach. Karotenoidy należą do naturalnych przeciwutleniaczy. Karotenoidy należą do prekursorów witaminy A i są głównym dietetycznym źródłem tej witaminy u człowieka. W przewodzie pokarmowym powstaje retinal, który następnie jest przekształcany do retinolu.

Przeciwutleniacze (antyoksydanty, antyutleniacze) – grupa związków chemicznych, które są stosowane w zapobieganiu niepożądanym procesom utleniania, przez co przedłużają trwałość produktów.

Burak zwyczajny (Beta vulgaris L.) - gatunek rośliny rocznej lub dwuletniej z rodziny komosowatych. Wszystkie znane odmiany buraka pochodzą od buraka dzikiego (Beta maritima), który rośnie do dzisiaj na Bliskim Wschodzie, między wybrzeżami Morza Śródziemnego i Czarnego, w okolicach Morza Kaspijskiego i w Indiach. W Polsce pospolita roślina uprawna.

Jedną z funkcji karotenoidów jest zabezpieczanie przed reaktywnymi formami tlenu powstających podczas fotosyntezy (aktywność przeciwutleniająca).

Budowa karotenoidów

Budowa β-karotenu

Karotenoidy zbudowane są z jednostek izoprenowych, zawierających pięć atomów węgla, należą do 40-węglowych terpenoidów, czyli tetraterpenów. Karotenoidowy szkielet węglowy C40 budowany jest przez kolejne dodawanie jednostek C5. Z chemicznego punktu widzenia, charakterystyczną cechą karotenoidów jest występowanie dwóch pierścieni cykloheksylowych połączonych długim łańcuchem węglowym, w którym występuje układ szeregu sprzężonych wiązań podwójnych węgiel-węgiel. Są to więc mieszane cykliczno-liniowe polieny. Jak dotąd zidentyfikowano i opisano około 800 karotenoidów.

Chlorofil – grupa organicznych związków chemicznych obecnych między innymi w roślinach, algach i bakteriach fotosyntetyzujących (np.: sinice). Funkcją chlorofili w organizmach przeprowadzających fotosyntezę jest wychwytywanie kwantów światła i przekazywanie energii wzbudzenia do centrum reakcji fotoukładu skąd wybijane są elektrony, spożytkowane następnie w dalszych etapach fotosyntezy. Znaczna zawartość chlorofili w organizmach fotosyntetyzujących jest odpowiedzialna za ich zieloną barwę. Zielony kolor chlorofilu spowodowany jest wysoką absorpcją w czerwonej i niebieskiej części spektrum światła, a niską absorpcją w zielonej części spektrum światła (długość fali 500-600 nm). Wyróżnia się wiele rodzajów chlorofili. Najbardziej rozpowszechnione w przyrodzie to chlorofil a i chlorofil b występujące u wszystkich roślin przeprowadzających fotosyntezę. Chlorofile c i d występują jedynie u części glonów. U prokariontów zdolnych do przeprowadzania fotosyntezy mogą występować chlorofil a u sinic oraz wiele rodzajów bakteriochlorofili oznaczanych literami od a do g.

Utlenianie fotosensybilizowane, fotooksydacja – proces przeniesienia elektronu (typ I) lub energii (typ II) z cząsteczki barwnika absorbującego (fotosensybilizator) promieniowanie widzialne, ultrafioletowe lub bliską podczerwień, na inną cząsteczkę chemiczną. W typie I dochodzi do utlenienia donora wzbudzony stan trypletowy elektronu przez fotosensybilizatora lub utlenienia samego fotosensybilizatora. Bezpośrednio po absorpcji fotonu fotosensybilizator przechodzi do stanu wzbudzonego singletowego, jeśli jednak nie odda energii i nie powróci do stanu podstawowego może przejść w bardziej trwały stan trypletowy. Co wiąże się z dużym prawdopodobieństwem udziału w reakcji utleniania fotosensybilizowanego.

Rola karotenoidów

Związki te pełnią pomocniczą rolę w procesie fotosyntezy, ponieważ absorbują pewne zakresy promieniowania świetlnego (niebieska, fioletowa) aby następnie przekazywać energię stanu wzbudzonego na cząsteczkę chlorofilu. Pełnią również funkcję ochronną przed procesami fotooksydacji, na które narażone są głównie nienasycone kwasy tłuszczowe lipidów chloroplastowych. W liściach, ich barwa jest maskowana przez zieloną barwę barwników chlorofilowych, uwidocznia się to jesienią, kiedy chlorofile są degradowane przez enzymy: chlorofilazę, decheletazę i oksygenazę feoforbidu a, która katalizuje otwarcie pierścienia porfirynowego w feoforbidzie – ostatnim związku o barwie zielonej na szlaku rozkładu chlorofilu. Przykładem karotenoidu jest β-karoten. Karotenoidy nadają również barwę innym częściom rośliny, np. korzeniowi marchewki.

Witamina A – zbiorcza nazwa grupy organicznych związków chemicznych (retinoidów, z których najważniejszy jest retinol), pełniących w organizmie funkcję niezbędnego składnika pokarmowego, rozpuszczalnej w tłuszczach witaminy.

Związki organiczne - wszystkie związki chemiczne, w skład których wchodzi węgiel, prócz tlenków węgla, kwasu węglowego, węglanów, wodorowęglanów, węglików, cyjanowodoru, cyjanków, kwasu cyjanowego, piorunowego i izocyjanowego a także ich soli.

Zazwyczaj występują w komórce w zdecydowanie mniejszych stężeniach niż chlorofile. Nie rozpuszczają się w wodzie. Ich cechą jest fotolabilność – ulegają przemianom w obecności światła. Ponadto spełniają ważną rolę ochronną przed uszkodzeniem fotosystemu spowodowanym nadmiarem docierającej energii świetlnej, pochłaniając ją i powodując jej dyspersję (czyli rozproszenie) albo też przekierowując na inne procesy fizjologiczne w komórce.

Barwa – wrażenie psychiczne wywoływane w mózgu człowieka (i zwierząt), gdy oko odbiera promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu światła, a pisząc dokładniej, z widzialnej części fal świetlnych. Główny wpływ na to wrażenie ma skład widmowy promieniowania świetlnego, w drugiej kolejności ilość energii świetlnej, jednak niebagatelny udział w odbiorze danej barwy ma również obecność innych barw w polu widzenia obserwatora, oraz jego cechy osobnicze, jak zdrowie, samopoczucie, nastrój, a nawet doświadczenie i wiedza w posługiwaniu się zmysłem wzroku.

Marchew zwyczajna Daucus carota L. – gatunek rośliny z rodziny selerowatych. Występuje w stanie dzikim pospolicie na terenach Europy, Azji i północnej Afryki. Jest również rośliną uprawną. W Polsce w stanie dzikim jest rośliną bardzo pospolitą.

Przykłady występowania karotenoidów u roślin

zielone części: w liściach i łodygach (wraz z chlorofilem w chromatoforach , w formie bezpostaciowej lub krystalicznej ),

nie zielone blaszki liści (liście etiolowane – przede wszystkim ksantofile),

liście jesienne – po rozłożeniu chlorofilu pozostają karotenoidy, dając piękne zabarwienie,

kwiaty, u rodzin jednoliściennych i dwuliściennych

owoce i ziarna

korzenie następujących roślin:Daucus carota,Beta vulgaris,Brassica rapa,Ipomoea batatas,Escobedia sabrifolia,Pastinaca sativa ,

Źródło karotenoidów w diecie człowieka

Podstawowym źródłem karotenoidów w diecie człowieka są żółto oraz czerwono zabarwione warzywa i owoce oraz ciemnozielone warzywa liściaste. Najbogatszym naturalnym źródłem karotenoidów są (μg/100 g):

Wilec ziemniaczany (Ipomoea batatas (L. Poir.) – gatunek byliny należący do rodziny powojowatych, znany pod nazwami: batat, patat lub słodki ziemniak. Pochodzi z Ameryki Południowej i Ameryki Środkowej. Nie jest znany w dzikim stanie, jest natomiast popularny w uprawie w całej strefie tropikalnej.

Fotosynteza (gr. φῶς – światło, σύνθεσις – łączenie) – anaboliczny proces biochemiczny redukcji dwutlenku węgla wodorem pochodzącym ze związków nieorganicznych z wykorzystaniem promieniowania słonecznego przy udziale barwników asymilacyjnych i enzymów, prowadzącym do powstania związków organicznych. Jest to jedna z najważniejszych przemian biochemicznych na Ziemi [1]. Proces ten utrzymuje wysoki poziom tlenu w atmosferze oraz przyczynia się do wzrostu ilości węgla organicznego w puli węgla zwiększając masą materii organicznej, kosztem materii nieorganicznej.

marchew (9000)

słodkie ziemniaki (9000)

dynia (8000)

pietruszka naciowa (5410)

jarmuż (5350)

szpinak (4200)

papryka (3150)

morele (1500)

brokuł (920)

pomidor (420)

Aktywność biologiczna karotenoidów

W Wikimedia Commons znajdują się multimedia związane z tematem:
Karotenoidy

Przypisy

Kopcewicz J., Lewak S., Fizjologia roślin, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002. ISBN 83-01-13753-3
Isler O., 1971. Carotenoides, Chemical Research Department, Zurich
Karrer P., Jucker E., 1948. Carotenoide, Birkhause Verlag.
Chroboczek E., Skąpski H., 1973. Ogólna uprawa warzyw, SGGW. Warszawa.

Zobacz też

ksantofile