Karotenoider

Karotenoider forårsaker en gulaktig til rødaktig farge, ikke bare i gulrøtter . Som fettløselige pigmenter i deler av frukt, blomster, fjærdrakt eller kitenskall nær overflaten, former de utseendet til forskjellige planter og dyr. Eggeplommer og matvarer som ost eller margarin skylder også sin karakteristiske farge tilstedeværelsen av karotenoider - noen ganger bare etter at de er tilsatt som matfargestoffer .

Som karotenoider og karotenoider refererer en stor klasse av naturlig forekommende fettløselige viljepigmenter ( lipokromer ) til som et kjemikalie er et rammeverk tetraterpen vanlig.

Systemet med konjugerte dobbeltbindinger absorberer lys med korte bølgelengder, og avhengig av antall, posisjon og sidekjede i karotenoiden, gir det en gulaktig til rødaktig fargetone . De mer enn 800 kjente karotenoider er delt inn i karotener og oksygenholdige xanthofyller . Karotenoider tilhører gruppen isoprenoider .

Hendelse

Forekomst i mat
Karotenoid ( E-nummer ) Hendelse
Astaxanthin (E 161j) Reker, hummer , laks
β-karoten (E 160a) Gulrot, spinat, aprikos, einkorn
Canthaxanthin (E 161g) Reker, hummer , kantarell
Capsanthin (E 160c) paprika
Capsorubin (E 160c) paprika
Cryptoxanthin oransje
Lutein (E 161b) Grønnkål, spinat, eggeplomme
Luteoxanthin oransje
Lykopen (E 160d) Tomat, vannmelon
Zeaxanthin (E 161h) Korn

Karotenoider er i utgangspunktet finnes i saltelskende archaea ( halogenbakterier ), i bakterier , i kromoplaster og plas av planter og i noen sopp . Disse organismer er i stand til å syntetisere tetraterpenes de novo . De forekommer også hos forskjellige dyr som inntar plantemateriale som inneholder fargestoffer sammen med maten. Dermed finnes karotenoider da i snegleskall , skjell eller tanker, så vel som i fjær og eggeplommer av fugler eller mennesker i huden og netthinnen . Bortsett fra noen få unntak som noen arter av bladlus og edderkoppmidd , har ikke dyreorganismer noen gener for karotenoidsyntese.

Noen karotenoider er godkjent som tilsetningsstoffer i EU ; de har E-tallene E 160a til E 160g og E 161a til E 161h. Noen er vant til å fargelegge produkter.

struktur

Lykopen , et karoten
β-karoten, et karoten
Lutein , en xantofyll

Typiske karotenoider har den grunnleggende strukturen til tetraterpener , forbindelser som består av åtte isoprenenheter , og inneholder således 40 karbonatomer. De umettede hydrokarbonkjeder kan cykliseres ved en ende eller begge ( ionon ringer ) eller ikke, som i tilfelle av lykopen med den empiriske formel C 40 H 56 . Modifikasjoner finnes også i dehydrogenering / hydrogenering og de forskjellige typer oksidasjonsprodukter . Karotenoider er delt inn i to hovedgrupper

Maksimum for absorpsjonsspektrene til karotenoider er for det meste ved bølgelengder rundt 400 til 500 nanometer.

Viktigheten som provitamin A

Retinol - ikke et karotenoid, men et vitamin A.

Dyr og mennesker er ikke i stand til de novo-syntese av vitamin A og må derfor dekke deres behov gjennom mat. Mens rovdyr hovedsakelig tar opp vitamin A i form av retinylestere eller retinol , bruker planteetere visse karotenoider som en forløper. Cirka 50 karotenoider er kjent for å ha provitamin A- aktivitet; de kan omdannes til vitamin A i den biologiske kroppen. Av disse har β-karoten den største aktiviteten.

Menneskelig fysiologi

Mennesker kan bruke retinol og retinylester samt provitamin A for å oppfylle vitamin A-kravene. Aktiviteten til karotenoider i kosten som provitamin A uttrykkes ved hjelp av såkalte retinolekvivalenter , med ca. 6 mg β-karoten og 12 mg blandede karotenoider tilsvarende en retinolekvivalent. Karotenoider blir også ansett for å være av stor helsemessig betydning. 6 karotenoider spiller en viktig rolle i menneskekroppen: β-karoten, α-karoten, lykopen , β-kryptoksantin , lutein og zeaxanthin . De fleste av dem har funksjonen antioksidanter . Dette er ment å forhindre mange sykdommer som kreft, arteriosklerose , revmatisme , Alzheimers og Parkinsons , grå stær eller aldring av huden.

Av alle karotenoider i mat har lykopen (f.eks. I tomater) det største antioksidantpotensialet og anses å være den mest effektive beskyttelsen mot det spesielt reaktive oksygenet . Lykopen hemmer også tumorcellevekst mer effektivt enn α- eller β-karoten.

Den antikarsinogene effekten av karotenoider oppstår også teoretisk fra deres egenskap å være i stand til å etablere velfungerende kommunikasjon mellom cellene. Spesielt β-karoten, kryptoksantin og kantaksantin stimulerer utvekslingen mellom cellene ved å forårsake syntesen av connexin . Denne forbindelsen spiller en nøkkelrolle i dannelsen av gapkryss , hvor antallet reduseres i kreftceller. Imidlertid bør karotenoider bare brukes til forebygging, da de ikke har noen effekt i faktisk kreftbehandling eller i å forhindre tilbakefall. Spesielt hos pasienter som allerede lider av kreft, bør det utvises forsiktighet med høydosepreparater.

Visse karotenoider er funnet i betydelig høyere konsentrasjoner i lever, øyne, hud og fettvev enn i andre kroppsvev. I øyets netthinne, i den såkalte gule flekken (macula), forekommer karotenoidene lutein og zeaxanthin i store mengder. Disse karotenoider fungerer sannsynligvis som naturlige beskyttelsesmekanismer, siden netthinnen med sine flerumettede fettsyrer, som er spesielt følsomme for oksidasjon, er spesielt utsatt for angrep av frie radikaler.

Som for andre sekundære plantestoffer , bør ikke karotenoider konsumeres i form av isolerte, høyt konsentrerte preparater, men i en naturlig kombinasjon med andre næringsingredienser. Inntak av høydose preparater har til og med risiko. Riktig forgiftning med karotenoider er ikke mulig, men β-karotentilskudd kan potensielt øke risikoen for kreft.

Karotenoider som fargestoffer i naturen

Hann av stormeisen ( Parus major )
Brunørret ( Salmo trutta f. Fario )
En gul-klokken toad ( Bombina variegata ) i toad reflekssympatetisk presenterer sin advarsel farge.

Fugler

I tillegg til melaniner spiller også forskjellige karotenoider en rolle i fjærdraktfargen til fugler. Inntatt med mat, metabolsk modifisert og lagret i de voksende fjærene , kan de føre til gulaktige til rødlige nyanser. Mer slående eksempler på karotenoidfarget fjærdrakt blant sangfugler er blåmeis ( Cyanistes caeruleus ), stormeis ( Parus major ), kwikstjert ( Motacilla flava ), gylden oriole ( Oriolus oriolus ) eller den store flekkete . Det røde brystet til robin ( Erithacus rubecula ) er derimot forårsaket av rødbrun pheomelanin . Hos gjess er fugler karotenoider sjeldne som vårpigmenter, og så langt bare i den (sannsynligvis utdøde) rosahodede and og australske rosaørede and oppdaget spektroskopisk. Hvis maten inneholder for få eller ingen karotenoider, vil de tilsvarende fjærområdene være hvite etter neste mygg . Mutasjoner som fører til forstyrrelser i karotenoidakkumuleringen i fjæren er sjeldne, de med endret lagring av melanin er vanligere.

Fisk, amfibier og reptiler

Hos fisk, amfibier og reptiler oppstår fargen på huden og skalaene når lys samhandler med tre forskjellige typer kromatoforer (pigmentceller, fargestoffdannende celler), melanoforer, xantoforer og iridoforer. I tillegg til pteridiner og flaviner inneholder xantoforene også karotener hentet fra mat. Disse tre typer fargestoffer er ansvarlige for gulaktige eller røde farger.

Dinoflagellater og bakterier

Rødvann - alg blomstrer utenfor kysten av San Diego
Strukturell formel av peridinin
Struktur av sarcinaxanthin

De dinoflagellater , unicellulære alger som oppstår i ferskvann og saltvann og fytoplankton er iført peridinin i pigmenteringen. Dette karotenoiden - et apokarotenoid med den empiriske formelen C 39 H 50 O 7 - danner et lyshøstingskompleks sammen med klorofyll a i et forhold på 4: 1 bundet til en proteinstruktur . Komplekset fanger fotoner , overfører energien til det sentrale klorofyllatomet og gjør dem dermed brukbare for fotosyntese . I næringsrike vannet kan ha en giftig ved spredning av dinoflagellate algeoppblomstring forårsaket selv Red Dawn (engelsk røde bølgen kalles) som har farge er hovedsakelig på peridinin. Andre fotosyntetisk viktige karotenoider er fucoxanthin (C 42 H 58 O 6 ) og andre derivater som fungerer som tilbehørspigmenter .

I cellemembranene til bakterier er forskjellige karotenoider glykosylerte eller ikke-glykosylerte og beskytter dem mot fotooksidativ ødeleggelse av UV-lys eller frie radikaler. I den marine bakterien Micrococcus luteus , for eksempel, den gulaktige karotenoid er sarcinaxanthin representert et glykosylert cyklisk C 50 xantofyll (C 50 H 72 O 2 ). Den svært like gule karotenoid decaprenoxanthin (C 50 H 72 O 2 ) forekommer i tillegg til sarcinaxanthin i corynebakterier (f.eks. Corynebacterium glutamicum , C. callunae , C. marinum ). I Staphylococcus aureus er den gul-oransje fargen forårsaket av stafyloksantin (C 51 H 78 O 8 ), som i tillegg til å stabilisere membranen gjennom sin antioksidanteffekt, også bidrar til patogenisiteten til dette patogenet.

Funksjon i fotosyntese

Den primære oppgaven til karotenoider i fotosyntese av planter er å beskytte klorofyllmolekyler fra å bli ødelagt av fotooksidering . De fungerer som fotobeskyttende midler som beskytter plantecellen mot reaktive oksygenarter gjennom ikke-fotokjemisk slukking . I tillegg utvider de absorpsjonsspekteret til fotosyntetiske organismer i det blågrønne spektrale området og er delvis involvert i energioverføringen i antennekompleksene og fotosystemene . Der fungerer de som lette høstpigmenter i lyshøstingskomplekset , som absorberer fotoner og overfører energien til det fotosyntetiske reaksjonssenteret. De blir derfor referert til sammen med phycobilins som tilbehørspigmentene til fotosyntese. I xanthophyll-syklusen , som finner sted i kloroplastene, absorberes overflødig lysstråling og omdannes til ufarlig varme.

Estimater av den årlige karotenoidsyntese av planter utgjør 100 millioner tonn per år.

Fordelingen av karotenoider til sekundære plantestoffer er derfor ikke helt korrekt, siden, i motsetning til definisjonen av sekundære plantemetabolitter, kan klare primære funksjoner i fotosyntese tildeles dem.

Teknisk betydning og syntese

Av de rundt 700 kjente naturlige karotenoider er noen av større industriell betydning og syntetiseres i industriell målestokk: β-karoten , astaxanthin , canthaxanthin , 8'-apo-β-carotenic acid ethyl ester, 8'-apo-β- karotenaldehyd, citranaxanthin , lykopen og zeaxanthin . Den tekniske produksjonen av naturidentiske karotenoider ble først utviklet på Hoffmann-La Roche AG og på BASF SE . Prosedyrene er komplekse og inkluderer som universelle koblingsmetoder:

Siden ( E , Z ) isomerblandinger ofte oppstår, følger ofte en fotokjemisk isomerisering (konvertering) av den mest uønskede ( Z ) form til ønsket ( E ) form.

Bioteknologisk produksjon

Det er mulig å introdusere gener for biosyntese av karotenoider i sopp, bakterier og planter eller å øke innholdet av hastighetsbegrensende enzymer for å øke produksjonen av karotenoider. Den gjær Phaffia rhodozyma kan bli genetisk modifisert på en slik måte at den frembringer mer astaxanthin og fremmede karotenoider. Det er også mulig å øke akkumuleringen av zeaxanthin i potetknoller betydelig. Den transgene risvarianten med kallenavnet gylden ris ble spesielt utviklet for utviklingsland for å motvirke vitamin A-mangelen.

Brukes som fargestoff

Klar til å koke laks, kuttet som en biff

Karotenoider tilsettes ofte som et tilsetningsstoff , for eksempel for å påvirke fargen på kjøttet i oppdrettslaks , noe som ville være grått hvis det ble matet med biter av fiskemel i fangenskap uten tilsetning. Villaks tar normalt fargestoffet fra å spise små krepsdyr. De lager det ikke selv heller, men spiser i stedet små alger som inneholder xanthophyll astaxanthin .

Astaxanthin , en xantofyll

Av en lignende grunn blir flamingoer i dyrehagen også matet med karotenoider, fordi de ikke kan innta kreotdyrholdige krepsdyr og alger og ellers mister fjærdraktfargen. Eggeplommen kan også påvirkes av tilsetningsstoffer i fôret til kyllinger, spesielt hvis dyrene knapt finner gress eller mais som inneholder naturlige karotenoider. Matvarer som er farget direkte med karotenoider er for eksempel margarin og fruktjuice .

Individuelle bevis

  1. ↑ duden.de: Karotenoid , kjemisk teknisk språk karotenoid .
  2. ^ Zdzislaw ZE Sikorski: Kjemiske og funksjonelle egenskaper til matlipider. CRC Press, 2010, ISBN 978-1-420-03199-7 , s.41 .
  3. ↑ a b UGB: Karotenoider: Rød og gul holder deg i form
  4. ↑ N. Moran, T. Jarvik: Lateral overføring av gener fra sopp ligger til grunn for karotenoid-produksjon i bladlus . I: Vitenskap . Volum 328, 2010, s. 624-627. doi : 10.1126 / science.1187113 . PMID 20431015 .
  5. ↑ B. Altincicek, J. Kovacs, N. Gerardo horisontale Overførte sopp karotenoid-gener i den to-flekkete edderkoppmidd Tetranychus urticae . I: Biology Letters . Volum 8, nr. 2, 2012, s. 253-257. doi : 10.1098 / rsbl.2011.0704 . PMID 21920958 . PMC 3297373 (fri fulltekst).
  6. ^ Wissenschaft-Online-Lexika: Entry on xanthophylls in the Lexicon of Nutrition , åpnet 7. mars 2009
  7. Arn Thomas Arnhold: 1.4.1 Vitamin A-kilder I: Studier av metabolismen av vitamin A / retinoider med sikte på å vurdere risikoen for deres teratogene effekter hos mennesker ; Pp. 6-7; Avhandling; Braunschweig, 7. mars 2000. Fulltekst
  8. ^ Daniel B. Thomas og Helen F. James : Ikke-destruktiv Raman-spektroskopi bekrefter karotenoidpigmentert fjærdrakt i Pink-headed Duck In: Volum 133, 2016, s. 147-154 doi : 10.1642 / AUK-15-152.1 pdf
  9. ↑ Hein van Grouw: Ikke alle hvite fuglen er en albino: fornuft og tull om fargeavvik i fugler. Dutch Birding, Vol. 28, nr. 2, 2006 s. 79-89 (PDF; 458 kB).
  10. ↑ Tony Gamble, Jodi L. Aherns og Virginia-kort: tyrosinaseaktiviteten i huden av tre stammer av Albino Gecko (eublepharis macularius). ( Memento av den opprinnelige fra 27 januar 2012 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. Gekko 5: s. 39-44. (PDF; 767 kB). @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.tc.umn.edu
  11. ↑ J. Odenthal, K. Rossnagel, P. Haffter, RN Kelsh, E. Vogelsang, M. Brand, FJ van Eeden, M. Furutani-Seiki, M. Granato, M. Hammerschmidt, CP Heisen, YJ Jiang, DA Kane , MC Mullins, C. Nüsslein-Volhard: Mutasjoner som påvirker xanthophore pigmentering i sebrafisken, Danio rerio. I: Utviklingsvolum 123, desember 1996, s. 391-398, PMID 9007257 .
  12. ↑ Frost-Mason SK, Mason KA: Hvilken innsikt i pigmentering av virveldyr har axolotl-modellsystemet gitt? , I: The International Journal of Developmental Biology , Vol. 40, nr. 4, august 1996, s. 685-693, PMID 8877441 .
  13. ↑ D. Carbonera, M. Di Valentin, R. Spezia, A. Mezzetti: De unike Photophysical Egenskaper av Peridinin-klorofyll-a-protein. I: Current Protein Peptide Science , Vol. 15, nr. 4, juni 2014, s. 332-350; doi : 10.2174 / 1389203715666140327111139 , PMID 24678668 , PMC 4030626 (fri fulltekst).
  14. ↑ N. Furuichi, H. Hara, T. Osaki, M. Nakano, H. Mori, S. Katsumura: Stereocontrolled total syntese av en polyfunksjonell karotenoid, peridinin. I: Journal of Organic Chemistry , bind 69, nr. 23, 12. november 2004, s. 7949-7959, doi : 10.1021 / jo048852v , PMID 15527275 .
  15. ↑ T. Polívka, R. Hiller, D. Zigmantas, V. Sundström: Spent tilstandsdynamikk av karotenoiden peridinin. I: Femtochemistry and Femtobiology , desember 2004, s. 445-452, doi : 10.1016 / B978-044451656-5 / 50087-6 .
  16. ↑ R. Netzer, M. Stafsnes, T. Andreassen, A. Goksøyr, P. Bruheim, T. Brautaset: biosyntetiske vei for γ-cyklisk sarcinaxanthin i Micrococcus luteus : heterolog ekspresjon og bevis for ulike og multiple katalytiske funksjoner av C (50 ) karotenoid-sykluser. I: Journal of Bacteriology. Volum 192, nr. 21, november 2010, s. 5688-5699, doi : 10.1128 / JB.00724-10 , PMID 20802040 , PMC 2953688 (fri fulltekst).
  17. ↑ S. Heider, P. Peters-Wendisch, V. Wendisch: karotenoid biosyntese og overproduksjon i Corynebacterium glutamicum . I: BMC Microbiology Volume 12, No. 198, 10. september 2012, doi : 10.1186 / 1471-2180-12-198 .
  18. ↑ N. Henke, S. Heider, S. Hannibal, V. Wendisch, P. Peters-Wendisch: Isoprenoid Pyrofosfat-avhengig transkripsjonsregulering av karotenogenese i Corynebacterium glutamicum . I: Microbiology Volume 24, 8. april 2017, s. 633, doi : 10.3389 / fmicb.2017.00633 .
  19. ↑ A. Popov, A. Kapreliants, D. Ostrovskii, V. Ignatov: Studie av membraner av pigment-fri mutant av Staphylococcus aureus. I: Biokhimiia Vol. 41, nr. 6, juli 1976, s. 1116-1120, PMID 1027489 .
  20. ↑ C. Liu, G. Liu, Y. Song, F. Yin, M. Hensler, W. Jeng, V. Nizet, A. Wang, E. Oldfield: A Cholesterol Biosynthesis Inhibitor Blocks Staphylococcus aureus Virulence. I: Science , Volume 319, No. 5868, March 2008, s. 1391-1394, doi : 10.1126 / science.1153018 , PMC 2747771 (fri fulltekst).
  21. ↑ Bernd Schäfer: Naturlige stoffer fra den kjemiske industrien , Elsevier GmbH, Spektrum Verlag, 2007, s. 407-434, ISBN 978-3-8274-1614-8 .
  22. Me Karl Meyer: Karotenoider - betydning og tekniske synteser: Fargerike antioksidanter . I: Kjemi i vår tid . teip 36 , nr. 3 , 2002, s. 178-192 , doi : 10.1002 / 1521-3781 (200206) 36: 3 <178 :: AID-CIUZ178> 3.0.CO; 2- # .
  23. ↑ Goethe University Frankfurt am Main, Institute for Molecular Biosciences AK Sandmann: Carotenoid Biosynthesis in Plants and Microorganisms ( Memento of the original fra 24. juni 2009 i Internettarkivet ) Info: Arkivkoblingen ble automatisk satt inn og ennå ikke sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. . @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.uni-frankfurt.de
  24. ↑ farbimpulse.de - Hvordan fargen kommer inn i (oppdretts) laks , 24. september 2008.
  25. ↑ Barbara Reye: Hvor mer farge kommer på tallerkenen din og i dyrehagen , 10. februar 2009.

weblenker

Commons : Carotenoids  - Samling av bilder, videoer og lydfiler