Karotenoidy – właściwości, działanie i wykorzystanie karotenoidów

Karotenoidy to w uproszczeniu barwniki odpowiadające za żółtą, pomarańczową i czerwoną kolorystykę warzyw i owoców. Współczesna nauka definiuje ich już ponad 1170 i lista ta na pewno nie jest jeszcze zamknięta – co roku opisuje się nowe. Badacze są też pewni, że bez karotenoidów życie na Ziemi nie byłoby wcale możliwe, a ich dzisiejsza postać jest wynikiem trwającej miliony lat ewolucji roślin.



Marchew – cenny zdrój karotenoidów i inspiracja dla ich nazwy, fot. shutterstockMarchew – cenny zdrój karotenoidów i inspiracja dla ich nazwy, fot. shutterstock
  1. Ksantofile i karoteny, czyli chemiczne ABC
  2. Karotenoidy w przyrodzie
  3. Karotenoidy - kolorowe antyoksydanty
  4. Przeciwrakowe działanie karotenoidów
  5. Zdrowszy układ sercowo-naczyniowy dzięki karotenoidom
  6. Inne pozytywne skutki włączania do diety karotenoidów
  7. Karotenoidy - tak czy nie?
Choć karotenoidy towarzyszą nam od zawsze, wiedza o nich jest stosunkowo niedawna. Pierwsze studia dotyczące natury kolorów w przyrodzie rozpoczęto w pierwszej połowie XIX w. W 1831 r. po serii doświadczeń przeprowadzonych na poczciwej marchwi H. Wackenroder po raz pierwszy wyizolował i opisał związek zwany dziś beta-karotenem. Całą grupę związków nazwano zresztą właśnie na cześć marchewek (Daucus carota).

W przeciągu kolejnych 30 lat zidentyfikowano ksantofil w jesiennych liściach oraz likopen w pomidorach, a na początku XX w. badania nad karotenoidami nabrały niezwykłego rozpędu dzięki wykorzystaniu chromatografii i spektrometrii. Aktualnie uważa się, że niezwykłe barwniki występują w ponad 700 gatunkach fauny i flory.

Ksantofile i karoteny, czyli chemiczne ABC

Karotenoidy to związki organiczne o dość zróżnicowanej budowie zwane ogólnie tetraterpenoidami, ponieważ ich struktura składa się z jednostek zawierających po 5 atomów węgla. Do podstawowego szkieletu terpenowego liczącego 40 atomów węgla doczepiają się więc kolejne cząstki po 5. Kolejną cechą charakterystyczną jest występowanie dwóch pierścieni cykloheksylowych na końcach węglowego łańcucha.

Karotenoidy ogólnie dzieli się pod kątem chemicznym na dwie grupy:
  • ksantofile – najczęściej żółte, zawierające również tlen (np. luteina, zeaksantyna);
  • karoteny – zwykle czerwone i pomarańczowe, będące czystymi węglowodorami (np. beta-karoten, likopen).

Właściwości barwnikowe da się łatwo wytłumaczyć budowlą molekularną. Otóż specyficzne cząsteczki karotenoidów są w stanie absorbować fale o długości 400 do 550 nanometrów odpowiadające spektrum świetlnego promieniowania od fioletu do jasnej zieleni. W efekcie większość związków przyjmuje pośrednie odcienie żółci, pomarańczy i czerwieni.

Karotenoidy w przyrodzie

W świecie naturalnym karotenoidy występują w wolnej postaci oraz w estrowych związkach z kwasami tłuszczowymi w kwiatach, owocach, tkankach zwierzęcych, mikroorganizmach oraz glonach. Co ciekawe, jedyne gatunki zoologiczne, które potrafią samodzielnie wytwarzać karotenoidy to mszyce i roztocza – pozostałe zwierzęta oraz ludzie muszą spożywać je ze strawą. Ponadto, także bakterie i niektóre gatunki grzybów potrafią produkować karotenoidy, aby chronić swój system odpornościowy. Doskonałym przykładem jest tutaj niesławny paciorkowiec złocisty (Staphylococcus aureus), którego złota barwa jest właśnie dowodem na obecność karotenoidów w komórkach.

Dla roślin i glonów karotenoidy są przede wszystkim wspomaganiem w procesie metabolizmu. Intensywne barwniki absorbują światło potrzebne do fotosyntezy i jednocześnie chronią chlorofil przed uszkodzeniem. Ponadto, niektóre karotenoidy mogą być w tkankach wątroby lub jelit organizmów żywych zmieniane również w retinol, a więc pochodną witaminy A – należą do nich zwłaszcza alfa-karoten, beta-karoten oraz beta-kryptoksantyna. Inne, nie mające powinowactwa z prowitaminą A, takie jak luteina i zeaksantyna, są z kolei obecne w siatkówce oka ludzkiego, gdzie pełnią funkcję ochronną.
Znajdujący się w pomidorach likopen również zaliczany jest do karetonoidów, fot. shutterstock

Karotenoidy - kolorowe antyoksydanty

Jedną z podstawowych zalet karotenoidów dla organizmów żyjących jest niezwykła zdolność do wiązania reaktywnych form tlenu. Mówiąc bardziej zrozumiałym językiem, chodzi o słynną przeciwutleniającą moc, neutralizującą wolne rodniki powstające w tkankach wskutek normalnych procesów metabolicznych. Jako silne antyoksydanty karotenoidy są generalnie uważane za sprzymierzeńców w zapobieganiu chorobom sercowo-naczyniowym, nowotworom, zaburzeniom wzroku oraz wrażliwości na światło.

Pośród wszystkich opisanych dotychczas karotenoidów w ludzkiej diecie występuje ok. 50, a 20 z nich da się zidentyfikować w naszej krwi i tkankach. Niestety, przyswajalność poszczególnych związków zależy od ich postaci (te obecne w tłuszczach są lepiej przyswajalne niż np. kryształki likopenu w pomidorach), genetyki danego organizmu, płci i wieku, a także współistniejących chorób, przyjmowanych leków oraz proporcji dietetycznych.

Przeciwrakowe działanie karotenoidów

Światowa Organizacja Zdrowia przewiduje, że 2030 r, na całym świecie 11 milionów ludzi umrze z powodu guzów nowotworowych. Naukowcy uważają, że dieta bogata w antyoksydanty jest jedną z podstawowych metod ochrony przed najgorszym. Istnieje wiele studiów łączących wysokie spożycie bogatych w karotenoidy warzyw i owoców z wyraźnym zmniejszeniem ryzyka zachorowania na raka. Szczególnie wskazuje się na:
  • ochronną rolę likopenu w prewencji raka prostaty oraz jajników;
  • ochronną rolę beta-karotenu wobec nowotworu gardła, krtani i jamy ustnej;
  • wspierającą rolę astaksantyny w leczeniu raka piersi;
  • ogólne ograniczenie ryzyka zachorowania na raka o 45-50% wskutek regularnego spożywania kolorowych warzyw i owoców.

Uwaga!
Paradoksalnie i nieco przewrotnie, beta-karoten okazuje się wyraźnie zwiększać ryzyko zachorowania na raka płuc u ludzi palących oraz spożywających duże ilości alkoholu. Trudno jednak w tym kontekście winić karotenoidy, nie zaś niezdrowy styl życia.
Diagram obrazujący źródła dietetyczne wybranych karotenoidów; opracowanie własne

Zdrowszy układ sercowo-naczyniowy dzięki karotenoidom

Jako cząsteczki chętnie łączące się z tłuszczami karotenoidy bardzo efektywnie wiążą hydrofobowe cząsteczki reaktywnego tlenu, chroniąc tym samym błony komórkowe przed oksydacją. W szerszej skali przekłada się to na ochronę kondycji tętnic przed utlenionym cholesterolem LDL i zapobieganie ich twardnieniu. Zdaniem naukowców beta-karoten, alfa-karoten, likopen, luteina, zeaksantyna oraz beta-kryptoksantyna w wyraźny sposób ograniczają ryzyko rozwoju chorób układu krwionośnego i serca, zwłaszcza miażdżycy naczyń. W pośredni sposób przekłada się to obniżenie przedwczesnej śmiertelności i częstotliwości zawałów serca w populacji.
Karotenoidy, a konkretnie luteina i zeaksantyna znajdują się również w żółtku jaja kurzego, fot. shutterstock

Inne pozytywne skutki włączania do diety karotenoidów

Karotenoidy okazują się chronić przed promieniowaniem UV nie tylko rośliny, ale także tkanki ludzkiego organizmu. Ich antyoksydacyjne właściwości redukują pojawianie się w skórze substancji uwrażliwiających na światło związanych szkodliwym wpływem promieniowania UVA – w tym zakresie szczególnie ważną rolę odgrywają beta-karoten oraz kantaksantyna. Likopen z kolei efektywnie ograniczania rumień wywoływany promieniowaniem UVB, zaś karotenoidy ogólnie podejrzewane są ochronne działanie w kontekście przebarwień i zmarszczek spowodowanych światłem słonecznym, jak również przesuszania i utraty elastyczności skóry.

Ponadto dotychczasowe badania wskazują również, że:
  • Likopen ogranicza ryzyko rozwoju chorób degeneracyjnych;
  • Luteina i zeaksantyna redukują ryzyko rozwoju zaćmy oraz związanej z wiekiem degeneracji siatkówki;
  • Astaksantyna wykazuje korzystne działanie w kontekście przeciążeniowych bólów mięśni i bólów reumatycznych. Ma ona również chronić skórę przed poparzeniem słonecznym oraz zmarszczkami;
  • Beta-kryptoksantyna również ogranicza nasilenie reumatycznych stanów zapalnych stawów;
  • Alfa-karoten o 39% redukuje ryzyko przedwczesnej śmierci z powodu nowotworu, chorób serca i innych problemów zdrowotnych!

Karotenoidy - tak czy nie?

Podsumowując, obecność karotenoidów w diecie wydaje się bardzo potrzebna, ale też nie jest trudna od osiągnięcia, jeśli tylko będziemy odżywiać się różnorodnie, kolorowo i z dużym udziałem świeżych warzyw i owoców. I choć każdy ze wspomnianych wyżej, ważniejszych karotenoidów jest dziś dostępny pod postacią suplementów, lekarze zgadzają się, że w kwestii przyswajalności oraz bezpiecznych dawek nic nie dorównuje zdrowym posiłkom opartym w głównej mierze na pokarmach roślinnych.
Ekologia.pl (Agata Pavlinec)

Bibliografia

  1. Oregon State University; “α-Carotene, β-Carotene, β-Cryptoxanthin, Lycopene, Lutein, and Zeaxanthin”; data dostępu: 2019-11-29
  2. Andrêssa Silva Fernandes i in.; “Introductory Chapter: Carotenoids - A Brief Overview on Its Structure, Biosynthesis, Synthesis, and Applications”; data dostępu: 2019-11-29
  3. Oguz Merhan; “The Biochemistry and Antioxidant Properties of Carotenoids”; data dostępu: 2019-12-29
  4. Johnson EJ; “The role of carotenoids in human health”; data dostępu: 2019-11-29
  5. Natália Mezzomo, Sandra R. S. Ferreira; “Carotenoids Functionality, Sources, and Processing by Supercritical Technology: A Review”; data dostępu: 2019-11-29
  6. Manfred Eggersdorfer, Adrian Wyss; “Carotenoids in human nutrition and health”; data dostępu: 2019-11-29
Ocena (5.0) Oceń:
Pasaż zakupowy