Биологическая роль каротина и каротиноидов

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Введение

1.1. Исторические данные

1.2. Установление химической структуры каротина

2. Основная часть

2.1. Природные изомеры каротина

2.2. Каротиноиды

2.3. Свойства каротина

2.4. Каротин как провитамин А

2.4.1. Общие сведения

2.4.2. Усвоение организмом и образование

витамина А.

2.5. Биологическая активность каротина и каротиноидов

3. Заключение

3.1. Витамин А и злокачественный рост

3.2. Физиологическое действие каротина

ИСТОРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Впервые каротин был выделен в 1831 году Вакенродером из желтой репы и моркови. По имени этой последней - Daucus carota - он и получил свое название. Несколько лет спустя, в 1837 году, Берцелиус путем экстрагирования спиртом выделил из осенних листьев зеленых растений желтое красящее вещество, названное им ксантофиллом. В 1847 году Цейзе описал пигмент моркови, присвоив ему предположительно эмпирическую формулу С5 Н 8. Позднее, в 1861 году, Гуземан приписал каротину новую эмпирическую формулу С18 Н24О на основании данных элементарного анализа на углерод и водород ( С = 84,14, Н = 9,80 и С = 83,98, Н = 9,77 ).

Серия работ Арно ( 1885 - 1889 гг. ) была направлена к дальнейшему выяснению химической природы каротина. Арно высказал предположение, что желтое красящее вещество, присутствующее в зеленых листьях разных растений ( ксантофилл Берцелиуса ), идентично красящему веществу моркови ( каротину Вакенродера ). Элементарный анализ пигмента, проведенный Арно, дал следующие результаты в трех определениях:

I. С = 88,55 II. С = 88,75 III. С = 88,70

Н = 10,59 Н = 10,67 Н = 10,62

Арно приписал исследованному желтому красящему веществу новую эмпирическую формулу С26Н38 ( теоретически для такой формулы С = 89,14 и Н =10,86 ) и назвал его каротеном. Однако этот термин впоследствии не привился, и за пигментом осталось его прежнее название - каротин.

Выводы Арно, за исключением констатации несомненного углеводородного характера каротина, были в последующем подвергнуты переоценке. Еще в 1883 году Бородиным было сделано наблюдение, легшее в основу всех дальнейших исследований в области красно - желто - оранжевых природных пигментов. Бородин доказал, что желтый пигмент, извлеченный из зеленых растений, не вполне идентичен каротину моркови и состоит из смеси минимум двух различных пигментов, в которой каротин присутствует лишь как составная часть в тех или иных количествах. Предложение Бородина подтвердилось в работах еще одного русского ботаника - Монтеверде и других исследователей. Так было положено начало изучению комплекса каротиновых красящих веществ, которое продолжается и до настоящего времени.

Предложенная Арно эмпирическая формула для каротина оставалась не опровергнутой в течении 20 лет. Усилия ученых в конце XIX и в первые годы XX ст. были направлены к тому, чтобы внести какую-либо определенность в характеристики и классификацию желто-оранжевых растительных пигментов. Бугарель получил каротин из зеленых листьев в кристаллическом виде и назвал его эритрофиллом. Другие исследователи пытались разделить и классифицировать спутников каротина. В своих работах они приняли простейшие физико-химические приемы - фильтрование через активный уголь, обработку различными растворителями и т.д. Некоторая наметка на возможность классификации желтых пигментов появилась тогда, когда в Сорби и Краус обратились к помощи спектрального анализа, определив полосы поглощения растворов веществ, выделенных из различных растворительных материалов. Однако и тут, как правильно отмечает Любименко, “несмотря на наличность оптических отличий у исследованных Краусом пигментов, этот ученый не склонен был придавать им большого значения и вместо того, чтобы ближе изучить химические и физические признаки отдельных представителей намеченных групп, он просто объявил их формами ксантофилла”.

Некоторое оживление в исследовании природных красящих наметилось в начале текущего столетия. Оно связано с работами Вальштеттера по исследованию хлорофилла, разделению и идентификации пигментов, сопутствующих ему в растительных органах. В своей работе “Исследование хлорофилла” Вильштеттер посвящает отдельную главу “желтым спутникам” этого распространенейшего в природе пигмента.

Вильштеттер и Миг в 1907 году выделяли каротин из сушенных листьев жгучей крапивы путем экстрагирования петролейным эфиром. По своим свойствам этот пигмент оказался совершенно идентичным каротину из моркови. Анализ очищенного вещества дал следующие результаты в трех пробах:

I. С = 89,09 II. С = 89,50 III. С = 89,23

Н = 10,48 Н = 10,59 Н = 10,54

Среднее соотношение между С и Н в анализах Вильштеттера и Мига было получено равным 1,406 ( у Арно - 1,428 ). Такой результат более всего приближается к эмпирической формуле С5 Н7. Определения же молекулярного веса вещества по точке кипения в хлороформе и сероуглероде привели авторов к окончательной формуле С40Н56. Вильштеттер и Миг подтверждают правильность своих выводов также на примере анализа иодида каротина, в результате которого было получено:

I. С = 51,62 II. С = 51,69

Н = 6,20 Н = 6,25

I = 41,53 I = 41,71

Эти данные более соответствуют формуле С40Н56I3 ( С = 52,35; Н = 6,15; I = 41,50 ), чем формуле для иодида, предположенной Арно ( С26Н38I ).

Вольштеттер разграничил понятия “каротин” и “ксантофилл” и характеризовал ксантофилл, как оксипроизводное каротина. Вольштеттер указал также на ошибку Гуземана, принимавшего свое оксисоединение за каротин, в то время как по расчетам Вильштеттера оно как раз соответствовало ксантофиллу, имеющему формулу С40Н56О2.

Таким образом из работ Вильштеттера вытекает, что в растениях обнаружено как будто только два желтых пигмента - каротин и ксантофилл. Эмпирическая формула каротина, данная Вильштеттером, получила впоследствии подтверждение согласно структурному анализу. Существование же, кроме каротина, только одного ксантофилла было сомнительным, так как еще до исследований Вильштеттера , ботаниками был накоплен значительный материал по извлечению растительных желтых пигментов, обладающих различными спектральными характеристиками и растворимостями. Имеется в виду цитированные выше работы Бородина и других авторов. Впрочем и сам Вильштеттер, в конце концов, выразил сомнение в однородности полученных им препаратов, что в последствии целиком оправдалось.

Замечательное открытие русского ботаника Цвета, опубликовавшего в 1910 году свою работу “Хромофиллы в растительном и животном мире”, показало единственно эффективный путь к разрешению данного вопроса. Цвет предложил пользоваться для разделения желтых, красных и оранжевых пигментов методом хроматографической адсорбции, сделавшимся впоследствии одним из наиболее тонких орудий в органическом анализе.

Цвету удалось, изолировав каротин, расположить ту смесь, которую Вильштеттер назвал “ксантофиллом”, еще на четыре отдельных пигмента. Автор назвал их ксантофиллами a, a’ a’’ и b, но не успел подвергнуть всестороннему изучению. Однако путь для дальнейшего дифференцирования растительных пигментов был намечен совершенно правильно и обеспечил успех последующих исследований.

Разнообразие желтых, красных и оранжевых красящих веществ растений в это время было подтверждено также фактом выделения углеводорода ликопина в целом ряде растений, где он сопутствует каротину ксантофиллу. Было установлено также наличие ликопина в томатах. Назревала необходимость ввести хотя бы предварительную рациональную классификацию каротиновых красящих веществ.

Первая попытка в этом направлении сделана в 1916 году Любименко в его работе “О превращениях пигментов пластид в живой ткани растения”. Классификация Любименко базировалась на двух признаках - растворимости пигментов в одном и том же органическом растворителе и сходстве спектров поглощения в сероуглеводороде, определяющихся визуально при помощи спектроскопа. Автор делил, прежде всего, все пигменты хлоропластов на желтые и красные. Желтые, в свою очередь, по отношению к муравьиной кислоте делились на группу каротина, представители которой нерастворимы в кислоте, и группу ксантофилла, члены которой легко растворимы в муравьиной кислоте. К красным пигментам Любименко относил группу ликопина и группу родоксантина.