Биологическая роль каротиноидов

пигмент яичного желтка ) носит название зеаксантин:

Изомером зеаксантина является ксантофилл желтых листьев (лютеин), у которого первый гидроксилированный цикл -иононовый, второй же -иононовый :

Далее в списке каротиноидов подгруппы ксантофиллов следует флавоксантин ( пигмент лютика ) с эмпирической формулой С40Н56О3, два изомера -виолаксантин ( пигмент анютиных глазок ) и тараксантин ( пигмент одуванчика ) с эмпирической формулой С40Н56О4. Строение этих оксипроизводных каротина еще недостаточно выяснено.

К ксантофиллам относится также фукоксантин ( пигмент бурых водорослей ) с эмпирической формулой С40Н60О6. Структура ксантина выяснена недавно и представляется в следующем виде:

Капсантин С40Н58О3 - главный пигмент кожицы плодов паприки - подобно криптоксантину имеет в своей молекуле один гидроксилированный -иононовый цикл. На другом же конце молекулы капсантина - псевдоцикл:

Следующая подгруппа каротиноидов принадлежит к оксосоединениям. Из них наиболее изучен родоксантин С40Н50О2:

В свое время родоксантин считался единственным кетопроизводным каротина. Однако теперь известны также афанин С40Н54О, являющийся

монокетопроизводным -каротина:

и миксоксантин С40Н54О - аналогичное производное -каротина:

К монокетонам относится также, как выяснилось, и каротиноид животного происхождения эхиненон С40Н58О + Н2.

Из каротиноидов с числом углеродных атомов, меньшим 40, наиболее известны кроцетин и биксин ( карбоновые кислоты ) и азафрин (оксикислота). Вообще говоря, представители этой группы каротиноидов гораздо реже встречаются в природе и накапливаются только в растениях. Среди них не найдено углеводородов. Существуют предположения, в связи с этим, что каротиноиды с числом углеродных атомов 40 образуются в органах растений путем окисления каротиноидов с 40 углеродными атомами в молекуле.

Кроцетин С20Н24О4 является желтым пигментом шафрана. В нем четыре кислородных атома находятся в двух карбоксильных группах:

Популярный краситель для пищевых жиров биксин С24Н30О - красный пигмент семян Bixa orellana - представляет собой метиловый эфир дикарбоновой кислоты норбиксина С24Н28О4:

Другой краситель для жиров - азафрин С27Н38О4, получаемый из тропических растений видов Scrophulariacea, является оксикислотой со следующим строением:

Из каротиноидов животного происхождения нельзя еще не упомянуть ретинен, извлеченный из сетчатки глаза, адаптированной в темноте. Ретин является продуктом распада зрительного пурпура - родопсина и играет важную роль в механизме процесса зрения.

СВОЙСТВА КАРОТИНА

Кристаллический каротин представляет собой вещество темного медно-красного цвета с блестящим металлическим оттенком. Чистые изомеры каротина отличаются по оттенку окраски. Кристаллы -каротина - оранжево-красные с ярким блеском, -каротин образует фиолетовые кристаллы с металлическим блеском, -каротин -темнокрасные.

Форма кристаллов каротина еще недостаточно изучена. Следует предполагать наличие полиморфизма, главным образом в зависимости от природы растворителя. Олкович и Маттилл отмечают, кроме того, зависимость формы кристаллов от условий кристаллизации - температуры, концентрации, скорости охлаждения, продолжительности стояния раствора. По Цехмейстеру, каротин из смеси сероуглерода и спирта выкристаллизовывается в четко выраженных кубиках, из петролейного эфира, выпадает в виде призм; -каротин из бензина выкристаллизовывается в виде призм или пучков игл. Олкович и Маттилл наблюдали при кристаллизации каротина образование ромбоэдров ( из петролейного эфира ), треугольных пластинок (из ацетона), игл (из хлороформа и метанола ), пучков игл (из сероуглерода и абсолютного спирта), квадратных пластинок (из петролейного эфира и метанола). Авторы считают, что, несмотря на различие формы, каротин всегда кристаллизуется в гексагональной системе.

Совершенно чистый каротин не имеет запаха. Однако в связи с тем, что даже при самом тщательном хранении каротина в нем всегда образуется некоторое количество продуктов разложения, каротин приобретает приятный запах корней флорентийской фиалки, вызываемый -иононом.

КАРОТИН КАК ПРОВИТАМИН А

общие сведения

Провитаминная сущность каротина заключается в том, что этот пигмент способен расщепляться в организме человека и многих животных с образованием витамина А. Таков, повидимому, единственный путь образования витамина А, не синтезирующегося самостоятельно в природных условиях. В 1931 году Каррер установил, что витамин А является ненасыщенным спиртом состава С20Н29ОН с пятью конъюгированными двойными связями и -иононовым циклом:

Иначе говоря, витамин А представляет собой гидролизованную половину молекулы симметричного -каротина и получается из него путем окислительного распада по средней (центральной) двойной связи:

С40Н56 + 2Н2О = 2С20Н29ОН

Однако прошло довольно много времени, пока была обнаружена эта взаимосвязь между каротином и витамином А. В течении почти столетия каротин рассматривался исключительно, как широко распространенный растительный пигмент - спутник хлорофилла, не имеющий перспектив практического использования в качестве красителя вследствие своей легкой окисляемости.

Окончательному установлению взаимосвязи между каротином и витамином А предшествовала длительная научная дискуссия между биохимиками и физиологами.

В 1918 году в печати появилась статья Стинбока и сотрудников. Авторы приводили результаты своих наблюдений над физиологической ростовой активностью многих растений и растительных вытяжек, которая была аналогична по своему характеру активности ранее уже известного фактора А рыбьих жиров. В этой работе и в последующих исследованиях Стинбока и его сотрудников, было отмечено, что специфическое физиологическое действие растительных материалов находится в прямой зависимости от содержания в них липохромов, т.е. жирорастворимых красно-оранжевых и желтых пигментов. Дреммонд в 1919 году высказал первоначально предложение о том, что один из этих пигментов должен быть идентичен витамину А. Стинбок обратил внимание на каротин и нашел, что он способен стимулировать рост крыс в отсутствии витамина А. Однако в последующих своих работах Дреммонд и сотрудники выступили с возражением против идентичности каротина с витамином А. Чистый кристаллический каротин в опытах этих авторов не оказывал ожидаемого физиологического эффекта. Дреммонд утверждал, что положительный результат у Стинбока получен за счет каких-либо примесей к недостаточно чистому препарату каротина. Другое возражение, выставленное Дреммондом, заключалось в том, что наиболее эффективный препарат витамина А - жир печени рыб, а также и ряд других жиров, обладающих А-витаминной активностью, не содержат каротина и не окрашены в характерный для него красно-оранжевый цвет.

Дискуссия между американским биохимиком Стинбоком и английским физиологом Дреммондом шла по явно неправильному пути. Вопрос был разрешен лишь после появления экспериментальных работ Эйлера и его сотрудников и Мура. Обнаружилось, что каротин способен быть фактором роста лишь при наличии витамина D, который сопутствует витамину А в рыбьих жирах, но в применяемой Дреммондом диете для крыс, кормящихся каротином, полностью отсутствовал. Вторая ошибка Дреммонда заключалась в том, что он не учитывал незначительной степени ресорбции кристаллического каротина организмом без жировой Среды.

В 1929-1930 гг. была окончательно установлена А-витаминная физиологическая активность каротина, полученного из различных растительных материалов, и впервые обнаружено, что в печени кроликов, питающихся морковью, откладывается не каротин, а какое-то более бледно окрашенное вещество. Вскоре выяснилось, что это вещество и является витамином А. При кормлении крыс жировой диетой, лишенной витамина А, но содержащей определенные