Функции каротиноидов в организме животных и человека

Хотя животные обычно не синтезируют каротиноидов, они их имеют и даже накапливают. Каротиноидами обусловлен розовый цвет креветок, лосося, оперения фламинго, красный цвет вареных раков, желтый цвет яичного желтка. В желтом пятне (macula lutea) — центральном участке сетчатки глаза млекопитающих и человека, обеспечивающем максимальную остроту зрения, — концентрируются некоторые каротиноиды (например, лютеин), что и придает желтый цвет пятну.

Какое значение каротиноиды имеют для человека и других организмов, не обладающих оксигенным фотосинтезом? Важнейшая функция каротиноидов — роль провитамина А, предшественника витамина А. Название «витамин А» в первую очередь относится к ретиналю и ретинолу, отчасти к ретиноевой кислоте (см. рис. 57). Рети- наль образуется при окислительном распаде каротиноидов (рис. 60).

Биосинтез ретиноидов в организме человека (по

Рис. 60. Биосинтез ретиноидов в организме человека (по: Jang е. а., 2011)

Роль провитамина А могут играть только те каротиноиды, которые имеют не- окисленное (3-иононовое кольцо. Поэтому наиболее эффективным провитамином А является (3-каротин, в молекуле которого два таких кольца. В результате окислительного разрыва молекулы (3-каротина образуется две молекулы ретиналя. Менее эффективен а-каротин, имеющий только одно (3-иононовое кольцо. Активность провитамина А также присуща криптоксантину, у которого имеется одно неокисленное (3-иононовое кольцо. Всего в природе существует 50-60 каротиноидов, способных в нашем организме превращаться в витамин А.

Окислительный разрыв молекулы (3-каротина происходит с помощью (3-каротин- 15,15'-монооксигеназы в слизистой оболочке тонких кишок. Животные сильно отличаются по способности превращать каротины в ретиналь. Некоторые хищники вообще не имеют (3-каротин-15,15'-монооксигеназы и должны получать с пищей непосредственно витамин А.

В нашем организме ретиналь восстанавливается до ретинола при участии ре- тинолдегидрогеназы (рис. 60). Эта реакция обратима. Ретиналь может необратимо окисляться до ретиноевой кислоты при участии ретинальдегидрогеназы.

Ретинол транспортируется и запасается в основном в виде сложных эфиров с жирными кислотами, которые образуются в реакции этерификации. Эфиры ретинола, последовательно подвергаясь действию эстеразы и ретинолдегидрогеназы, превращаются в ретиналь.

Химической основой нашей способности воспринимать свет является фотоизомеризация ретиналя, который в качестве хромофора входит в состав фоторецепторов сетчатки глаза. Ретиналь присоединяется к белкам-опсинам в палочках и колбочках — фоторецепторных клетках сетчатки. Ретиналь ковалентно связывается с опси- нами через основание Шиффа, которое возникает в результате сопровождающегося выделением воды взаимодействия альдегидной группы ретиналя с ?-аминогруппой лизина белка (рис. 61).

Чувствительность фоторецепторов к свету и воспринимаемый ими световой диапазон определяются особенностями белков-опсинов. В палочках, которых больше на периферии сетчатки, ретиналь входит в состав родопсина, а в колбочках, плотность которых выше в центре сетчатки, — в состав трех разных иодопсинов, воспринимающих синий, зеленый либо красный свет. Наиболее чувствителен к свету родопсин, позволяющий нам хорошо видеть в сумерках, но не различать цвета. Иодопсины менее чувствительны к свету, но хорошо различают цвета. Они обеспечивают нам цветное зрение днем.

В наружном сегменте фоторецепторной клетки сетчатки (палочки либо колбочки) в результате поглощения фотона происходит изомеризация ретиналя в составе родопсина или иодопсина: 11-цис-изомер превращается в полный транс-изомер, который гидролитически отщепляется от белка, далее восстанавливается до полного транс-ретинола при участии ЫАЭРН-зависимой ретинолдегидрогеназы (рис. 61).

Ретинол перемещается в клетки пигментного эпителия сетчатки, где он этерифи- цируется под действием лецитин:ретинол ацилтрансферазы. Далее изомерогидрола- за расщепляет этот сложный эфир, одновременно изомеризуя полный транс-ретинол в 11-цис-ретинол, который окисляется до 11-цис-ретиналя при участии специфических ретинолдегидрогеназ. Далее 11-цнс-ретиналь перемещается обратно в наружный сегмент палочек или колбочек, где соединяется с тем или иным опсином.

При нехватке витамина А первым нарушается функционирование родопсина, для которого требуется наибольшее количество ретиналя. Поэтому ранний признак нехватки витамина А — неспособность хорошо видеть при сумеречном освещении, или куриная слепота. Затем происходит снижение остроты дневного зрения.

Каротиноиды нам нужны не только как источник витамина А, но и как антиоксиданты. У животных и человека нет хлорофилла — самого мощного природного фотосенсибилизатора, превращающего триплетный кислород в синглетный. Тем не менее, как уже обсуждалось в главе 1, синглетный кислород у человека все-таки

Фотоизомеризация и цикл ретиналя в сетчатке глаза в процессе восприятия света (по

Рис. 61. Фотоизомеризация и цикл ретиналя в сетчатке глаза в процессе восприятия света (по: СавсеПа е. а., 2013)

образуется (его производят такие фотосенсибилизаторы, как рибофлавин, меланины, порфирины), а каротиноиды — самые эффективные его гасители.

Желтые ксантофиллы — лютеин и зеаксантин — накапливаются в сетчатке, концентрируясь в macula lutea — желтом пятне. Макула — это область максимальной концентрации фоторецепторов и наивысшей остроты зрения в сетчатке позвоночных, расположенная в центре глазного дна. Каротиноиды защищают сетчатку от ультрафиолета А (315-400 нм), поглощая его длинноволновую часть. Кроме того, они поглощают избыточный синий свет. Доказано, что высокое содержание ксантофиллов в макуле снижает вероятность ее возрастной дегенерации. Поэтому для нас важны не только каротиноиды с активностью провитамина А, но и те, которые этой активности не имеют.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >