کاروتنوئیدها و زانتوفیل‌ها

کاروتنوئیدها رنگدانه‌های محلول در چربی هستند که از یک زنجیره بلند پلی‌ان مزدوج ساخته شده‌اند و مسئول بسیاری از رنگ‌های زرد، نارنجی و قرمز در غذاهای گیاهی می‌باشند. آنها به کاروتن‌ها (هیدروکربن‌های خالص مانند بتاکاروتن و لیکوپن) و زانتوفیل‌ها (کاروتنوئیدهای حاوی اکسیژن مانند لوتئین و زآگزانتین) تقسیم می‌شوند و به عنوان خاموش‌کننده‌های اکسیژن منفرد، منبع غذایی پروویتامین A و رنگدانه‌های ماکولای چشم مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

Definition

کاروتنوئیدها رنگدانه‌های ایزوپرنوئیدی C40 با یک سیستم گسترده از پیوندهای دوتایی مزدوج هستند؛ زانتوفیل‌ها زیرگروه اکسیژن‌دار حاوی گروه‌های هیدروکسیل، کتو یا اپوکسی هستند که از کاروتن‌های صرفاً هیدروکربنی متمایز می‌شوند.

Scope

این موضوع ساختار و طبقه‌بندی کاروتنوئیدها و زانتوفیل‌ها، شیمی زنجیره پلی‌ان جاذب نور و رفتار آنتی‌اکسیدانی آنها، تبدیل پروویتامین A، نقش لوتئین و زآگزانتین در شبکیه، و درس‌های حاصل از آزمایش‌های مکمل بتاکاروتن در مقیاس بزرگ را پوشش می‌دهد. این یک مرجع بیوشیمی و تغذیه است، نه راهنمای بالینی.

Core questions

• کاروتنوئیدها و زانتوفیل‌ها چگونه طبقه‌بندی می‌شوند و چه چیزی به آنها رنگ می‌دهد؟
• اساس شیمیایی فعالیت آنتی‌اکسیدانی و خاموش‌کنندگی اکسیژن منفرد آنها چیست؟
• کدام کاروتنوئیدها پروویتامین A هستند و چگونه تبدیل می‌شوند؟
• چرا لوتئین و زآگزانتین در چشم تجمع می‌یابند و آزمایش‌های بتاکاروتن چه چیزی را آشکار کردند؟

Key concepts

• کاروتن‌ها در مقابل زانتوفیل‌ها
• کروموفور پلی‌ان مزدوج
• خاموش‌کنندگی اکسیژن منفرد
• تبدیل پروویتامین A
• لوتئین و زآگزانتین به عنوان رنگدانه ماکولا
• جذب و فراهمی زیستی وابسته به چربی

Key theories

خاموش‌کنندگی اکسیژن منفرد مبتنی بر پلی‌ان

زنجیره پلی‌ان مزدوج به کاروتنوئیدها اجازه می‌دهد تا نور را جذب کرده و انرژی اکسیژن منفرد و رادیکال‌های پراکسیل را به صورت گرما دفع کنند، که یک حالت آنتی‌اکسیدانی متمایز از اهدای هیدروژن توسط ترکیبات فنلی است.

رفتار پیش‌اکسیدانی وابسته به زمینه

در غلظت‌های بالا یا کشش اکسیژن بالا، برخی کاروتنوئیدها می‌توانند به عنوان پیش‌اکسیدان عمل کنند، مفهومی که برای تفسیر آسیب‌های غیرمنتظره در آزمایش‌های مکمل بتاکاروتن با دوز بالا به کار گرفته شده است.

Mechanisms

سیستم پیوند دوتایی مزدوج گسترده کاروتنوئیدها نور مرئی را جذب می‌کند و به آنها رنگ می‌دهد و به آنها اجازه می‌دهد تا اکسیژن منفرد را با پذیرش انرژی تحریک آن و آزاد کردن آن به صورت گرما، به صورت فیزیکی خاموش کنند، و همچنین رادیکال‌های پراکسیل را از بین ببرند. کاروتنوئیدهای پروویتامین A مانند بتاکاروتن به رتینال و رتینول شکسته می‌شوند و به وضعیت ویتامین A کمک می‌کنند. لوتئین و زآگزانتین به طور انتخابی در ماکولا تجمع می‌یابند، جایی که نور آبی را فیلتر کرده و گونه‌های واکنش‌پذیر را خاموش می‌کنند. از آنجایی که کاروتنوئیدها لیپوفیلیک هستند، جذب آنها به چربی رژیم غذایی و ماتریکس غذایی بستگی دارد و در غلظت بالا یا کشش اکسیژن، رفتار آنتی‌اکسیدانی آنها می‌تواند به سمت اثرات پیش‌اکسیدانی معکوس شود.

Clinical relevance

بیوشیمی کاروتنوئیدها زیربنای سهم رژیم غذایی در وضعیت ویتامین A و مطالعه رنگدانه ماکولا در سلامت چشم است، و آزمایش‌های مکمل بتاکاروتن نقطه عطفی برای درک این موضوع است که چرا آنتی‌اکسیدان‌های جدا شده با دوز بالا می‌توانند به طور غیرمنتظره‌ای عمل کنند. این مدخل از درک مکانیکی و شواهد پشتیبانی می‌کند و مبنایی برای تصمیم‌گیری در مورد مکمل یا درمان نیست.

Epidemiology

مصرف بیشتر غذاهای غنی از کاروتنوئید در مطالعات مشاهده‌ای با پیامدهای مختلف سلامتی مرتبط است، با این حال، آزمایش‌های تصادفی‌سازی شده بتاکاروتن با دوز بالا در افراد سیگاری، افزایش بروز سرطان ریه را نشان داد، که این تضاد در نحوه تفسیر مصرف کاروتنوئید مبتنی بر غذا در مقابل مکمل توسط این حوزه، محوری است.

Evidence & guidelines

شواهد از شیمی رنگدانه و جذب تا مطالعات تغذیه‌ای مشاهده‌ای و آزمایش‌های بزرگ مکمل تصادفی‌سازی شده متغیر است؛ به ویژه آزمایش‌های بتاکاروتن دیدگاه‌ها را در مورد مکمل‌های آنتی‌اکسیدانی جدا شده تغییر داد. هیچ راهنمای بالینی در اینجا ارائه نمی‌شود.

History

شیمی کاروتنوئیدها از طریق کارهای قرن بیستم بر روی رنگدانه‌های گیاهی و رابطه کاروتن با ویتامین A تثبیت شد. علاقه تغذیه‌ای با تحقیقات در مورد فراهمی زیستی و بیوکانورسیون در دهه‌های ۱۹۹۰ و ۲۰۰۰ افزایش یافت، در حالی که آزمایش آلفا-توکوفرول، بتاکاروتن در سال ۱۹۹۴ و مطالعات مرتبط، بازنگری عمده‌ای در مکمل‌های کاروتنوئید با دوز بالا را برانگیخت.

Debates

چرا مکمل‌های بتاکاروتن با دوز بالا خطر سرطان ریه را در افراد سیگاری افزایش دادند؟

آزمایش‌ها در افراد سیگاری پرخطر نشان داد که بتاکاروتن مکمل، بروز سرطان ریه را افزایش می‌دهد، برخلاف انتظارات مشاهده‌ای، که فرضیه‌هایی را در مورد رفتار پیش‌اکسیدانی در غلظت بالا و کشش اکسیژن و در مورد از دست دادن ماتریکس غذایی محافظ برانگیخت.

Key figures

• Norman Krinsky
• Robert M. Russell
• Clive E. West
• Richard A. Bone

Seminal works

• castenmiller-1998
• krinsky-2003
• atbc-1994

Frequently asked questions

تفاوت بین کاروتن و زانتوفیل چیست؟

هر دو کاروتنوئید هستند، اما کاروتن‌ها (مانند بتاکاروتن و لیکوپن) هیدروکربن‌های خالص هستند، در حالی که زانتوفیل‌ها (مانند لوتئین و زآگزانتین) اتم‌های اکسیژن را نیز در ساختار خود دارند.

چرا چربی رژیم غذایی برای جذب کاروتنوئید مهم است؟

کاروتنوئیدها محلول در چربی هستند، بنابراین همراه با لیپیدهای رژیم غذایی جذب می‌شوند؛ یک وعده غذایی با چربی بسیار کم، میزان جذب کاروتنوئید را کاهش می‌دهد.