Carotenoid và Xanthophyll

Carotenoid là các sắc tố tan trong chất béo được cấu tạo từ một chuỗi polyene liên hợp dài, tạo nên nhiều màu vàng, cam và đỏ trong thực phẩm thực vật. Chúng được chia thành caroten (hydrocarbon thuần túy như beta-caroten và lycopene) và xanthophyll (carotenoid chứa oxy như lutein và zeaxanthin), và được nghiên cứu như các chất làm tắt oxy singlet, là nguồn cung cấp provitamin A trong chế độ ăn, và là sắc tố hoàng điểm của mắt.

Definition

Carotenoid là các sắc tố isoprenoid C40 với hệ thống liên kết đôi liên hợp mở rộng; xanthophyll là phân lớp chứa oxy bao gồm các nhóm hydroxyl, keto, hoặc epoxy, được phân biệt với các caroten chỉ chứa hydrocarbon.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc và phân loại carotenoid và xanthophyll, hóa học của chuỗi polyene hấp thụ ánh sáng và hành vi chống oxy hóa của chúng, sự chuyển đổi provitamin A, vai trò của lutein và zeaxanthin trong võng mạc, và những bài học từ các thử nghiệm bổ sung beta-caroten liều cao. Đây là tài liệu tham khảo về hóa sinh và dinh dưỡng, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Carotenoid và xanthophyll được phân loại như thế nào và điều gì tạo nên màu sắc của chúng?
• Cơ sở hóa học của hoạt tính chống oxy hóa, làm tắt oxy singlet của chúng là gì?
• Những carotenoid nào là provitamin A và chúng được chuyển đổi như thế nào?
• Tại sao lutein và zeaxanthin tích tụ trong mắt, và các thử nghiệm beta-caroten đã tiết lộ điều gì?

Key concepts

• Caroten so với xanthophyll
• Chất tạo màu polyene liên hợp
• Làm tắt oxy singlet
• Chuyển đổi provitamin A
• Lutein và zeaxanthin là sắc tố hoàng điểm
• Hấp thụ và khả dụng sinh học phụ thuộc chất béo

Key theories

Làm tắt oxy singlet dựa trên polyene

Chuỗi polyene liên hợp cho phép carotenoid hấp thụ ánh sáng và tiêu tán năng lượng của oxy singlet và các gốc peroxyl dưới dạng nhiệt, một cơ chế chống oxy hóa khác biệt so với sự cho hydro của các hợp chất phenolic.

Hành vi tiền oxy hóa phụ thuộc vào ngữ cảnh

Ở nồng độ cao hoặc áp suất oxy cao, một số carotenoid có thể hoạt động như chất tiền oxy hóa, một khái niệm được viện dẫn để giải thích những tác hại không mong muốn trong các thử nghiệm bổ sung beta-caroten liều cao.

Mechanisms

Hệ thống liên kết đôi liên hợp mở rộng của carotenoid hấp thụ ánh sáng nhìn thấy, tạo ra màu sắc của chúng, và cho phép chúng làm tắt oxy singlet một cách vật lý bằng cách chấp nhận năng lượng kích thích của nó và giải phóng dưới dạng nhiệt, cũng như loại bỏ các gốc peroxyl. Các carotenoid provitamin A như beta-caroten được phân cắt thành retinal và retinol, góp phần vào tình trạng vitamin A. Lutein và zeaxanthin tích lũy chọn lọc ở hoàng điểm, nơi chúng lọc ánh sáng xanh và làm tắt các loài phản ứng. Vì carotenoid là chất ưa béo, sự hấp thụ của chúng phụ thuộc vào chất béo trong chế độ ăn và ma trận thực phẩm, và ở nồng độ cao hoặc áp suất oxy cao, hành vi chống oxy hóa của chúng có thể đảo ngược thành tác dụng tiền oxy hóa.

Clinical relevance

Hóa sinh carotenoid là nền tảng cho sự đóng góp của chế độ ăn vào tình trạng vitamin A và nghiên cứu sắc tố hoàng điểm trong sức khỏe mắt, và các thử nghiệm bổ sung beta-caroten là một điểm tựa để hiểu tại sao các chất chống oxy hóa liều cao riêng lẻ có thể hoạt động không mong muốn. Mục này hỗ trợ hiểu biết về cơ chế và bằng chứng và không phải là cơ sở cho các quyết định bổ sung hoặc điều trị.

Epidemiology

Trong các nghiên cứu quan sát, việc tiêu thụ thực phẩm giàu carotenoid cao hơn có liên quan đến nhiều kết quả sức khỏe khác nhau, tuy nhiên các thử nghiệm ngẫu nhiên về beta-caroten liều cao ở người hút thuốc đã tìm thấy sự gia tăng tỷ lệ mắc ung thư phổi, một sự tương phản trung tâm trong cách lĩnh vực này diễn giải việc tiêu thụ carotenoid từ thực phẩm so với từ chất bổ sung.

Evidence & guidelines

Bằng chứng bao gồm từ hóa học sắc tố và hấp thụ thông qua các nghiên cứu dinh dưỡng quan sát đến các thử nghiệm bổ sung ngẫu nhiên lớn; các thử nghiệm beta-caroten đặc biệt đã định hình lại quan điểm về việc bổ sung chất chống oxy hóa riêng lẻ. Không có hướng dẫn lâm sàng nào được đưa ra ở đây.

History

Hóa học carotenoid được thiết lập thông qua công trình nghiên cứu về sắc tố thực vật và mối quan hệ caroten-vitamin A trong thế kỷ XX. Mối quan tâm về dinh dưỡng tăng lên với nghiên cứu về khả dụng sinh học và chuyển hóa sinh học vào những năm 1990 và 2000, trong khi thử nghiệm Alpha-Tocopherol, Beta Carotene năm 1994 và các nghiên cứu liên quan đã thúc đẩy một sự xem xét lại lớn về việc bổ sung carotenoid liều cao.

Debates

Tại sao các chất bổ sung beta-caroten liều cao làm tăng nguy cơ ung thư phổi ở người hút thuốc?

Các thử nghiệm ở những người hút thuốc có nguy cơ cao cho thấy beta-caroten bổ sung làm tăng tỷ lệ mắc ung thư phổi, trái ngược với kỳ vọng từ các nghiên cứu quan sát, thúc đẩy các giả thuyết về hành vi tiền oxy hóa ở nồng độ cao và áp suất oxy cao và về sự mất đi ma trận thực phẩm bảo vệ.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa caroten và xanthophyll là gì?

Cả hai đều là carotenoid, nhưng caroten (như beta-caroten và lycopene) là hydrocarbon thuần túy, trong khi xanthophyll (như lutein và zeaxanthin) cũng chứa các nguyên tử oxy trong cấu trúc của chúng.

Tại sao chất béo trong chế độ ăn lại quan trọng đối với sự hấp thụ carotenoid?

Carotenoid tan trong chất béo, vì vậy chúng được hấp thụ cùng với lipid trong chế độ ăn; một bữa ăn rất ít chất béo sẽ làm giảm lượng carotenoid được hấp thụ.