El beta-caroteno pertenece al gran grupo de carotenoides - pigmento lipofílico (soluble en grasa) tintes de origen vegetal, que se clasifican como compuestos vegetales secundarios (sustancias bioactivas con salud-efectos promotores - “ingredientes nutritivos”). El beta-caroteno es el más conocido y, en términos de cantidad, el representante natural más importante de la clase de sustancia de carotenoides, del cual también se deriva el nombre colectivo de los compuestos. Característica estructural de beta-caroteno es la estructura simétrica de polienos poliinsaturados (compuesto orgánico con múltiples carbonodobles enlaces de carbono (CC)), que consta de ocho unidades isoprenoides y 11 dobles enlaces conjugados (→ tetraterpeno con 40 átomos de C). Un anillo de beta-ionona (anillo de trimetilciclohexeno conjugado no sustituido) está unido a cada extremo de la cadena isoprenoide, un elemento estructural que también se encuentra en el retinol (vitamina A) y es un requisito previo para la actividad de la vitamina A. El sistema de dobles enlaces conjugados le da al betacaroteno su color rojo anaranjado a rojo y es responsable de algunas propiedades fisicoquímicas del carotenoide que están directamente relacionadas con sus efectos biológicos. La lipofilicidad pronunciada (solubilidad en grasas) del betacaroteno influye tanto en el intestino (en relación con el intestino) absorción y en el organismo El betacaroteno puede presentarse en diferentes formas geométricas (isómeros cis / trans), que son convertibles entre sí. En las plantas, el betacaroteno está presente predominantemente (~ 98%) como un isómero todo trans estable. En el organismo humano, a veces pueden concurrir diferentes formas isoméricas, a diferencia de las xantofilas, como luteína, zeaxantina y beta-criptoxantina, beta-caroteno, como alfa-caroteno y licopeno, no contiene un oxígeno grupo funcional. De los aproximadamente 700 carotenoides identificados, unos 60 son convertibles a vitamina A (retinol) por el metabolismo humano y, por lo tanto, exhiben actividad provitamina A. El betacaroteno (isómero todo-trans y 13-cis) es el representante más importante con esta propiedad y tiene la mayor vitamina A actividad, seguida por todo-trans alfa-caroteno, todo-trans beta-criptoxantina y 8′-beta-apocarotenal. Por lo tanto, el betacaroteno hace una contribución crucial al suministro de vitamina A, especialmente en personas con ingesta baja de vitamina A, como los vegetarianos. Los requisitos moleculares de los carotenoides para la eficacia de la vitamina A incluyen:
- Anillo de beta-ionona (anillo de trimetilciclohexeno conjugado no sustituido).
- Los cambios en el anillo provocan reducciones en la actividad.
- Los carotenoides con un anillo portador de oxígeno (O), como la luteína y la zeaxantina, o sin estructura de anillo, como el licopeno, no tienen actividad de vitamina A
- Cadena isoprenoide
- Al menos 15 átomos de C más 2 grupos metilo.
- Los isómeros cis tienen menor actividad biológica que los isómeros trans
Luz y calor o la presencia de oxígeno puede disminuir la actividad de la vitamina A del betacaroteno mediante isomerización (conversión trans → configuración cis) y modificación oxidativa de la estructura molecular, respectivamente.
Síntesis
El betacaroteno es sintetizado por plantas, algas y bacterias fotosintéticas capaz de fotosíntesis y se almacena en el organismo vegetal en los cromoplastos (plastidios de color naranja, amarillo y rojizo por carotenoides en pétalos, frutas u órganos de almacenamiento (zanahorias) de plantas) y cloroplastos (orgánulos de células de algas verdes y plantas superiores que realizan la fotosíntesis) -incorporado en una matriz compleja de proteínas, lípidosy hidratos de carbono. Allí, el betacaroteno, junto con otros carotenoides, proporciona protección contra el daño fotooxidativo actuando como un "extintor" ("desintoxicante", "inactivador") de reactivos oxígeno compuestos (1O2, oxígeno singlete), es decir, que absorben directamente la energía radiante a través del estado triplete y la desactivan mediante la liberación de calor. Dado que la capacidad de extinción aumenta con el número de dobles enlaces, el betacaroteno con sus 11 dobles enlaces tiene la actividad de extinción más fuerte en comparación con otros carotenoides. El betacaroteno representa el carotenoide más abundante en la naturaleza y se encuentra en una amplia variedad de frutas (2-10 mg / kg) y hortalizas (20-60 mg / kg), aunque el contenido puede variar mucho según la variedad. temporada, grado de madurez, crecimiento, condiciones de cosecha y almacenamiento, y en diferentes partes de la planta. Por ejemplo, las hojas exteriores de repollo contienen 200 veces más betacaroteno que las hojas internas. Frutas y verduras de color amarillo / naranja y verduras de hoja verde oscuro, como zanahorias, calabazas, col rizada, espinacas, col rizada repollo, lechuga de cordero, pimientos morrones, achicoria, batatas y melones, son particularmente ricos en betacaroteno. Debido a sus propiedades colorantes, el betacaroteno, extraído de plantas o producido sintéticamente, se usa como colorante (E 160 y E 160a, respectivamente) en aproximadamente el 5% de todos los alimentos en Alemania, incluso para colorear. mantequilla, margarina, productos lácteos, pastas para untar, confitería o gaseosas, con un promedio de entre 1-5 mg / kg y mg / l agregados a alimentos sólidos y bebidas, respectivamente.
Absorción
Debido a su naturaleza lipofílica (soluble en grasa), el betacaroteno se absorbe (capta) en la parte superior intestino delgado durante la digestión de grasas. Esto requiere la presencia de grasas en la dieta (3-5 g / comida) como transportadores, ácidos biliares solubilizar (aumentar la solubilidad) y formar micelas y esterasas (digestivo enzimas CRISPR-Cas) para escindir el betacaroteno esterificado. Después de la liberación de la matriz alimentaria, el betacaroteno se combina en la luz del intestino delgado con otras sustancias lipofílicas y ácidos biliares para formar micelas mixtas (estructuras esféricas de 3-10 nm de diámetro en las que el lípido moléculas están dispuestos de tal manera que los agua- las porciones de moléculas solubles se giran hacia afuera y las porciones de moléculas insolubles en agua se giran hacia adentro) - Fase micelar para la solubilización (aumento de solubilidad) de lípidos - que se absorben en los enterocitos (células del intestino delgado epitelio) De la duodeno (duodeno) y yeyuno (yeyuno) mediante un proceso de difusión pasiva. los absorción La tasa de betacaroteno de los alimentos vegetales varía considerablemente entre los individuos y dentro de ellos, oscilando entre el 30 y el 60%, según la proporción de grasas consumidas al mismo tiempo; en promedio, el 50% cuando se consumen aproximadamente entre 1 y 3 mg de betacaroteno. En términos de su influencia promotora sobre la absorción de betacaroteno, los ácidos grasos saturados son mucho más efectivos que los ácidos grasos poliinsaturados (ácidos grasos poliénicos, PFS), que se pueden justificar de la siguiente manera:
- La SSP aumenta el tamaño de las micelas mixtas, lo que disminuye la velocidad de difusión.
- La SSP altera la carga de la superficie micelar, disminuyendo la afinidad (fuerza de unión) a los enterocitos (células del epitelio del intestino delgado)
- Los PFS (ácidos grasos omega-3 y -6) ocupan más espacio que los ácidos grasos saturados en las lipoproteínas (agregados de lípidos y proteínas, partículas similares a las micelas, que sirven para transportar sustancias lipofílicas en la sangre), lo que limita el espacio para otras sustancias lipofílicas. moléculas, incluido el betacaroteno
- SLP, especialmente omega-3 ácidos grasos, inhiben la síntesis de lipoproteínas.
La biodisponibilidad del betacaroteno depende de los siguientes factores endógenos y exógenos además de la ingesta de grasas [3, 6, 7, 11-13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42 , 46]:
- Cantidad de betacaroteno alimentario (dietético) suministrado: a medida que aumenta la dosis, la biodisponibilidad relativa del carotenoide disminuye
- Forma isomérica: el betacaroteno se absorbe mejor en su configuración todo trans que en su forma cis.
- Fuente de alimento: de los suplementos (betacaroteno aislado), el carotenoide está más disponible que de las frutas y verduras (betacaroteno nativo), lo que se manifiesta en un aumento significativamente mayor en los niveles séricos de betacaroteno después de tomar suplementos en comparación con tomar los mismos. cantidades de la dieta habitual
- Matriz de alimentos en la que se incorpora betacaroteno: de vegetales procesados (trituración mecánica, tratamiento térmico), el betacaroteno se absorbe significativamente mejor (> 15%) que de los alimentos crudos (<3%), porque el carotenoide en los vegetales crudos está presente en la célula cristalina y encerrada en una matriz de celulosa sólida indigerible
- Interacciones con otros ingredientes alimentarios:
- La fibra dietética, como las pectinas de las frutas, disminuye la biodisponibilidad del betacaroteno al formar complejos poco solubles con el carotenoide.
- Olestra (sustituto de grasa sintético que consiste en ésteres de ácidos grasos y sacarosa (→ poliéster de sacarosa), que no puede ser escindido por las lipasas del cuerpo (enzimas que disocian la grasa) y se excreta sin cambios) reduce la absorción de betacaroteno
- Los fitoesteroles y estanoles (compuestos químicos de la clase de esteroles que se encuentran en las partes grasas de las plantas, como semillas, brotes y semillas, que son muy similares a la estructura del colesterol e inhiben competitivamente su absorción) perjudican la absorción intestinal del betacaroteno.
- La ingesta de mezclas de carotenoides, como betacaroteno, luteína y licopeno, puede inhibir y promover la absorción intestinal de betacaroteno.
- Proteínas y vitamina E aumentar el betacaroteno absorción.
- El rendimiento digestivo individual, como la trituración mecánica en el tracto digestivo superior, el pH gástrico, el flujo de bilis: la masticación profunda y el pH bajo del jugo gástrico promueven la alteración celular y la liberación de betacaroteno unido y esterificado, respectivamente, lo que aumenta la biodisponibilidad del carotenoide; la disminución del flujo de bilis disminuye la biodisponibilidad debido a la formación alterada de micelas
- Estado de suministro del organismo
- Nivel de suministro de vitamina A: con un buen estado de vitamina A, se reduce la absorción de betacaroteno.
- Factores genéticos
Biotransformación
En el citosol de las células del yeyuno (intestino vacío), parte del betacaroteno se convierte en retinol (vitamina A). Para este propósito, el carotenoide se escinde en el doble enlace central o excéntrico (descentralizado) por la enzima citosólica, no unida a membrana, 15,15′-dioxigenasa-carotinasa, siendo la escisión central el mecanismo predominante. Mientras que la escisión central (simétrica) del betacaroteno da lugar a dos moléculas de escisión retiniana, descentralizada (asimétrica) del carotenoide da lugar a 8′-, 10′- y 12′-beta-apocaroteno, respectivamente, dependiendo del sitio de degradación (descomposición), que se convierte en una molécula de retina. por mayor degradación o acortamiento de la cadena, respectivamente. Esto es seguido por la reducción de la retina al retinol biológicamente activo por alcohol deshidrogenasa - proceso reversible -, que se une a la proteína II de unión al retinol celular (CRBPII) y, en concentraciones fisiológicas, es esterificada por lecitina-retinol aciltransferasa (LRAT) o - en concentraciones más altas - por acil-CoA-retinol aciltransferasa (ARAT) con ácidos grasos, principalmente ácido palmítico (→ retinil éster). Además, la retina se puede oxidar a ácido retinoico, un proceso irreversible que ocurre sólo en pequeña medida [1, 3-5, 13, 31, 36, 37]. La conversión (transformación) de betacaroteno en retinol en el citosol de los enterocitos (células del intestino delgado epitelio) se estima en un 17%. Además de los enterocitos, la metabolización (metabolización) también puede ocurrir en el citosol de hígado, pulmón, riñóny células musculares. Tanto oxígeno como un ion metálico, presumiblemente de hierro - son necesarios para mantener la actividad de la 15,15′-dioxigenasa. La conversión de betacaroteno en retinol depende de los siguientes factores:
- Factores genéticos
- Características dietéticas que afectan la absorción intestinal, como la matriz alimentaria y el contenido de grasa.
- Cantidad de betacaroteno suministrado
- Estado proteico
- Situación de suministro del organismo
- Nivel de suministro de vitamina A y vitamina E
- Consumo de alcohol
Cuando el betacaroteno y el retinol (vitamina A) se consumen simultáneamente o cuando el estado de la vitamina A es bueno, la actividad de la 15,15′-dioxigenasa en las células del intestino delgado disminuye, reduciendo la tasa de conversión y aumentando la cantidad de betacaroteno que se consume. no hendido. Por esta razón, no hay riesgo de hipervitaminosis A incluso a dosis muy altas de betacaroteno. La influencia del tipo de alimento, la matriz alimentaria en la que se incorpora el betacaroteno y la cantidad de grasa añadida al mismo tiempo sobre la conversión enterocítica del betacaroteno en retinol se muestra en la siguiente tabla.
| Son aproximadamente equivalentes en efecto a 1 µg de todo-trans-retinol. | 2 µg de betacaroteno en leche | Relación de conversión 2: 1 |
| 4 µg de betacaroteno en grasas | Relación de conversión 4: 1 | |
| 8 µg de betacaroteno en zanahorias homogeneizadas preparadas con grasa o verduras de hoja verde cocidas, respectivamente. | Relación de conversión 8: 1 | |
| 12 µg de betacaroteno en zanahorias cocidas y coladas | Relación de conversión 12: 1 | |
| 26 µg de betacaroteno en verduras de hoja verde cocidas | Relación de conversión 26: 1 |
Para lograr una actividad de vitamina A correspondiente a la ingesta de 1 µg de todo-trans-retinol, una ingesta de betacaroteno de, por ejemplo, 2 µg de leche, Se requieren 12 µg de zanahorias cocidas y coladas, o 26 µg de verduras de hoja verde cocidas. Esto deja en claro que a través de la selección de alimentos dirigida, la presencia de grasas en la dieta y los procesos de procesamiento de alimentos, como cocinar o trituración mecánica, respectivamente, es necesario suministrar menos betacaroteno dietético para la conversión en retinol, lo que se debe a su mejor absorción intestinal. Con el aumento de la absorción de betacaroteno, también aumenta la conversión del carotenoide en retinol en los enterocitos.
Transporte y distribución en el cuerpo
La porción de betacaroteno que no se ha metabolizado a retinol en las células de la mucosa del intestino delgado se incorpora, junto con los ésteres de retinilo y otras sustancias lipofílicas, en quilomicrones (CM, lipoproteínas ricas en lípidos), que se secretan (secretan) en los espacios intersticiales de los enterocitos por exocitosis (transporte de sustancias fuera de la célula) y se transportan a través de la linfa. A través del truncus intestinalis (tronco colector linfático no apareado de la cavidad abdominal) y el conducto torácico (tronco colector linfático de la cavidad torácica), los quilomicrones entran en la subclavia. vena (vena subclavia) y vena yugular (vena yugular), respectivamente, que convergen para formar la vena braquiocefálica (lado izquierdo) - angulus venosus (ángulo venoso). Las venas brachiocephalicae de ambos lados se unen para formar el superior no apareado vena cava (vena cava superior), que se abre a la aurícula derecha de las corazón. Los quilomicrones se introducen en el periférico circulación por la fuerza de bombeo del corazón. Los quilomicrones tienen una vida media (tiempo en el que un valor que disminuye exponencialmente con el tiempo se reduce a la mitad) de aproximadamente 30 minutos y se degradan a remanentes de quilomicrones (CM-R, partículas remanentes de quilomicrones bajos en grasa) durante el transporte al hígado. En este contexto, la lipoproteína lipasa (LPL) juega un papel crucial, que se encuentra en la superficie de las células endoteliales de sangre capilares y conduce a la captación de ácidos grasos y pequeñas cantidades de betacaroteno y ésteres de retinilo en diversos tejidos, por ejemplo, músculo, tejido adiposo y glándula mamaria, mediante escisión de lípidos. Sin embargo, la mayor parte del betacaroteno y el retinol esterificado moléculas permanecen en los CM-R, que se unen a receptores específicos en el hígado y se incorporan a las células parenquimatosas del hígado mediante endocitosis mediada por receptores (invaginación de las membrana celular → estrangulación de vesículas que contienen CM-R (orgánulos celulares) en el interior de la célula). Mientras que los ésteres de retinilo siguen la ruta metabólica de la vitamina A, el betacaroteno se metaboliza (metaboliza) parcialmente a retinol y / o se almacena en las células del hígado. La otra parte se almacena en VLDL (muy bajo densidad lipoproteínas; lipoproteínas que contienen lípidos de muy baja densidad), a través de las cuales el carotenoide viaja a través del torrente sanguíneo hasta los tejidos extrahepáticos ("fuera del hígado"). Como VLDL circulando en el sangre se une a las células periféricas, lípidos se escinden por acción de la LPL y las sustancias lipofílicas liberadas, incluido el betacaroteno, se internalizan (captan internamente) por difusión pasiva. Esto da como resultado el catabolismo de VLDL a IDL (intermedio densidad lipoproteínas). Las partículas de IDL pueden ser absorbidas por el hígado de una manera mediada por receptores y degradarse allí o metabolizarse en el sangre plasma por un triglicérido lipasa (enzima que descompone la grasa) para colesterol-Rico LDL (bajo densidad lipoproteínas) .Betacaroteno unido a LDL es, por un lado, absorbido en el hígado y tejidos extrahepáticos a través de endocitosis mediada por receptores y, por otro lado, se transfiere a HDL (lipoproteínas de alta densidad; lipoproteínas ricas en proteínas de alta densidad), que intervienen en el transporte de betacaroteno y otras moléculas lipofílicas, especialmente colesterol, desde las células periféricas hasta el hígado. El contenido corporal total de betacaroteno es de aproximadamente 100-150 mg. La provitamina A se encuentra en todos los órganos humanos, con las concentraciones más altas en el hígado, las glándulas suprarrenales y los testículos (Testículos), o ovarios (ovarios), especialmente el cuerpo lúteo (cuerpo lúteo). El almacenamiento del carotenoide es del 80 al 85% en el tejido adiposo subcutáneo (grasa subcutánea) y del 8 al 12% en el hígado. Además, el betacaroteno se almacena marginalmente en los pulmones, cerebro, corazón, músculo esquelético, piely otros órganos. Existe una correlación directa pero no lineal entre el almacenamiento de tejido y la ingesta oral del carotenoide. Por lo tanto, el betacaroteno se libera de los depósitos de tejido solo muy lentamente durante varias semanas después de suspender la ingesta. En la sangre, el betacaroteno es transportado por lipoproteínas, que están compuestas por moléculas lipofílicas y apolipoproteínas (resto de proteína, función como andamio estructural y / o molécula de reconocimiento y acoplamiento, por ejemplo para receptores de membrana), como Apo AI, B-48, C-II, D y E. El carotenoide también es transportado por lipoproteínas. El carotenoide se une en un 58-73% a LDL, 17-26% unido a HDLy 10-16% unido a VLDL [13, 23, 33, 36-38, 45]. En una mezcla normal dieta, las concentraciones séricas de betacaroteno varían de 20 a 40 µg / dl (0.4 a 0.75 µmol / l), y las mujeres tienen un valor medio 40% más alto que los hombres. Además del género, la edad biológica, salud estado, grasa corporal total masay alcohol y el consumo de cigarrillos también puede influir en las concentraciones séricas de betacaroteno. Si bien el carotenoide es óptimamente eficaz a un nivel sérico de ≥ 0.4 µmol / l, en términos de salud profilaxis: las concentraciones séricas <0.3 µmol / l pueden identificarse como deficiencias de betacaroteno. placenta-permeable y pasa a la leche materna. En suero humano y la leche materna, Hasta la fecha se han identificado 34 de los aproximadamente 700 carotenoides conocidos, incluidos 13 isómeros geométricos all-trans. Entre estos, el betacaroteno se ha detectado con mayor frecuencia junto con la luteína, la criptoxantina, la zeaxantina y el alfacaroteno. El betacaroteno representa aproximadamente el 15-30% de los carotenoides totales en suero. Si bien la provitamina A se encuentra principalmente en su forma todo trans en el suero, la configuración cis (9-cis betacaroteno) está constantemente presente en las reservas de tejido.
Excreción
El betacaroteno no absorbido abandona el cuerpo en las heces (heces), mientras que los apocarotenales y otros metabolitos del betacaroteno se eliminan en la orina. Para convertir los metabolitos en una forma excretable, se someten a biotransformación, al igual que todas las sustancias lipofílicas (solubles en grasa). La biotransformación ocurre en muchos tejidos, especialmente en el hígado, y se puede dividir en dos fases:
- En la fase I, los metabolitos del betacaroteno se hidroxilan (inserción de un grupo OH) para aumentar la solubilidad por el sistema del citocromo P-450.
- En la fase II, la conjugación ocurre con sustancias altamente hidrofílicas (solubles en agua); para este propósito, el ácido glucurónico se transfiere al grupo OH de los metabolitos previamente insertado con la ayuda de la glucuroniltransferasa.
Gran parte de los metabolitos del betacaroteno aún no se han dilucidado. Sin embargo, se puede suponer que los productos de excreción son predominantemente metabolitos glucuronidados. Después de un solo administración, el tiempo de residencia de los carotenoides en el cuerpo es de 5 a 10 días.
