Licopen: definiție, sinteză, absorbție, transport și distribuție

Licopenul (derivat din denumirea științifică Solanum lycopersicum: „roșie”) aparține clasei de carotenoide - acestea compuși vegetali secundari (substanțe bioactive care nu au o funcție nutritivă care susține viața, dar se disting prin sănătate-efecte de promovare - „ingrediente anutritive”) care sunt pigment lipofil (liposolubil) coloranți responsabil pentru culorile galbene, portocalii și roșiatice ale numeroaselor plante. Conform structurii lor chimice, carotenoide pot fi împărțite în caroten, care sunt compuse din carbon (C) și hidrogen (H) - hidrocarburi - și xantofile, care conțin oxigen (O) în plus față de atomii de C și H - hidrocarburi substituite. Licopenul aparține carotenilor și are formula moleculară C40H56. În mod similar, alfa-carotenul și beta-caroten reprezintă carotenii, în timp ce luteina, zeaxantina și beta-criptoxantina aparțin grupului de xantofile oxigenate. Caracteristica structurală a licopen este structura polinesaturată poliene (compus organic cu multiple carbon-legături duble de carbon (CC)) formate din 8 unități izoprenoide biologice (→ tetraterpene) și 13 legături duble, dintre care 11 sunt conjugate (legături duble consecutive consecutive separate exact de o singură legătură simplă). Sistemul de legături duble conjugate permite licopenului să absoarbă lumina vizibilă în intervalul de lungimi de undă mai mare, ceea ce conferă carotenului culoarea roșie. În plus, structura polienică este responsabilă de unele proprietăți fizico-chimice ale licopenului, care sunt direct legate de efectele lor biologice (→ antioxidant potenţial). Spre deosebire de altele carotenoide, cum ar fi alfa și beta-caroten, beta-criptoxantină, luteină și zeaxantină, licopenul nu poartă un inel trimetilciclohexen la capetele lanțului izoprenoid (→ structură aciclică). În plus, carotenul nu are atașați substituenți. Licopenul este marcat lipofil (liposolubil), care afectează intestinele (intestin-legate de) absorbție și distribuire în organism. Licopenul poate apărea în diferite forme geometrice (izomerismul cis- / trans- și respectiv Z- / E), care sunt convertibile unul în celălalt:

  • All-trans-licopen
  • 5-cis-licopen
  • 7-cis-licopen
  • 9-cis-licopen
  • 11-cis-licopen
  • 13-cis-licopen
  • 15-cis-licopen

În plantă, izomerul all-trans domină cu 79-91%, în timp ce în organismul uman mai mult de 50% din licopen este sub forma cis. Licopenul complet trans conținut în alimentele vegetale este parțial izomerizat (transformat) în formele sale cis prin influențe exogene, cum ar fi căldura și lumina, pe de o parte, și de sucul gastric acid, pe de altă parte, care au solubilitate, mai mare absorbție de viteză și un transport intracelular și extracelular mai rapid (în interiorul și în exteriorul celulei) în comparație cu izomerii all-trans din cauza lipsei de agregare (aglomerare) și a capacității de cristalizare. Cu toate acestea, în ceea ce privește stabilitatea, licopenul all-trans depășește majoritatea izomerilor cis (stabilitate maximă: 5-cis ≥ all-trans ≥ 9-cis ≥ 13-cis> 15-cis> 7-cis-> 11-cis: stabilitate mai mică). Dintre cei aproximativ 700 de carotenoizi identificați, aproximativ 60 sunt convertibili în vitamina A (retinol) prin metabolismul uman și posedă astfel activitate de provitamină A. Datorită structurii sale aciclice, licopenul nu este una dintre provitaminele A [4, 6, 22, 28, 54, 56-58].

Sinteză

Licopenul All-trans este sintetizat (format) de toate plantele capabile de fotosinteză, alge și bacterii, și ciuperci. Substanța inițială pentru biosinteza licopenului este acidul mevalonic (lanț ramificat, acid hidroxi gras saturat; C6H12O4), care este transformat în dimetilalil pirofosfat (DMAPP; C5H12O7P2) conform căii mevalonate (cale metabolică prin care, pornind de la acetil-coenzima A , apare biosinteza izoprenoizilor - pentru a construi steroizi și metaboliți secundari) prin mevalonat 5-fosfat, 5-pirofosfat de mevalonat și 5-pirofosfat de izopentenil (IPP). DMAPP se condensează cu trei molecule din izomerul său IPP (C5H12O7P2), dând naștere la geranilgeranil pirofosfat (GGPP; C20H36O7P2). Condensarea a două molecule de GGPP conduce la sinteza fitoenei (C40H64), o substanță centrală în biosinteza carotenoidelor. Ca urmare a mai multor desaturări (inserarea de legături duble, transformând un compus saturat într-unul nesaturat), fitoena este transformată în licopen all-trans. Licopenul este substanța inițială a tuturor celorlalte carotenoide. Astfel, ciclizarea (închiderea inelului) a celor două grupe terminale de izopren de licopen are ca rezultat biosinteza beta-caroten, care poate fi transformat (convertit) în xantofile oxigenate prin hidroxilare (reacție cu eliminare of de apă). În celulele organismului vegetal, tot-trans-licopenul este localizat în membrane, în picături de lipide sau sub formă de cristal în citoplasmă. În plus, este încorporat în cromoplaste (plastide colorate în portocaliu, galben și roșiatic de către carotenoizi din petale, fructe sau organe de stocare (morcovi) ale plantelor) și cloroplaste (organite ale celulelor algelor verzi și ale plantelor superioare care realizează fotosinteza) - încorporat într-o matrice complexă de proteine, lipide, și / sau carbohidrati. În timp ce carotenul din cromoplastele petalelor și fructelor servește la atragerea animalelor - pentru transferul polenului și dispersarea semințelor - oferă protecție împotriva daunelor fotooxidative din cloroplastele frunzelor plantelor ca componentă a complexelor de recoltare ușoară. Antioxidant protecția se realizează prin așa-numita stingere (dezintoxicare, inactivare) a reactivului oxigen compuși (1O2, oxigen singulet), în care licopenul absoarbe (preia) direct energia radiantă prin starea triplet și o dezactivează prin eliberare de căldură. Deoarece capacitatea de a stinge crește odată cu numărul de legături duble, licopenul cu cele 13 legături duble are cea mai mare activitate de stingere comparativ cu alte carotenoide. Comparativ cu luteina, licopenul este mult mai puțin abundent la plante și animale. Vopseaua roșie a pigmentului poate fi detectată sporadic în unele bureți (Porifera; filum pentru animale acvatice în Tissueless), insecte și fototrofe. bacterii (bacterii capabile să utilizeze lumina ca sursă de energie). Sursele majore de licopen sunt fructele și legumele coapte, cum ar fi roșiile (0.9-4.2 mg / 100 g) și produsele din tomate, grapefruit roșu (~ 3.4 mg / 100 g), guava (~ 5.4 mg / 100 g), pepene verde (2.3 -7.2 mg / 100 g), papaya (~ 3.7 mg / 100 g), măceșe, și anumite specii de măslini, de exemplu, drupele din ulei de corali Elaeagnus umbellata. În acest context, conținutul de licopen este supus unei variații considerabile în funcție de soi, sezon, maturitate, sit, creștere, recoltare și condiții de depozitare și poate varia foarte mult în diferite părți ale plantei. În tomate și produse din tomate, licopenul este de aproximativ 9 ori mai concentrat decât betacarotenul. Aproximativ 80-85% din aportul de licopen din dietă se datorează consumului de roșii și produse din roșii, cum ar fi pasta de roșii, ketchup, sos de roșii și suc de roșii. Lipofilicitatea puternică (solubilitatea grăsimilor) a licopenului este motivul pentru care carotenul nu poate fi dizolvat în medii apoase, determinându-l să se agregeze și să cristalizeze rapid. Astfel, licopenul din roșiile proaspete este prezent în stare cristalină și este închis într-o matrice solidă de celuloză și / sau proteină care este greu de absorbit. Operațiile de prelucrare a alimentelor, cum ar fi măcinarea mecanică și tratamentul termic, duc la eliberarea licopenului din matricea alimentară și crește biodisponibilitate. Cu toate acestea, expunerea la căldură nu trebuie să fie prea lungă sau prea severă, altfel oxidarea, ciclizarea (închiderea inelului) și / sau izomerizarea cis a licopenului all-trans poate duce la pierderi de activitate de peste 30%. Din motive mai mari biodisponibilitate și concentrare din licopen, produsele din roșii, cum ar fi pasta de roșii, sosul de roșii, ketchup și sucul de roșii, au un conținut de licopen semnificativ mai mare decât roșiile proaspete. Pentru utilizare în industria alimentară, licopenul este atât sintetic produs, cât și extras din concentrate de roșii folosind solvenți organici. Este folosit ca colorant alimentar (E 160d) și este astfel un ingredient colorant în supe, sosuri, băuturi aromate, deserturi, condimente, cofetărie și produse de patiserie, printre altele. În plus, licopenul este un important precursor al arome.Este clivat prin cooxidare cu ajutorul lipoxigenazelor, prin reacția cu reactiv oxigen compuși și sub termică stres, rezultând compuși carbonilici cu un prag de miros scăzut. Aceste produse de degradare joacă un rol esențial în prelucrarea roșiilor și a produselor din tomate.

Resorbţie

Datorită lipofilicității sale pronunțate (solubilitatea grăsimilor), licopenul este absorbit (preluat) în partea superioară intestinului subtire în timpul digestiei grăsimilor. Acest lucru necesită prezența grăsimilor dietetice (3-5 g / masă) ca transportoare, acizi biliari pentru solubilizare și formarea micelei și esteraze (digestiv enzime) pentru scindarea licopenului esterificat. După eliberarea din matricea alimentară, licopenul se combină în lumenul intestinal subțire cu alte substanțe lipofile și acizi biliari pentru a forma micele mixte (structuri sferice cu diametrul de 3-10 nm în care lipida molecule sunt aranjate în așa fel încât de apă-porțiunile moleculei solubile sunt rotite spre exterior și porțiunile moleculei insolubile în apă sunt rotite spre interior) - faza micelară pentru solubilizare (creșterea solubilității) a lipide - care sunt preluate de un proces de difuzie pasivă în enterocite (celule ale intestinului subțire epiteliu) din duoden (duoden) și jejun (jejun). Există dovezi că intestinale absorbție de licopen și alți carotenoizi implică un transportor epitelial specific care este saturabil și a cărui activitate depinde de carotenoid concentrare. Rata de absorbție a licopenului din alimentele vegetale variază foarte mult intra și interindividual, variind de la 30% la 60%, în funcție de proporția de grăsimi furnizate simultan [3-5, 22, 50, 54, 57]. În ceea ce privește influența lor favorabilă asupra absorbției licopenului, acizii grași saturați sunt mult mai eficienți decât acizii grași polinesaturați (acizi grași polienici, PFS), care se pot justifica după cum urmează:

  • PFS mărește dimensiunea micelelor mixte, ceea ce scade viteza de difuzie
  • PFS modifică sarcina suprafeței micelare, scăzând afinitatea (puterea de legare) la enterocite (celule ale epiteliului intestinal subțire)
  • PFS (acizii grași omega-3 și -6) ocupă mai mult spațiu decât acizii grași saturați din lipoproteine ​​(agregate de lipide și proteine ​​- particule de tip micelă - care servesc la transportul substanțelor lipofile în sânge), limitând astfel spațiul pentru alte lipofile molecule, inclusiv licopen
  • PFS, în special omega-3 acizi grași, inhibă sinteza lipoproteinelor.

Biodisponibilitatea licopenului depinde de următorii factori endogeni și exogeni, în plus față de aportul de grăsimi [4, 5, 8, 14, 15, 22, 28, 29, 40, 46-48, 54, 62, 63, 68]:

  • Cantitatea de licopen alimentată alimentar (prin dietă) - pe măsură ce doza crește, biodisponibilitatea relativă a carotenoidului scade
  • Forma izomerică - licopenul, spre deosebire de alte carotenoide, cum ar fi beta-carotenul, este mai bine absorbit în configurația sa cis decât în ​​forma sa all-trans; tratamentul termic, cum ar fi gătitul, favorizează conversia all-trans în cis-licopen
  • Sursă alimentară - din suplimente (licopen izolat, purificat în soluție uleioasă - prezent gratuit sau esterificat cu acizi grași), carotenoidul este mai disponibil decât din alimentele vegetale (nativ, licopen legat de complex), dovadă fiind o creștere semnificativ mai mare a serului nivelurile de licopen după ingestia de suplimente comparativ cu ingestia de cantități egale din fructe și legume
  • Matrice alimentară în care este încorporat licopenul - din produse din roșii, cum ar fi supa de roșii și pasta de roșii, licopenul se absoarbe semnificativ mai bine decât din roșiile crude, deoarece procesarea (zdrobirea mecanică, tratamentul termic etc.) structurile celulelor vegetale sunt rupte, legăturile de licopen la proteine și fibre alimentare sunt clivate și agregatele carotenoide cristaline sunt dizolvate; amestecarea alimentelor care conțin roșii cu ulei crește și mai mult biodisponibilitate de licopen.
  • Interacțiuni cu alte ingrediente alimentare:
    • Fibrele dietetice, cum ar fi pectinele din fructe, scad biodisponibilitatea licopenului prin formarea de complexe slab solubile cu carotenoidul
    • Olestra (înlocuitor sintetic de grăsime constând din esteri de zaharoză și lanț lung acizi grași (→ poliester zaharoză) care nu poate fi scindat de lipazele endogene (scindarea grăsimilor enzime) datorită obstacolului steric și este excretat nemodificat) reduce absorbția licopenului; conform Koonsvitsky și colab. (1997) rezultă dintr-un aport zilnic de 18 g Olestra pe o perioadă de 3 săptămâni, o scădere a nivelurilor serice de carotenoide cu 27%; în conformitate cu Thornquist și colab. (2000) este deja după cantități mici de Olestra (2 g / zi) o scădere a nivelurilor serice de carotenoide (cu 15%) pentru a înregistra.
    • Fitosterolii și -stanolii (compuși chimici din clasa sterolilor găsiți în părțile grase ale plantelor, cum ar fi semințele, mugurii și semințele, care sunt foarte asemănătoare cu structura colesterolului și inhibă competitiv absorbția acestuia) pot afecta absorbția intestinală a licopenului; astfel, utilizarea regulată a tartinurilor care conțin fitosterol, cum ar fi margarina, poate duce la o scădere moderată (cu 10-20%) a nivelului seric de carotenoid; prin creșterea simultană a aportului zilnic de fructe și legume bogate în carotenoizi, o reducere a concentrației serice de carotenoizi poate fi prevenită prin consumul de margarină care conține fitosterol
    • Aportul de amestecuri de carotenoizi, cum ar fi licopenul, beta-carotenul, criptoxantina, zeaxantina și luteina, pot inhiba și promova captarea licopenului intestinal - la nivelul încorporării (absorbției) în micelele mixte din lumenul intestinal, enterocit în timpul intracelular -cel) transport și încorporare în lipoproteine-cu puternice diferențe interindividuale
      • Potrivit lui Olsen (1994), administrarea de doze farmacologice mari de beta-caroten are ca rezultat o absorbție scăzută a licopenului și o scădere a nivelurilor serice de licopen - probabil din cauza proceselor de deplasare cinetică de-a lungul mucoasei intestinale; prin urmare, monosuplimentarea preferențială a dozelor mari de beta-caroten pare să inhibe absorbția intestinală, în special a acelor carotenoizi care au un potențial protector mai mare decât beta-carotenul, cum ar fi licopenul, zeaxantina și luteina și sunt prezenți în ser în cantități semnificative.
      • Gaziano și colab. (1995) au demonstrat o scădere a conținutului de licopen în lipoproteine, în special în fracțiunea LDL (lipoproteine ​​cu densitate scăzută; lipoproteine ​​cu densitate scăzută bogată în colesterol), după șase zile de ingestie de 100 mg de beta-caroten sintetic și natural
      • Wahlquist și colab. (1994) au constatat o creștere a concentrațiilor serice de licopen cu administrarea zilnică de 20 mg beta-caroten pentru o perioadă de un an.
      • Gossage și colab. (2000) au completat femeile care alăptează și care nu alăptează cu vârsta cuprinsă între 19 și 39 de ani cu câte 30 mg de beta-caroten timp de 28 de zile, rezultând că concentrațiile serice de licopen nu au fost afectate, în timp ce nivelurile serice de alfa și beta-caroten au crescut nivelurile de luteină au scăzut semnificativ
  • Performanța digestivă individuală, cum ar fi mărunțirea mecanică în tractul digestiv superior, pH-ul gastric, fluxul biliar - mestecarea amănunțită și pH-ul scăzut al sucului gastric promovează întreruperea celulară și eliberarea de licopen legat și respectiv esterificat, ceea ce crește biodisponibilitatea carotenoidului; scăderea fluxului biliar scade biodisponibilitatea din cauza formării micelei afectate
  • Starea de aprovizionare a organismului
  • Factorii genetici

Transportul și distribuția în organism

În enterocite (celule ale intestinului subțire epiteliu) din partea superioară intestinului subtire, licopenul este încorporat în chilomicroni (CM, lipoproteine ​​bogate în lipide), care sunt secretate (secretate) în spațiile interstițiale ale enterocitelor prin exocitoză (transportul substanțelor în afara celulei) și transportate departe prin limfă. Prin trunchiul intestinal (trunchiul colector limfatic nepereche al cavității abdominale) și canalul toracic (trunchiul colector limfatic al cavității toracice), chilomicronii intră în subclavie nervură (vena subclaviană) și, respectiv, vena jugulară (vena jugulară), care converg pentru a forma vena brahiocefalică (partea stângă) - angulus venosus (unghiul venos). Venele brachiocefalice ale ambelor părți se unesc pentru a forma superiorul nepereche vena cava (vena cavă superioară), care se deschide în atriul drept (atrium cordis dextrum). Chilomicronii sunt introduși în periferic circulaţie de forța de pompare a inimă. Chilomicronii au o perioadă de înjumătățire (timpul în care o valoare care scade exponențial cu timpul este redusă la jumătate) de aproximativ 30 de minute și sunt degradate în resturi de chilomicron (CM-R, particule rămase de chilomicron cu conținut scăzut de grăsimi) în timpul transportului către ficat. În acest context, lipoproteina lipază (LPL) joacă un rol crucial, care se află pe suprafața celulelor endoteliale (celule care acoperă interiorul sânge nave) a capilarelor sanguine și duce la absorbția de liber acizi grași și cantități mici de licopen în diferite țesuturi, de exemplu mușchi, țesut adipos și glandă mamară, prin scindarea lipidelor. Cu toate acestea, majoritatea licopenului rămâne în CM-R, care se leagă de receptori specifici din ficat și este preluat în celulele parenchimatoase ale ficatului prin endocitoză mediată de receptor (invaginare a membrana celulara → strangularea veziculelor care conțin CM-R (organite celulare) în interiorul celulei). În ficat celule, licopenul este parțial stocat și o altă parte este încorporată în VLDL (foarte scăzut densitate lipoproteine; lipoproteine ​​care conțin lipide cu densitate foarte mică), prin care carotenoidul ajunge la țesuturile extrahepatice („în afara ficatului”) prin intermediul sânge circulaţie. Ca VLDL care circulă în sânge se leagă de celulele periferice, lipide sunt scindate prin acțiunea LPL și substanțele lipofile eliberate, inclusiv licopenul, sunt interiorizate (preluate intern) prin difuzie pasivă. Acest lucru duce la catabolismul VLDL la IDL (intermediar densitate lipoproteine). Particulele IDL pot fi fie preluate de ficat într-o manieră mediată de receptor și degradate acolo, fie metabolizate (metabolizate) în plasma sanguină de către un triglicerid lipază (enzima despărțitoare de grăsime) la colesterolului-bogat LDL (scăzut densitate lipoproteine). Licopen legat de LDL este preluat în ficat și în țesuturile extrahepatice prin endocitoză mediată de receptor pe de o parte și transferat în HDL (lipoproteine ​​cu densitate mare), pe de altă parte, care sunt implicate în transportul licopenului și altor molecule lipofile, în special colesterolului, de la celulele periferice înapoi la ficat. Un amestec complex de carotenoizi se găsește în țesuturile și organele umane, care este supus unor variații individuale puternice atât calitativ (modelul carotenoidelor), cât și cantitativ (concentrare de carotenoizi). Licopenul și betacarotenul sunt cele mai abundente carotenoide din sânge și țesuturi. În timp ce licopenul domină în glandele suprarenale, testiculele (testicule), de prostată, iar ficatul, plămânii și rinichii au cantități aproximativ egale de licopen și beta-caroten. Deoarece licopenul este marcat lipofil (liposolubil), este localizat și în țesutul adipos (~ 1 nmol / g greutate umedă) și piele, dar la concentrații mai mici decât în ​​testicule (testicule) și suprarenale (până la 20 nmol / g greutate umedă), de exemplu [4, 15, 22, 28, 40, 50, 54, 56-58]. În celulele țesuturilor și organelor individuale, licopenul este în special o componentă a membranelor celulare și influențează grosimea acestora, rezistenţă, fluiditate, permeabilitate (permeabilitate), precum și eficacitate. Deoarece licopenul are cel mai mare antioxidant potențial în comparație cu alte carotenoide și este stocat preferențial în de prostată țesut, este considerat factorul cu cea mai mare eficacitate în ceea ce privește prostata cancer prevenirea. În sânge, licopenul este transportat de lipoproteine ​​compuse din molecule lipofile și apolipoproteine (porțiune proteică, funcționează ca schelă structurală și / sau moleculă de recunoaștere și andocare, de exemplu, pentru receptorii de membrană), cum ar fi Apo AI, B-48, C-II, D și E. Carotenoidul este legat de 75-80% de LDL, 10-25% până la HDLși 5-10% la VLDL. În funcție de obiceiurile alimentare, concentrația serică de licopen este de aproximativ 0.05-1.05 µmol / l și variază în funcție de sex, vârstă, sănătate stare, grăsime corporală totală masa, și nivelul de alcool și tutun consum. În serul uman și lapte matern34 dintre cei aproximativ 700 de carotenoizi cunoscuți, incluzând 13 izomeri geometrici all-trans, au fost identificați până în prezent. Printre aceștia, pe lângă licopen, au fost și carotenii alfa și beta-caroten și xantofilele luteină, zeaxantină și criptoxantină. detectat cel mai frecvent.

Excreţie

Licopenul nabsorbit părăsește corpul în fecale (scaun), în timp ce licopenul absorbit intestinal (prin intestin) este eliminat în urină sub forma metaboliților săi. Degradarea endogenă a licopenului are loc de beta-caroten dioxigenaza 2 (BCDO2), care scindează carotenul de pseudojononă, geranială și 2-metil-2-hepten-6-onă. Pentru a transforma produsele de degradare ale licopenului într-o formă excretabilă, acestea suferă biotransformare, la fel ca toate substanțele lipofile (liposolubile). Biotransformarea are loc în multe țesuturi, în special în ficat, și poate fi împărțită în două faze:

  • În faza I, metaboliții (intermediari) ai licopenului sunt hidroxilați (inserția unei grupări OH) prin sistemul citocromului P-450 pentru a crește solubilitatea
  • În faza II, conjugarea are loc cu substanțe foarte hidrofile (solubile în apă) - în acest scop, acidul glucuronic este transferat în grupul OH inserat anterior al metaboliților cu ajutorul glucuroniltransferazei

După un singur administrare, timpul de retenție al carotenoizilor în organism este cuprins între 5-10 zile.