Lipofilní vitaminy Karotenoidy Ubichinony

Transkript

1 Lipofilní vitaminy Karotenoidy Ubichinony

2 Vitaminy Pro naše tělo nezbytné esenciální látky Každý má zcela specifickou funkci Avitaminóza Hypovitaminóza Hypervitaminóza

3 Definice vitaminů Exogenní esenciální biokatalyzátory heterotrofních organismů, látky nezbytné v malých množstvích, které si organismus není schopen sám syntetizovat a musí je přijímat s potravou Struktura jednotlivých vitaminů různorodá - různé funkce v organismu Nejdůležitější funkcí katalytický účinek při řadě reakcí látkové přeměny; některé vitaminy působí přímo jako koenzymy. Další tvoří v organismu důležité oxidačně redukční systémy - ochranná funkce 3

4 ZÁVISLOST POTŘEBY VITAMINŮ NA FYZIOLOGICKÉM STAVU ORGANISMU Doporučené denní dávky Hydrosolubilní vitaminy (s výjimkou vitaminu B12) se neukládají v organismu. Denní skladba stravy člověka by měla přibližně pokrývat výživová doporučení. Velké diference mezi minimální a maximální doporučenou dávkou. Rozdíly v různých zemích, případně u různých autorů. Potřeba vitaminů výrazně závisí na fyziologickém stavu člověka. Hlavními faktory, které ovlivňují potřebu vitaminů: věk, pohlaví, u žen navíc případná gravidita nebo laktace, typ pracovního zatížení, zdravotní stav a současný příjem některých léků 4

5 POTŘEBA VITAMINŮ V ZÁVISLOSTI NA VĚKU Vitamin \ věk < > 18 Těhotné od 4.měs. Kojící Vitamin A (mg) 0,5 0,6 0,7-0,8 0,8 1,1 0,8 1,1 1,1 1,5 Vitamin D (μg) Vitamin E (mg) Vitamin C (mg) Thiamin (mg) 0,4 0,6 0,8-1,0 1,0-1,4 1,0-1,3 1,2 1,4 Riboflavin (mg) 0,4 0,7 0,9-1,1 1,2-1,6 1,2-1,5 1,5 1,6 Pyridoxin (mg) 0,3 0,4 0,5-0,7 1,0-1,6 1,2-1,6 1,9 1,9 Niacin (mg) Kys. listová (mg) 0,08 0,2 0,3 0,4 0,4 0,6 0,6 Vitamin B12 (μg) 0,4-0,8 1,0 1,5-1,8 2,0-3,0 3,0 3,5 4,0 Podle DGE: Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr,

6 NADMĚRNÉ DÁVKY VITAMINŮ poly- a multi - vitaminové přípravky - pravidelné a dlouhodobé užívání vitaminů v dávkách, jež mnohonásobně převyšují jejich běžně doporučovaný denní příjem. Vysoké dávky vitaminů mohou mít nežádoucí účinky. Klasifikace toxicity - možnost jejich ukládání (hlavně v játrech), intenzita resorpce, rychlost metabolického rozkladu i individuální citlivost k nežádoucím účinkům. Prokazatelně škodlivé nadměrné dávky u vitaminů A, D, K, B6. Výzkumy toxicity probíhají Negativní účinky vitaminových megadávek - stav podobný závislosti na vitaminech, po přerušení megadávek se mohou vyskytnout příznaky hypovitaminóz Masivní užívání vitaminových preparátů - neekonomické 6

7 Rozpustné v tucích - lipofilní Vitamin A (retinol a jeho deriváty; karoteny) Vitamin D (kalciferoly) Vitamin E (tokoferoly) Vitamin K (fyllochinon, menachinony, menadion) Mezi vitaminy se řadí i ubichinony - Koenzym Q Vitamin D - při ozáření organismu UV paprsky syntetizován v dostatečném množství Nedostatek nastává až po delší době nedostatečného příjmu, ukládají se v těle 7

8 Vitaminy Rozpustné v tucích (lipofilní) Vitamin A: pro funkci retiny (sítnice), epitelových buněk, syntézu endokrinních hormonů Avitaminóza: šeroslepost, porušení celistvosti tkání, drsná pokožka, průjmy, zpomalený růst X ledvinové a žlučníkové koliky Vitamin D: pro správné ukládání vápníku do kostí, udržování stálé hladiny vápníku v krvi, řídí svalové kontrakce a relaxace Avitaminóza: rachitis u dětí, u dospělých osteomalácie, osteoporóza X ledvinové kameny

9 Vitaminy Rozpustné v tucích (lipofilní) Vitamin E: antioxidant, udržuje stabilitu buněčných membrán Avitaminóza: zatím nebyla popsána X zhoršení vstřebávání vitaminu K Vitamin K: ovlivňuje srážlivost krve Avitaminóza: zvýšená krvácivost Skladovány v těle, zvláště v tukových tkáních a játrech Není nutné dodávat tělu denně Při zvýšeném příjmu může obsah v těle narůstat a způsobovat problémy

10 Nedostatek vitaminů v potravě Různé poruchy Lehčí formy nedostatku hypovitaminózy - nespecifické příznaky Těžké formy - příznaky charakteristické - avitaminózy Další faktory, např. obtížná využitelnost některých forem vitaminů, špatná resorpce vitaminů v zažívacím systému, přítomnost antivitaminů v potravinářské surovině nebo zvýšená potřeba vitaminů jako důsledek různých fyziologických změn v organismu. 10

11 Antivitaminy, antagonisté vitaminů Přirozené nebo syntetické látky, které ruší funkci nebo absorpci vitaminů enzymy - štěpí vitaminy na neúčinné sloučeniny látky, které tvoří nevyužitelné komplexy s vitaminy sloučeniny strukturálně podobné, které mohou zastupovat vitaminy v enzymových systémech za vzniku sloučenin, které nevykazují vlastnosti enzymů.

12 Syntetické látky Žádný vitamin není vhodně využíván, pokud je organismus pod stresem. Př. Laxativní prostředky Antagonisté vitaminů Minerální olej absorbuje vitamin A a karoten a jiné v tuku rozpustné vitaminy (D, E, K). Absorbuje také vápník a fosfor a odvádí je z těla. Technologický proces Jako antagonisté vitaminu A, D, E a biotinu působí žluklé tuky.

13 Přirozené látky Př. Antinutriční faktory sóji Syrové sójové boby obsahují řadu antinutričních faktorů, které vykazují antivitaminovou aktivu vůči vitaminu: A, B12, D, E a K. Jejich účinek se opracováním sóji snižuje. Syrová sója obsahuje enzym lipoxygenázu, který oxiduje a rozrušuje karoten. V sójovém izolátu byl rovněž identifikován faktor, který snižuje absorpci karotenu. Prokázalo se, že izolovaná sójová bílkovina zvyšuje u kuřat požadavky na α-tokoferol. Tento efekt nebyl dosud vysvětlen, ale předpokládá se, že ho mohla způsobovat oxidáza α-tokoferolu, která je přítomná v sóji.

14 Stabilita Většina vitaminů je relativně velmi citlivá na různé fyzikální a chemické vlivy Nevhodné technologické operace při zpracování potravin, případně nevhodné skladovací podmínky mohou hladinu vitaminů v potravinách snižovat Problém se řeší tzv. fortifikací potravin vitaminy (k potravině v závěrečných fázích technologického zpracování se přidávají syntetické vitaminy nebo jejich koncentráty) 14

15 RETINOL (A) 15

16 RETINOL (A) Obsah se udává v mezinárodních jednotkách; 1 mez. jednotka = 0,3 µg retinolu = 0,33 µg retinolacetátu Provitamin: karoteny - nejúčinnější ß-karoten Funkce: slizniční epithel (biosyntéza glykoproteinů), zrak - produkce rhodopsinu (oční purpur), biosyntéza steroidů Prevence vzniku rakoviny, důležitý pro zdravý vzhled pokožky, tkání a funkci sliznic, důležitý pro činnost pohlavních žláz Největší vliv na zrak - na schopnosti správně vidět za šera. Další účinky: antikancerogenní účinek, protiinfekční účinek, podpora růstu, reprodukce Karence: rohovatění sliznic, změny kůže, šeroslepost, zpomalený růst, mužská sterilita Stabilita: citlivý k oxidaci, ničí se při teplotě nad 100 C 16

17 Zdroje Retinol vitamin A játra, rybí tuk, mléčné výrobky, vejce - žloutek pouze v živočišných produktech Karoteny provitamin A mrkev, rajčata, petržel - nať, hrášek, špenát, meruňky, jahody tmavězelená a žlutá zelenina a ovoce jen v rostlinách 17

18 Denní dávka Doporučená denní dávka 800 μg/den Při dlouhodobém užívání nutné pravidelné přestávky. Užívání v těhotenství nutno konzultovat s lékařem, (může poškodit nervový systém plodu) Přírodní provitamin A - bez vedlejších účinků Diabetes vyvolává potíže v přeměně betakarotenu na vitamin A Synergický s vitaminy skupiny B, C, E, vápníkem a fosforem. Vitamin A sice působí proti rakovině, ale při dlouhodobém užívání dávek nad 1mg/den naopak zvyšuje riziko vzniku rakoviny plic,! neužívat větší dávky než 1 mg/denně.! Přípravky 1.6 mg v tabletě užívání 1 tableta obden - lépe je užívat jeho provitamin. Beta-karoten je neškodný, případné vyšší dávky se z těla vyloučí močí. 18

19 Mechanismus účinku 80% vitaminu A absorbováno lidským tělem Prochází spolu s tukem lymfatickým systémem do krevního řečiště Absorpce vitaminu A s rostoucím příjmem tuku roste Absorpce rychlejší u mužů než u žen Špatná absorpce při průjmu, žloutence, zažívacích potížích Vitamin A je skladován v játrech Zdravý člověk skladuje cca 97.2 µg vitaminu A na g jater (průměrná játra vážící 1500 g mohou skladovat 150,000 µg vitaminu A) 19

20 Nedostatek Ztráta chuti, zastavení růstu u dětí, porucha obranyschopnosti a šeroslepost Dochází k vysychání sliznic a očí (může následovat poškození rohovky) Při velkém nedostatku dochází k poruše tvorby kostí, poruchám v nervovém systému. 20

21 Nadbytek Hypervitaminóza: změny kůže, nechutenství, nauzea, bolesti hlavy, bolesti v kostech a kloubech, úbytek na váze, hepatosplenomegalie; teratogenní účinky Pozor v těhotenství - poškozuje správný vývoj končetin plodu. Nadbytek vitaminu A způsobený konzumací dávky 10 x vyšší než denní doporučená, nebo při jednorázovém stonásobném množství (pouze velké množství lékových forem vitaminu A) Vysoké dávky vitaminu A toxické Vitamin A se z těla nevylučuje 21

22 VITAMIN D2 A VITAMIN D3 22

23 Skupina vitaminu D - Kalciferoly Zahrnuje dva vitaminy - ergokalciferol (D2) cholekalciferol (D3) Provitaminy jsou ergosterol (provitamin D2) 7-dehydrocholesterol (provitamin D3) 23

24 Cholekalciferol Ergokalciferol 24

25 KALCIFEROL (D) ergokalciferol (D2), cholekalciferol (D3) účinky hormonální povahy 1 m.j. = 0,025 µg Funkce: resorpce a metabolismus vápníku a fosforu, podpora růstu Karence: - děti: rachitis, zpomalený růst - dospělí: osteomalacie, hypokalcémie, hypofosfatémie Hypervitaminóza: hyperkalcémie, ukládání vápníku do měkkých tkání, např. ledvin (nefrokalcinóza), plic, zažívacího traktu atd. Denní dávka: 5 µg Fortifikace: málo Syntéza v organismu: prekurzor (7-dehydrocholesterol) ---> UV 265 nm -- -> cholekalciferol ---> hydroxylovaný derivát (účinná forma) Stabilita: dobrá 25

26 Zdroje vitaminu D Rybí tuk, játra, žloutek, mléko, máslo, ozáření slunečním UV zářením Za normálních okolností se vitamin D3 cholekalciferol tvoří v kůži působením slunečního (UV) záření z provitaminu 7-dehydrocholesterolu, derivátu cholesterolu. Syntéza působením slunečního záření by měla stačit na pokrytí až 80% denní potřeby, v závislosti na zeměpisné šířce a ročním období. U rostlin je prekursorem ergosterol, vitamin D je pak ergokalciferol - vitamin D2. 26

27 Sluneční záření Lidé s pravidelnou expozicí slunci nepotřebují suplementaci vitaminem D Většina dospělých potřebuje minut slunečního ozáření kůže, 2-3 krát týdně - American Dietetics Association (ADA) Více slunce potřeba v zimním období Studie lidé s tmavou kůží potřebují až 6x více slunečního záření než lidé se světlou kůží k dosažení stejné hladiny vitaminu D v krvi Opalovací krémy blokují syntézu vitaminu D 27

28 Biologické působení Význam při resorbci vápníku a fosforu ze střev Příspívá k regulaci a optimalizaci hladiny vápníku a fosforu v krvi Vitamin D významný pro uchování kostí silných a nepoškozených 28

29 Nedostatek Nedostatek vitaminu D se projeví změknutím kostí v důsledku ztrát a nedostatečné resorbce vápníku a fosforu. Děti křivice, dospělí osteomalacie Předávkování Ve vysokých dávkách naopak metabolismus vápníku a fosforu narušuje, vede k hyperkalcémii a může skončit i smrtí. Samotné sluneční záření kvůli regulačním mechanismům syntézy nevede k hypervitaminose 29

30 Vitamin D podléhá fotoisomeraci Mechanismus fotoisomerace vitamin D2 ergosterol lumisterol 2 prekalciferol 2 tachysterol 2 ergokalciferol vitamin D3 7- dehydrocholesterol lumisterol 3 prekalciferol 3 tachysterol 3 cholekalciferol 30

31

32

33 TOKOFEROL (E) CH 3 OH CH 3 CH 3 CH3 CH 3 O CH 3 CH 3 Vitamin E CH 3 33

34 Tokoferoly - souhrnně označované jako vitamin E Přírodní chemické látky Deriváty 6-hydroxychromanu nebo tokolu Důležitý antioxidant, chrání buněčné membrány před poškozením volnými radikály 34

35 TOKOFEROL (E) Aktivní forma: tokoferoly, tokotrienoly Stimulující účinek Se Funkce: antioxidanty - in vivo, in vitro Další účinky: antikancerogenní účinek, růstový faktor, reprodukce Karence: poruchy jater, poruchy reprodukce, svalové atrofie, anémie, poruchy kapilární permeability Fortifikace: DL-α-tokoferolacetát nebo palmitát - oleje V deodoračních kondenzátech - výroba olejů Ztráty: oxidace 35

36 Vitamin E Tokoferol Tokotrienol R- skupina ve Vitaminu E FORMA R1 R2 R3 Alfa CH 3 CH 3 CH 3 Beta CH 3 H CH 3 Gama H CH 3 CH 3 Delta H H CH 3 tokoferol α-tokoferol β-tokoferol γ-tokoferol δ-tokoferol chemický název 5,7,8-trimethyltokol 5,8-dimethyltokol 7,8-dimethyltokol 8-methyltokol 36

37 Biologická aktivita 4 tokoferolové a 4 tokotrienolové izomery tvořené chromanovým kruhem a hydrofobním fytolovým vedlejším řetězcem (- nerozpustnost ve vodě a naopak dobrá rozpustnost v tucích) Tokoferoly snadno pronikají do buněčných membrán a stávají se jejich součástí Na chromanovém kruhu je připojena jedna hydroxylová skupina, která je dárcem vodíkových atomů a podmiňuje antioxidační účinek látky, a methylové skupiny, jejichž různý počet určuje konkrétní tokoferol. Nejvíce rozšířen D-α-tokoferol - největší antioxidační aktivita 37

38 Zdroje Klíčky, rostlinné oleje - fortifikace, celozrnné výrobky, olej z pšeničných klíčků, listová zelenina, máslo, mléko, burské oříšky, soja, salát, maso savců Potřeba vitaminu E se zvyšuje při zvýšeném příjmu nenasycených tuků nebo zvýšeném vystavení se kyslíku (kyslíkové stany apod.) Poruchy vstřebávání tuků ze střeva - nedostatek tokoferolu, vitamin se vstřebává jen společně s tuky. Ukládá se do zásoby v tukové tkáni Vitamin E se ničí během kuchyňské úpravy a při zpracování potravin, včetně zmrazení. 38

39 Denní dávka 8-20 mg DDD 12 mg Potřeba závisí na příjmu nenasycených mastných kyselin ZÁVISLOST POTŘEBY VITAMINU E NA PŘÍJMU NENASYCENÝCH MASTNÝCH KYSELIN (mg α-tokoferolu NA 1 g KYSELINY 1g mastných kyselin Monoenové Dienové Trienové Tetraenové Pentaenové Hexaenové mg α-tokoferolu 0,09 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 39

40 Biologické působení Důležitý antioxidant - chrání buňky před oxidačním stresem a účinky volných radikálů, zpomaluje stárnutí, působí jako prevence proti nádorovému bujení, zlepšuje hojení ran, pozitivní účinky na tvorbu pohlavních buněk, zvyšuje plodnost a podporuje činnost nervového systému V organismu součástí membrán Přenesením vodíku z fenolové skupiny na volný peroxiradikál zastavuje radikálové řetězové reakce. α-tocoh + ROO α-toco + ROOH Vzniklý fenoxy-radikál může reagovat s vitaminem C, redukovaným glutathionem nebo koenzymem Q. Může reagovat s dalším volným peroxilovým radikálem, dochází k nevratné oxidaci tokoferolu a vzniklý produkt je vyloučen žlučí. Stabilizace membránové struktury, ovlivňuje propustnost membrány pro malé molekuly, inhibitor proteinkinasy C. 40

41 Nedostatek Nedostatek vitaminu E spojen s poruchami vstřebávání nebo distribuce tuků Může se projevit jako neurologické potíže, snížení obranyschopnosti nebo poruchou funkce gonád, což může vést až k neplodnosti. U novorozenců může nedostatek vyvolat anémii způsobenou zkrácením životnosti červených krvinek. Předávkování V porovnání s jinými vitaminy rozpustnými v tucích je tokoferol relativně málo toxický. Dlouhodobé užívání vysokých dávek zhoršuje vstřebávání vitaminu K 41

42 VITAMIN K 42

43 VITAMIN K Fyllochinon (K1) Menachinony (K2) Menadion (K3) - syntetický Funkce: antihemoragický, hemokoagulační účinek (biosyntéza hemokoagulačních faktorů II, VII, IX a X); vliv na správnou stavbu kostí Výskyt v játrech důležitý pro jejich správnou funkci Karence: prodloužení doby srážení krve, hemoragie (riziko zejména u novorozenců), menstruace Denní dávka: μg DDD 75 μg Antivitamin: dikumarol (antikoagulační účinek - možno využít terapeuticky) 43

44 Fyllochinon (K1) Menachinony (K2) Menadion (K3) 44

45 Esenciální pro tvorbu bílkoviny protrombin a dalších faktorů zapojených do mechanismu srážení krve Vitamin K v přírodě ve dvou formách Vitamin K1, původně isolovaný z vojtěšky jediná forma vyskytující se v rostlinách Vitamin K2 - produkovaný bakteriemi Stabilita: na světle a teple relativně stabilní, labilní (UV, alkálie, kyseliny, oxidace); komplexy stabilnější Studie skladování vitaminu K v játrech 50% vitaminu z diety, 50% bakteriální produkce ve střevech Absorbován společně s tuky, žluč důležitá pro absorbci, přechod lymfatickým systémem, skladování v játrech Z organismu vylučován minimálně 45

46 Nedostatek Symptomy deficitu U dospělých zřídka, při podvýživě Běžná dieta dostatek vitaminu K Nízký příjem + antibiotika snížení produkce pomocí bakterií nízké hladiny vitaminu K v těle Deficit špatná srážlivost krve, příznaky krvácení z nosu. 46

47 Zdroje Široce rozšířený v potravinách Zelené rostliny, luštěniny, květák, zelí, špenát, vojtěška, pšenice, oves, soja Živočišné produkty - málo vitaminu K kravské mléko více než lidské sýry, žloutek, játra, jogurt Střevní mikroflóra! vitamin K je syntetizován střevními bakteriemi 47

48 Doporučené denní dávky v ČR Příloha č. 5 k Vyhlášce č. 225/2008 Sb. Nahrazena vyhláškou 352/2009 Sb. Vyhláška, kterou se stanoví požadavky na doplňky stravy a na obohacování potravin A 800 µg D 5 µg E 12 mg K 75 µg Souhrn Vitaminy 48

49 Souhrn vitamin Hlavní funkce Charakteristika Zdroje Varovné signály deficitu vitaminů Retinol A Chrání sliznice, působí při přeměně bílkovin, nezbytný pro růst a dobrý zrak Neničí se při teplotě varu, ale při vysokých teplotách za přítomnosti kyslíku Živočišný tuk, rybí olej, zelenina (mrkev) Zhoršení vidění v noci, průjem, střevní infekce, hrubá, suchá kůže, tvorba lupů a vrásek, poruchy chrupu, opožděný růst, náchylnost k infekcím, častá ječná zrna, četné skvrny na kůži Kalciferol D Reguluje absorpci kalcia a fosforu Rozpustný v tucích, relativně stálý při zmrazení Máslo, vejce, ryby, kvasnice do těla se dostává i opalováním Měknutí a deformace kostí a hrudníku, zvětšení kloubů, křehké kosti, nohy do o, zpomalování vývinu chrupu Tokoferol E Obnova buněk a svalů Rozpustný v tucích, stabilní v horku v nepřítomnosti kyslíku Salát a ostatní zelená zelenina, rýže, kukuřice Možná anémie u novorozeňat s předčasným porodem nebo u novorozeňat s nízkou hmotností, poruchy slinivky a žlučníku, ochablost svalů, rozklad červených krvinek Esenciální mastné kyseliny F Součást membránových lipidů. Chrání játra, plsobí jako růstový faktor Jsou narušovány kyslíkem a teplem Olej, sádlo Křehké vlasy, lupy, suchá pleť, křehké nehty, poruchy v hospodaření s vodou, rozmnožovacími poruchami Fyllochinon K Podporuje srážení krve, léčí krvácivost z nosu Rozpustný v tucích Ničí ho rentgenové a ostatní záření, aspirin Ovoce, zelenina, vit. K produkují střevní bakterie Poruchy srážlivosti krve, zvýšená náchylnost ke krvácení 49

50 Karotenoidy 50

51 Karotenoidy Skupina žlutých, oranžových, červených a výjimečně také žluto-zelených, převážně lipofilních pigmentů rostlin, hub, řas, mikroorganismů a také živočichů (korýšů, ryb, ptáků, savců) Roční produkce v přírodě se odhaduje na tun. Karotenoidní barviva jsou vázána v chloroplastech ve formě chromoproteinů a funkčně se účastní fotosyntézy. Dnes známo téměř 700 přirozeně se vyskytujících karotenoidních pigmentů. Z toho asi 50 sloučenin vykazuje aktivitu vitaminu A, proto se označují jako retinoidy 51

52 Chemická struktura karotenoidů Tetraterpenoidy (jsou jejich synonymem) - oligomery isoprenu Několik variant uhlíkového skeletu: - ryze alifatický řetězec - řetězec zakončený jedním či dvěma cykly (šestičlenným nebo pětičlenným) Dvojné vazby umožňují cis/trans isomerii Většinou konfigurace all-trans, konfigurace cis se vyskytuje jen ve dvojných vazbách nesubstituovaných methylovou skupinou. 52

53 Karotenoidy - dvě skupiny Uhlovodíky nazývané karoteny Kyslíkaté sloučeniny odvozené od karotenů - xanthofyly (kyslíkaté funkční skupiny se omezují na hydroxyl, karbonyl, karboxyl a epoxidovou vazbu) Kromě karotenoidů s konjugovanými dvojnými vazbami jsou známé i allenové (dieny s kumulovanými dvojnými vazbami) karotenoidy a deriváty s trojnou vazbou 53

54 Karoteny Nejjednodušší prototyp - acyklický polynenasycený uhlovodík lykopen Běžně rozšířené i hydroxyderiváty lykopenu jako je 3,4-dehydrolykopen a další sloučeniny (neurosporen, ζ - karoten, fytofluen, fytoen) Další karoteny vznikají enzymově katalyzovanou cyklizací z acyklických ψ- karotenů, kdy se tvoří α- nebo β- jononové struktury. Struktura s β - jononovým cyklem se nazývá β -karoten, struktura s α-jononovým cyklem je ε-karoten. Uhlovodík s β-jononovým cyklem pouze na jednom konci molekuly např. γ-karoten neboli β,ψ-karoten. Cyklizací na obou koncích molekuly vznikají struktury přítomné například v β- karotenu nebo v α-karotenu. Sloučenina β -karoten se tedy nazývá β,β-karoten, α-karoten je potom β,ε-karoten. Karoteny, které obsahují β-jononový cyklus (β -karoten, α-karoten aj.), jsou prekurzory retinolu - retinoidy 54

55 Lykopen Fytoen Fytofluen -karoten Neurosporen Acyklické karoteny

56 -karoten -karoten -karoten Cyklické karoteny -karoten

57 Xanthofyly Primárně vznikají jako produkty biochemické oxidace (hydroxylace) karotenů. Kyslíkaté deriváty odvozené od acyklických karotenů, v potravinách v malém množství. Monohydroxysubstituované deriváty alicyklických karotenů kryptoxanthiny Většina rostlinných pletiv obsahuje malá množství α-kryptoxanthinu a β-kryptoxanthin, které jsou prekurzory xanthofylů obsahujících dvě hydroxylové skupiny v molekule. Př. dihydroxysubstituovaných pigmentů je zeaxanthin a lutein 57

58 HO -kryptoxanthin HO HO Zeinoxanthin -kryptoxanthin Zeaxanthin OH OH OH skupinou Xantofyly s hydroxylovou HO Lutein

59 Epoxidy karotenoidů Oxidací hydroxysloučenin vznikají 5,6-epoxidy, např. antheraxanthin a taraxanthin Oxidací na obou koncích molekuly vznikají 5,6,5,6 diepoxidy, např. Violaxanthin Neoxanthin, který se vyskytuje ve vyšších rostlinách a fukoxanthin, karotenoidní barvivo řas, jsou příkladem v přírodě se vzácně vyskytujících sloučenin nazývaných alleny (dieny s kumulovanými dvojnými vazbami) 59

60 OH HO HO O O Antheraxanthin Violaxanthin O O OH OH Epoxidy karotenoidů Neoxanthin HO OH

61 O HO Kapsanthin OH O HO O Kapsorubin OH Přesmykem 5,6-epoxidů vzniká další skupina xanthofylů, které se nazývají cyklopentylketony nebo také κ-karoteny. Nejvýznamnější - kapsanthin a kapsorubin. V menším množství se vyskytují kryptokapsin a kapsolutein. 61

62 Degradované karotenoidy Sloučeniny obsahující v molekule méně než 40 atomů uhlíku Apokarotenoidy (dosti rozšířený β-citraurin, krocenin ze šafránu a bixin ze semen annatto). Karotenoidy přirozeně jako all-trans-isomer. Doprovázeny malým množstvím cis isomerů, které se nazývají neokarotenoidy. 62

63 Fyzikální a chemické vlastnosti Zháší singletový kyslík Blokují volné radikály Absorbují světlo Karotenoidy Lipofilní, nerozpustné ve vodě Snadno isomerují a oxidují Hydrofóbní charakter 63

64 Degradace karotenoidů Citlivé vůči oxidaci, nejméně stabilní -karoten, lutein a violaxanthin. Karotenoidy přítomné ve formě karotenoproteinů stabilnější než volné látky. β-karoten přirozeně převážně jako all-trans isomer. Stereoisomery β -karotenu se vyskytují jako minoritní přirozené pigmenty v ovoci a zelenině Za vyšších teplot a na světle (např. konzervování potravin) mohou vznikat také stereoisomery - tzv. neokaroteny - vykazují aktivitu vitaminu A, pokud mají zachovaný aspoň jeden β -jononový cyklus. Méně intenzivní zbarvení. 64

65 Degradace karotenoidů Trans-karotenoidy isomerace oxidace Cis-karotenoidy oxidace Epoxy karotenoidy Apokarotenoidy Nízkomolekulární látky

66 Antioxidační vlastnosti Zhášejí singletový kyslík a reagují s volnými radikály Antioxidační aktivita závisí na počtu konjugovaných dvojných vazeb v molekule, v menší míře ovlivněna koncovou skupinou (cyklická nebo acyklická) nebo substituentem na cyklické koncové skupině. Lykopen (11 konjugovaných dvojných vazeb. 2 nekonjugované dvojné vazby) - nejúčinnější antioxidant. 3x větší antioxidační schopnost než α-karoten (9 konjugovaných dvojných vazeb a dva cyklohexenové kruhy) a 100 krát větší antioxidační schopnost než asthaxanthin. Schopnost zachytávat volné hydroxylové a peroxylové radikály klesá v řadě : lykopen > β, β-karoten = zeaxanthin > isozeaxanthin > astaxanthin. β-karoten reaguje s volnými radikály a tím inhibuje nežádoucí radikálové oxidační reakce. 66

67 Interakce β-karotenu s volnými radikály Hydroperoxylový radikál R-O-O vznikající při autooxidaci lipidů zachycen konjugovaným polyenovým systémem, vznik stabilních radikálů β-karotenu R-O-O + β-karoten R-O-O-β-karoten Rozklad za odštěpení alkoxylového radikálu R-O, stabilizace za vzniku epoxidů, karbonylových sloučenin a dalších produktů: R-O-O-β-karoten R-O + β-karotenepoxid β-karotenepoxid polární produkty Za anaerobních podmínek nebo v přítomnosti velmi malého množství kyslíku karotenoidy vykazují vyšší antioxidační účinky. β-karoten tak reaguje s dalším hydroperoxylovým radikálem na finální polární produkty: R-O-O-β-karoten + R-O-O polární produkty Při vyšším parciálním tlaku kyslíku, například při skladování tuku za přístupu kyslíku může vznikat nestálý peroxylový radikál: R-O-O-β-karoten + O2 R-O-O-β-karoten-O-O 67

68 Funkce karotenoidů v lidském organismu Aktivita provitaminu A Působí proti rakovině Zvyšují imunitu Karotenoidy Prevence kardiovaskulárních chorob Chrání kůži před UV zářením Snižují riziko šedého zákalu a degenerace sítnice 68

69 Zdroj vitaminu A Hlavní fyziologickou funkcí karotenoidů je jejich provitamin A aktivita. Provitamin A - alespoň jeden nesubstituovaný β-jononový cyklus. Pouze 10% v přírodě se vyskytujících karotenoidů spadá do kategorie provitaminu A. Tetraterpenové retinoidy obsahující nejméně jeden β-jononový kruh jsou oxidací enzymově transformovány na příslušný aldehyd, all-trans-retinal (retinaldehyd). Nejvýznamnější provitamin A β-karoten, ze kterého vznikají dvě molekuly retinalu. Ten je částečně redukován na all-transretinol, tj. vitamin A 69

70 Přeměna β-karotenu na retinol (vitamin A) Beta-karoten Retinal CH 2 OH Retinol 70

71 Přeměna β-karotenu na vitamin A Na rozdíl od živočichů člověk absorbuje β-karoten v nezměněné formě, jeho hlavním nosičem je LDL (low density lipoprotein). Enzym, který ho štěpí (15,15 -beta-karoten dioxygenasa) je nestabilní, konverze na vitamin A za normálních okolností není efektivní. U člověka nevznikají z 2 molekul β-karotenu čtyři, ale přibližně jen jedna molekula vitaminu A. Konverze β-karotenu se řídí stavem vitaminu A v organismu. Pokud má organismus dostatek vitaminu A, konverze β-karotenu se snižuje Není možné se β-karotenem, jako zdrojem vitaminu A, předávkovat! Dalšími faktory, které ovlivňují přeměnu β-karotenu na vitamin A, je množství přijatých bílkovin, tuků a vitaminu E 71

72 Přeměna β-karotenu na vitamin A Množství β-karotenu potřebné pro vznik 1 g retinolu je 4 g (je-li provitamin přítomen v mléce, margarínu, rostlinných olejích nebo v živočišných tucích), 8 g (nachází-li se ve vařených listových zeleninách nebo v karotce připravené na tuku) a až 12 g (je-li v karotce vařené ve vodě). Provitamin v syrové karotce je téměř nevyužitelný. Celkový obsah vitaminu A se vyjadřuje v mezinárodních jednotkách (IU) a v ekvivalentech retinolu (RE). 1 IU odpovídá 0,3 g retinolu, 0,6 g β-karotenu nebo 1,2 g jiných provitaminů A jako je α-karoten, -karoten nebo β- kryptoxanthin. 1 RE odpovídá 1 g retinolu, což je ekvivalentní 3,33 IU vitaminové aktivity retinolu nebo 10 IU vitaminové aktivity odvozené od β-karotenu. 72

73 Karotenoidy: aktivita provitaminu A Karotenoid Aktivita (%) All-trans-β-karoten cis-β-karoten cis-β-karoten 53 All-trans-α-karoten 53 9-cis-α-karoten cis-α-karoten 16 All-trans-kryptoxanthin 57 9-cis-kryptoxanthin cis-kryptoxanthin 42 -karoten

74 Antioxidant Karotenoidy - vysoká schopnost vychytávat volné kyslíkové radikály β-karoten dokáže inhibovat oxidaci cholesterolu a tím redukovat riziko vzniku onemocnění srdce a cév. Také chrání brzlík (hlavní imunitní žlázu) před poškozením volnými radikály Lutein a zeaxanthin - silné antioxidanty uvnitř oční tkáně a jejich vysoký příjem chrání oči před degenerací žluté skvrny (makulární degenerace sítnice) Karotenoidy neutralizují toxické formy volného kyslíku, které se často vyskytují v cigaretovém kouři, znečištěném ovzduší, UV záření a ozonu Studie: kapsanthin, lykopen, -karoten a α-karoten jsou silnější antioxidanty než β-karoten 74

75 Antioxidant Lykopen, β-karoten, ale i lutein chrání kůži, resp. kožní fibroblasty před UVA světlem Lutein a zeaxantin snižují i riziko stařecké katarakty (šedého zákalu). V oční čočce je obsažen jen lutein a zeaxantin Antioxidanty chrání před vznikem katarakty, je-li její příčinou oxidační stres, méně jsou účinné u katarakt spojených s hyperglykemií Karotenoidy - potenciální inhibitory Alzheimerovy nemoci 75

76 Pozitivní účinky Mezibuněčná komunikace zvyšují komunikaci mezi buňkami v tkáních 1. β-karoten, 2. lykopen a lutein Karcinomy a srdečně-cévní onemocnění β-karoten - nižší riziko výskytu rakoviny a srdečně-cévních onemocnění provitaminy A - antikarcinogenní účinky - součást kontrolních mechanismů likvidujících volné radikály β-karoten, zvláště spolu s vitaminem E, snižuje oxidaci lipoproteinů (LDL) a oxidaci DNA a tím snižuje výskyt karcinomů a degenerativních onemocnění. Vyšší koncentrací lykopenu v tukové tkáni - menší riziko infarktu myokardu β-karoten snižuje riziko plicního karcinomu, ale v prostředí zvýšeného množství volných radikálů (např. u kuřáků) není dosti účinný, protože se oxiduje. Zvýšení imunity Vysoký příjem karotenoidů je spojen se zmírněním rizika infekce. β-karoten zvyšuje imunitu nejen proti nádorům, ale i proti chřipce a proti některým chronickým onemocněním, zvláště u starších lidí. 76

77 Výskyt Fotosyntetizující rostlinná pletiva - fotochemicky aktivní složky rostlinných organel plastidů, tj. chromoplastů a chloroplastů. V chloroplastech slouží jako doplňkové pigmenty při fotosyntéze a jako stabilizátory membrány, v chromoplastech uloženy v krystalické formě nebo ve formě tukových kapek, například v mangu nebo paprice. Přítomnost v zelených částech rostlin často maskována chlorofylem. Karotenoidy se vyskytují také v mikroorganismech a v živočišných organismech (např. žloutek vajec, peří plameňáků, ryby, plazi, bezobratlí živočichové atd.). Živočichové nejsou schopni karotenoidy syntetizovat, pouze přijímají potravou rostliné pigmenty, popř. je přeměňují na jiné láty. 77

78 Výskyt V rostlinných pletivech - nejvíce β-karoten, který je doprovázen xanthofyly luteinem, violaxanthinem a neoxanthinem. Naopak zeaxanthinu, -karotenu a β-kryptoxanthinu velmi málo. Výjimkou je kukuřice, kde dominantním pigmentem je právě zeaxanthin spolu s luteinem. V potravinách kromě karotenoidů také veliké množství produktů jejich katabolismu (degradovaných karotenoidů). Štěpení molekuly karotenoidů in vivo při zrání a také během některých způsobů zpracování rostlinných materiálů probíhá za katalýzy regioselektivních dioxygenasových enzymů. Některé primární i další produkty degradace karotenoidů jsou důležitými vonnými látkami (norisoprenoidy, β-cyklocitral, dihydroaktindiolid nebo α-iron). 78

79 Zelenina Listová zeleniná % karotenoidů β -karoten (2 až 35mg/kg), stejně jako v mrkvi, zbytek tvoří xantofyly lutein (7 až 56 mg/kg), violaxanthin (5 až 31 mg/kg) a neoxanthin (3 až 20 mg/kg). V menším množství jsou přítomny kryptoxanthin, zeaxanthin, antheraxanthin aj. Přítomnost karotenoidů je maskována chlorofylovými barvivy. Mrkev (Daucus carota) - převládajícím pigmentem β -karoten. Jeho obsah je běžně 60 až 120 mg/kg, ale v některých odrůdách bývá přítomno až 300 mg/kg. Dalšími pigmenty jsou α-karoten (35 mg/kg) a -karoten. Část pigmentů je asociována s bílkovinami. Některé karotenoidy se vyskytují jen v omezeném počtu rostlinných druhů. Příkladem je kapsanthin a kapsorubin v červených paprikách a kapiích rodu Capsicum annum. 79

80 Hladiny karotenů ve vzorcích mrkve β-karoten α-karoten Obsah karotenů (mg/kg) Afalon F1 Cortina F1 Afalon F1 Cortina F1 Afalon F1 Cortina F1 konvenční integrované ekologické Vzorek: odrůda/zp. pěstování Stanovení karotenů metodou HPLC-VID (λ max =444 nm): Ukázka chromatogramu m A U DAD1 A, Sig=450,4 Ref=630,100 (KAROTENY\121102_MRKEV_KAROT \ D ) DAD1 A, Sig=450,4 Ref=630,100 (KAROTENY\121102_MRKEV_KAROT \ D ) α-karoten β-karoten Vzorek standard Absorpční spektrum β-karotenu: *DAD1, (45.5 mau, - ) Ref=0.002 & of D m A U nm Konstantní poměr α- a β-karotenu (44:56) m in

81 Zelenina V zelených paprikách jsou, kromě chlorofylů, přítomny karotenoidní pigmenty lutein (8-14 mg/kg), violaxanthin (8-10 mg/kg), neoxanthin (8-9 mg/kg) a β -karoten (6-8 mg/kg). Během zrání vzniká z minoritních žlutých xanthofylů přítomných v zelených plodech enzymově katalyzovanými reakcemi několik červených -karotenů. V rajčatech je hlavním karotenoidem lykopen (běžně 90 % všech karotenoidů), β -karotenu je poměrně málo (do 6 mg/kg) a asi 1 mg/kg představuje γ-karoten a lutein. Málo lykopenu a více β- karotenu (až 80 mg/kg) a γ-karotenu (asi 7 mg/kg ) obsahují některé hybridy oranžové barvy. Obsah karotenoidů v rajčatech variabilní, závisí na mnoha faktorech: stupeň zralosti, odrůda, pěstitelské podmínky, klima aj. Např. u různých červených odrůd rajčat se lišil obsah lykopenu až o 75 % 81

82 Rajčata (Solanum lycopersicum) patří mezi lilkovité rostliny (Lycopersicon) Roční světová produkce 70 milionů tun (25-30 mil. tun zpracováno) Průměrná roční spotřeba v ČR 3,5 kg v EU kg v Itálii a USA více než 30 kg 82

83 Chemické složení rajčat Významný zdroj: lykopen, vitamin C, β-karoten, minerální látky α-tomatin, dehydrotomatin Dvě středně velká rajčata obsahují jen asi 22 kcal. Chemické složení Obsah (g/100g č.hm.) Voda 93,1-94,2 Bílkoviny 0,7-1,0 Sacharidy 3,1-3,5 Tuk 0,2-0,3 Obsah (mg/100g č.hm.) Vitamin C 16,0-24,2 Vitamin E 0,8-1,22 Lykopen 0,9-9,3 β-karoten 0,3-0,52 83

84 Vliv zralosti: lykopen, β-karoten mg/kg LYKOPEN Obsah lykopenu a β- karotenu výrazně narůstá v průběhu zrání rajčat Nezralá Nedozrálé Zralá Přezrálá Zralá (odrůdy) Stupeň zralosti KAROT EN Po dosažení plného stupně zralosti začne obsah lykopenu klesat, obsah β-karotenu dále roste mg/kg Nezralá Nedozrálé Zralá Přezrálá Zralá (odrůdy) Prokázán vliv způsobu pěstování a obsahu dusíku v půdě na hladiny lykopenu a β-karotenu 84

85 Terapeutické účinky lykopenu a β-karotenu β-karoten (all-trans-β-karoten) patří mezi retinoidy nejvýznamnější provitamin A Lykopen ani β-karoten není syntetizován v lidském těle Antioxidační aktivita (lykopen 2 x účinnější než β-karoten a 10x účinnější než vitamin E) Působí kanceropreventivně: snížení rizika karcinomu prostaty, prsu a trávicího traktu Působí preventivně vůči oxidaci LDL cholesterolu Chrání před vznikem a progresí aterosklerózy i všech projevů souvisejících s tímto onemocněním 85

86 Ovoce V ovoci jednoho druhu více různých karotenoidů. Vzácněji (např. v meruňkách (Prunus armeniaca) a mangu (Mangifera indica) hlavním karotenoidem β -karoten. Xanthofyly jsou zde přítomny ve velmi malém množství. V broskvích (Primus persica) větší množství xanthofylů. Část z nich se vyskytuje ve formě monoesterů a diesterů mastných kyselin (převážně myristové a palmitové). V pomerančích jsou přítomna značně proměnná množství kryptoxanthinu, luteinu, antheraxanthinu a violaxanthinu a také apokarotenoidy β-citrarin a β-citranaxanthin. Dále pak řada jiných xanthofylů, ale poměrně malé množství karotenů. 86

87 Další rostlinné materiály Sušené blizny šafránu setého (Crocus sativus)- koření - žlutooranžové barvivo, jehož základem je apokarotenoid krocetin. Krocetin se v šafránu vyskytuje jako ester s disacharidem genciobiosou. Krocetin také v plodech gardénie (Gardenia jasminoides). Hlavní přirozenou složkou extraktu z vnější části semen annatto keře oreláník barvířský (Bixa orellana) rostoucí v tropech je apokarotenoid bixin neboli 9 -cis-bixin. Jeho množství v semenu bývá okolo 2%. Lykopen spolu s 3-hydroxy-g-karotenem je také hlavním pigmentem šípků (Rosa canina). V surových rostlinných olejích bývá asi 0,03-0,25 % karotenoidů. vysoký obsah karotenoidů (0,05-0,2 %) má palmový olej. Hlavními složkami jsou α-karoten a β -karoten, v poměru 2:3. Pigmenty v rafinovaných olejích odlišná struktura od přírodních. 87

88 Karotenoid Karoteny α-karoten, β-karoten, -karoten, -karoten, -karoten, -karoten Lykopen, neurosporen Fytofluen, fytoen Xanthofyly Antheraxanthin Astaxanthin Bixin, norbixin Kanthaxanthin Kapsanthin, kapsorubin Krocenin Kukurbitaxanthin A Lutein, vilolaxanthin, neoxanthin Luteoxanthin, auroxanthin Zeaxanthin, α,β-kryptoxanthin Výskyt Zelenina a ovoce (mrkev, batata, palmové ovoce) Šípek (zdroj -karotenu) Rajče, meloun, šípek Ovoce(mango, broskev, grapefruit, pomeranč) Kořenová zelenina (mrkev) Okvětní lístky žlutých květin Ovoce, zelenina Ptáci, ryby, humr Semena annatto Převážně syntetický, Zelené řasy Capsicum annum, zralé ovoce Šafrán Tykev Zelené ovoce a zelenina (kiwi, brokolice, zelí, špenát ) a květiny Zpracované ovoce a zelenina (fermentace) Obilí, kukuřice, Ovoce (mango, papaya), Květiny 88

89 β-karoten Nejvýznamnější provitamin A Antioxidant Antikarcinogenní účinky Významný vliv na imunitní systém Inhibice syntézy cholesterolu Absorpce β-karotenu probíhá v tenkém střevě. Množství absorbovaného β-karotenu ovlivňují různé faktory, zejména množství tuků a bílkovin. Např. ze špenátu, který byl připraven bez tuku, se resorbuje pouze 6% z celkového β-karotenu, přidáme-li při kuchyňské úpravě tuk, zvýší se absorbce β-karotenu až na 60 %. 89

90 Výskyt a zdroje Nejbohatšími zdroji β-karotenu: mrkev, karotka, meruňky, papája, mango, nektarinky, broskve, špenát, brokolice, hrách, kapusta, řeřicha β-karoten se také vyskytuje v živočišných materiálech, např. dává zbarvení vaječnému žloutku, máslu nebo masu lososa. 90

91 Funkce v organismu Antioxidant - neutralizace volných radikálů bylo dokázáno, že konzumace ovoce a zeleniny, bohatých na β-karoten, zabraňuje rozvoji některých druhů rakoviny. Díky svým antioxidačním vlastnostem působí preventivně proti rozvoji kardiovaskulárních onemocnění. Ochrana před fotooxidací, potlačuje negativní vliv volných kyslíkových radikálů, které vznikají v kůži důsledkem UV záření, a které mohou indukovat prekancerogenní změny v buňkách. Stimulační efekt na imunitní systém a spolu s vitaminem E a selenem potlačuje vývoj zánětů oka. 91

92 Denní doporučená dávka (DDD) Denní doporučená dávka pro β-karoten nebyla stanovena ČR - doporučuje se 16 mg/den Dávka mg/den hranice bezpečnosti Vyšší příjem karotenoidů a/nebo při některých chorobách (diabetes melitus, hyperlipidemie, hyperthyriodismus, nefrotický syndrom) může dojít k hyperkarotenodermii, která se projevuje zažloutnutím kůže, zejména dlaní a chodidel. Tyto příznaky jsou reverzibilní a odezní po vysazení karotenoidů. 92

93 Lykopen Lykopen (C 40 H 56 ) je pigment rozpustný v tucích, obsahuje 11 konjugovaných a 2 nekonjugované dvojné vazby. V rostlinách je hlavně ve formě all-trans, což je termodynamicky stabilní forma Významný antioxidant 40x vyšší než α-tokoferol Acyklický polynasycený uhlovodík Antioxidační vlastnosti -snižuje výskyt karcinomu prostaty Působí chemopreventivně proti karcinomu plic Chrání kůži před UVA světlem 93

94 Výskyt a zdroje Obsažen v červené zelenině a ovoci, např. rajčatech (Lycopersicum esculentum), melounu (Citrullus tanatis), červených grepech (Citrus paradisi) a meruňkách (Primus armeniaca) Zpracovaná rajčata obsahují lépe vstřebatelný lykopen než čerstvá. Při zpracování se mění all-trans forma na cis formy lykopenu. Zmražená potrava lykopen neztrácí Účinnost lykopenu závislá i na přítomnosti jiných kooxidantů, hlavně vitaminu C. Odstředěné mléko neumožňuje vstřebávání lykopenu, který není rozpustný ve vodě. 94

95 Funkce v organismu Nejúčinnější antioxidant, inaktivuje i peroxid vodíku, chrání membrány lymfocytů před NO 2, nejúčinněji z karotenoidů odstraňuje singletový kyslík (2 x účinněji než β-karoten a 10 x účinněji než vitamin E). Regulace komunikace mezi buňkami kanceropreventivní Při stravě bohaté na lykopen (nejméně 10 porcí výrobků z rajčat za týden) až o 35 % menší riziko karcinomu prostaty a trávicího traktu. Příznivý účinek stravy bohaté na lykopen se projevuje i u hypertrofie prostaty. Lykopen působí chemopreventivně proti karcinomu plic, příznivě účinkuje i u karcinomu žaludku. Snížení rizika nastává také v případě karcinomu prsu (mj. snižuje hladinu prolaktinu, který podporuje buněčné dělení). Ve vyšších dávkách (60 mg/den) inhibuje 3-hydroxy-3- metylglutaryl-koenzym A reduktasu, čímž blokuje syntézu cholesterolu. 95

96 Snížení rizika onemocnění Lycopene found to reduce risks of various Rakovina: Prostaty Zažívacího traktu Močový měchýř Kůže Plic Prsu Kardiovaskulární nemoci Astma Inhibice oxidace DNA a LDL cholesterolu 96

97 Změny během zpracování a skladování Kulinární úpravy: zvýšení biologické dostupnosti (Isomerace transkarotenoidů na cis-karotenoidy, změna barvy potraviny) Mechanické úpravy - přístup kyslíku a enzymů ke karotenoidům Hlavní příčinou degradace karotenoidů je enzymatická a neenzymatická oxidace. Změny nebo ztráty karotenoidů během zpracování a skladování potravin - geometrickou isomerací a enzymatickou nebo neenzymatickou oxidací působením tepla, světla a kyslíku, Poměrně stabilní jsou karotenoidy v mražených potravinách Při domácích úpravách se ztráty karotenoidů zvyšují v následujícím pořadí: mikrovlnný ohřev < dušení v páře < vaření < smažení. 97

98 Tepelné úpravy - lykopen Rajčata lykopen v all-trans formě Během tepelných úprav dochází k isomeraci na formu cis Obsah cis isomerů roste s teplotou a dobou záhřevu. V přítomnosti tuku nebo oleje se lykopen stává reaktivnějším a rychleji degraduje. Působení vysokých teplot vede k rozpadu molekuly lykopenu na nestálé sloučeniny Ozáření dochází ke ztrátám celkového lykopenu. V případě cis isomerů lykopenu dochází nejdříve k prudkému nárůstu obsahu cis isomerů, po té nastane degradace. 98

99 Rozpad lykopenu během záhřevu Lykopen O 2-methyl-2-hepten-6-on CHO Pseudo-ionon O Garanial 6-methyl-3,5-heptadien-2-on O CHO Neral

100 Sušení K rychlé degradaci dochází při sušení na slunci. Přírodní nebo přidané antioxidanty chrání karotenoidy před jejich rozkladem. Zabráněním přístupu kyslíku (vakuované balení, balení v ochranné atmosféře), ochrana před světlem a nízké teploty sníží riziko ztrát karotenoidů během skladování. Při sušení a mletí paprikových lusků se snižuje obsah pigmentů zhruba na polovinu. Nejméně stálé jsou žluté pigmenty, zvláště β- karoten, u červených pigmentů jako je kapsanthin dochází jen k minimálnímu rozkladu. Karotenoidy sušeného ovoce a zeleniny se snadno oxidují (rozsah oxidace závisí na aktivitě vody, teplotě, obsahu kyslíku v atmosféře aj.). V sušené mrkvi např. dochází při skladování na vzduchu až k 50 % ztrátám karotenoidů. 100

101 Skladování Špenátový protlak - rychlá enzymová degradace karotenoidů (asi 50% přítomných pigmentů se rozkládá během 20 min). lipoxygenasy. Mletá paprika za přístupu kyslíku snadno oxiduje hydroxylová skupina cyklopentanového cyklu a z kapsanthinu vzniká odpovídající diketon kapsanthon. Kapsanthon se dále rozkládá na β-citraurin. Skladování potravin obsahující přírodní 9 -cis-bixin může za přístupu světla vznikat all-trans-bixin a jeho hydrolýzou all-trans-norbixin. U sýrů barvených bixinem (E160b) se tyto látky váží na fosfopreteiny, například na kasein. 101

102 Opalování - reakce organismu Tzv. erytemogenní spektrum slunečního záření zahrnuje paprsky o vlnové délce nm Žádoucí zhnědnutí kůže je způsobeno kožním pigmentem melaninem - přirozená ochrana proti ultrafialovému záření. V kůži vzniká působením slunečního světla z přítomných provitaminů vitamin D pozitivní Negativní důsledky - působení volných radikálů Poškození povrchové vrstvy kůže, předčasné stárnutí, vznik nádorového bujení. Ochrana před negativními vlivy UV záření Užívání přípravků s obsahem antioxidačních látek, které přímo v organizmu, tedy na buněčné úrovni, vychytávají tyto škodlivé volné radikály a zneškodňují je (tzv. chemoprevence). 102

103 Karotenoidy chrání organismus před UV zářením 1) ukládají se v kůži a vytvářejí vrstvu pigmentu, který chrání spodní vrstvy pokožky před poškozením UV zářením. Vytvářejí účinný filtr, který nedovoluje proniknout škodlivým paprskům k citlivým spodním vrstvám pokožky. Pleť díky tvorbě pigmentové vrstvy dostane bronzové zabarvení, aniž bychom se museli vystavovat nadměrnému opalování. 2) silné antioxidanty - chrání organismus před poškozením volnými radikály. Zachování elasticity pokožky, brání stárnutí kůže a tvorbě vrásek. Pleť dostává broskvově sametový vzhled. 3) posilují imunitní systém, a ten pak lépe odstraňuje poškozené a rakovinotvorné buňky, a tím výrazně snižují riziko rakoviny a zpomalují proces stárnutí. 103

104 SYNTETICKÝ PŘÍRODNÍ β- karoten v doplňcích stravy Doplňky se syntetickým β-karotenem obsahují pouze samotný β- karoten, zatímco přírodní doplňky stravy obsahují další přirozeně se vyskytující karotenoidy (alfa-karoten, lutein, lykopen, astaxanthin, kryptoxanthin a mnoho dalších). Kombinace různých karotenoidů je v ochraně organismu účinnější než jen samotný β- karoten. Syntetický β- karoten negativně ovlivňuje vstřebávání ostatních karotenoidů. SYNTETICKÝ β- karoten obsahuje pouze tzv. all-trans isomery, PŘÍRODNÍ β- karoten směsí trans a cis isomerů. Ovoce a zelenina obsahuje asi 90% trans a 10% cis isomerů. Cis isomery mají větší biologickou dostupnost Doporučuje se neužívat doplňky obsahující syntetický β- karoten, zejména pokud je člověk kuřák či silný konzument alkoholu 104

105 KLINICKÉ STUDIE Podávání syntetického β- karotenu pro ochranu zdraví jak kuřáků, tak i zdravé populace nemělo očekávané výsledky. Dokonce u určitých skupin obyvatelstva došlo ke zhoršení zdravotního stavu. Všechny tyto studie používaly SYNTETICKÝ all-trans betakaroten. Forma all-trans β- karotenu také snižuje hladiny lykopenu v krvi. SYNTETICKÝ β- karoten může negativně ovlivňovat ochranný účinek vitaminu E na LDL cholesterol a paradoxně se může chovat za určitých podmínek jako prooxidant (látka způsobující oxidaci). Tento efekt je ještě zesilován přítomností askorbové kyseliny. čím vyšší byla podávaná dávka syntetického betakarotenu, tím vyšší oxidační aktivita byla pozorována. 105

106 Bezpečné přírodní karotenoidy = zdravé opalování s ProKarotenem PŘÍRODNÍ karotenoidy

107 Revital Reviopthal Výrobce: Vitar s.r.o. Proti únavě očí. obsahuje přírodní karotenoidy lutein a zeaxantin (izomer luteinu), získané z rostliny měsíčku lékařského, což jsou látky nezbytné pro dobrý zrak lutein a zeaxantin jsou silnými antioxidanty a mají významně příznivý vliv na zrak

108 O H 3 CO CH 3 H 3 CO O CH 3 10 H CoQ10 Koenzym Q 10 Ubichinon, Ubichinol, Semichinon 108

109 Koenzym Q10 Ubichinon, koenzym Q Zkratky CoQ10, CoQ, Q10, nebo Q Benzochinon, kde Q znamená chinonovou skupinu a 10 isoprenylovou skupinu Sloučeniny s vitaminovým účinkem Přítomný v lidských buňkách Zodpovědný za produkci energie (ATP) v buňkách, která je konvertována v mitochondriích za pomoci CoQ10. 95% energie v těle je konvertováno za přítomnosti CoQ10. Orgány s nejvyšší spotřebou energie srdce a plíce, játra nejvyšší obsah CoQ10 Označení vitamin Q - nesprávné 109

110 Klíčová úloha při Produkce energie Ochrana organizmu před toxickými volnými radikály 110

111 Biologicky relevantní chinony CH 3 O O CH 3 + 2H + + 2e - CH 3 O OH CH 3 O CH 3 O n H O CH 3 OH n H Ubichinon Kenzym Q (Oxidovaná forma) Ubichinol Koenzym Q (Redukovaná forma) Oxidačně/reduční cyklus chinonů - Koenzym Q -Přenašeč elektronů v dýchacím řetězci - Koenzym Q dvou elektronové oxidační činidlo 111

112 Ubichinon - 2,3-dimethoxy-5-methyl-6-multiprenyl-1,4- benzochinon -- CoEnzyme Q (CoQ10, Q) Redukovaná forma (QH2) ubichinol Částečně redukovaná forma volný radikál.q- semichinon Chinonová skupina umožňuje Koenzymu Q přenos elektronů Volný radikál relativně stabilní ubichinon (CoQ = Q) - ubichinol (CoQH2 = QH2) 112

113 Q --> QH2 přes přechodný volný radikál 113

114 Mitochondrie Mitochondrie - oxidační metabolizmus eukaryotních buněk výroba energie oxidační fosforylace V mitochondriích je tvořeno přes 90% adenosintrifosfátu (ATP), základního zdroje energie nezbytné pro život buněk Volná energie, potřebná k tvorbě ATP, je získávána oxidací při postupném přenosu elektronů sérií čtyř proteinových komplexů, kterým elektrony postupně procházejí směrem od nižších k vyšším potenciálům. Z komplexu I a II jsou elektrony ke komplexu III přenášeny koenzymem Q, z komplexu III na komplex IV cytochromem C. Přenos elektronů 114

115 Ubichinol Běžně je většina CoEnzyme Q přítomna v redukované formě (ubichinol, QH2) efektivní antioxidant QH2 neutralizace peroxylových radikálů lipidů donace atomu vodíku za vzniku volného radikálu semichinonu (.Q-), který je obnoven v dýchacím řetězci QH2 /.Q- regenerace Vitaminu E 115

116 Výskyt V různých druzích počet izoprenových jednotek 6 10 U savců 9 (CoQ9) nebo 10 (CoQ10) isoprenových jednotek Myš a krysa - 90% ubichinonů CoQ9 Králík, prase, ovce, kráva člověk převážně CoQ10 Q10 - významný pro člověka lidský organizmus nemůže přímo využívat ubichinony 1-9, ale jejich transformací v játrech si dovede Q10 vytvořit. Nízký obsah Q10 v potravě - transformace "nižších" ubichinonů v játrech (schopnost jater se snižuje nemocí, a stárnutím) Únava a zvýšený výskyt kardiovaskulárních chorob - snížená schopnost tvořit dostatek energie v buňkách - deficit Q10 116

117 Výskyt ubichinonu Q10 Potravina CoQ10 [μg/g] Porce [g] CoQ10 porce [mg] Vepřové srdce Kuřecí stehno Hovězí srdce v sojovém oleji 9,2 mg/100g v sardinkách 6,4 v makrelách a herincích 4,3 v hovězím masu 3,1 v kuřecím masu 2,1 v celozrných produktech 2,5 ve špenátu 1,0 v brokolici 0,7 Vyvážená strava by z hlediska přísunu Q10 měla být především rozmanitá. 117

118 CoQ10 hladiny v lidských tkáních CoQ10 koncentrace Orgán srdce 114 ledviny 66.5 játra 55 sval 40 slezina 24.6 mozek 13.4 střevo 11.5 plíce 7.9 µg CoQ 10 /gram 118

119 Účinek Rozhodující součást redox systému Regulace přestupu iontů stěnou buňky a mitochondrií, tvorba ATP Silný antioxidant efektivně likviduje škodlivé volné radikály Nedostatek CoQ10 Pozvolné omezování celkové tělesné i duševní aktivity Ochrana před škodlivými účinky volných radikálů Zvyšování zátěže zvyšuje nároky na tvorbu ATP, zvyšuje se i aktivita volných radikálů - stoupají nároky na přívod CoQ10 - zvýšená únava chrání LDL cholesterol před oxidací x ateroskleróza, podávaní statinů - důvod pro doplnění léčby koenzymem Q10. Zevní aplikací CoQ10 na pleť dochází k tonizaci fibroblastu, která se projeví výrazným zmenšením vrásek. 119

120 Účinek klinické studie Chronické srdeční selhání Srdeční sval - myokard má vysoké nároky na výrobu energie a obsah Q10 v něm je vysoký Výsledky léčby u asi 2500 pacientů - deficit Q10 u 20% až u 75% pacientů s kardiovaskulárními chorobami. Pacienti na přívod Q10 odpovídali zlepšením srdeční funkce a vyšším přežíváním. S klinickým zlepšením korelovalo zvýšení hladiny Q10 U kardiaků a osob trpících vysokým cholesterolem Prevence důsledků poškození po ozařování a chemoterapii 120

121 Účinek klinické studie Stárnutí tvorba energie v buňkách + antioxidační působení studie na myších: dodáván Q10, přežívaly o více než polovinu déle, než kontrolní Opakované studie potvrdily, že i u lidí s věkem klesá množství Q10 v organizmu V podskupině osob starších 90 let, s dobrými mentálními schopnostmi - zjišťovány vyšší hladiny Q10, než u jejich méně výkonných vrstevníků Zmírnění stárnutí, chronické únavy, artritidy, proti roztroušené skleróze, diabetů, neplodnosti u mužů 121

122 Účinek klinické studie Stomatologie Nedostatek Q10 v dásních je obecný nález u pacientů trpících paradontózou. I krátkodobé dodávání Q10 zpomaluje nebo i zastavuje tvorbu gingiválních chobotů a degenerační změny sliznice dásní, působené zánětem, a snižuje krvácivost dásní. Byla zjištěna lineární závislost efektu na dávce: 100mg CoQ/d bylo signifikantně účinnější, než 30 mg/d Koenzym Q10 se uplatňuje především svým kladným působením na aktivitu imunitního systému. 122

123 Využití Při různých onemocněních a v důsledku stárnutí, klesá jeho tvorba Nejdůležitější použití Q10 u kardiaků a stárnoucích osob Svalová činnost spjata s produkcí ATP účinný jako prostředek ke zvýšení výkonu ve sportu (současně jako ochrana přetížení srdce) 123

124 Onemocnění léčba Q10 děti s metabolickými onemocněními (především myopatie) Osoby trpící selháváním oběhu (srdce), osoby trpící selháváním ledvinové funkce, osoby trpící astmatem a léčené kortikoidy neplodnost mužů diabetici degenerativní onemocnění nervového systému (Parkinsonova a Alzheimerova choroba) 124

125 Koenzym Q10 Potravní doplňek Český trh dvě verze Q10 syntetická (uměle, chemicky vyrobená), není 100% vzniklá přírodní cestou pomocí genově manipulovaných bakterií nebo kvasinek - čistá forma Q10 v doplňku stravy: rozpuštěný v oleji navázaný na lipofilní nosič - "suché" kapsle 125

126 Doporučené dávky Suplementace mg denně Preventivně 30 mg denně Terapeuticky minimálně 100 mg V některých případech až 500 mg denně Doporučuje se podávat Q10 vždy spolu s použitím léků, snižujících cholesterol a lipidy, tedy tzv. statinů Není popisována toxicita, ani nežádoucí vedlejší účinky podávání koenzymu Q10 jako doplňku stravy 126

127 Přínos užívání Koenzymu Q10 Zvládnout zvýšenou zátěž (stres, pracovní vytížení, vleklá psychická zátěž, fyzická práce, sport) Obrana negativnímu působení toxických volných radikálů (znečištěné životní prostředí zejména smog, nebo některá onemocnění). Nedostatek (u lidí nad 40 let, nebo u lidí užívajících léky na snížení cholesterolu, lidé s onemocněním srdce anginou pectoris, srdečním selháním, lidé před a po operaci srdce, hypertonici), vysoký krevní tlak Zvýšení mužské plodnosti Migréna 127

128 128

129 129

130