Каротиноиды

В обмене веществ человека и животных большое место занимают каротиноиды - предшественники витаминов А (син.: антиксерофталмические витамины, антиинфекционные витамины, ретинол, дегидроретинол). Витамины А играют активную роль в обмене белков, липидов, углеводов. Так как в организме и человека и животных каротиноиды не синтезируются, поэтому они должны быть обязательным компонентом кормовых и пищевых рационов. В результате сложных биохимических реакций, происходящих в печени под влиянием каротиназы, каротин превращается в витамин А. От присутствия каротиноидов плоды, листья, цветы приобретают разнообразную окраску. Животные получают каротин из растений, а человек из животных продуктов. Особую важность приобретает добавление в корма каротина при производственном выращивании скота, особенно на севере. В медицине витамины А используются при некоторых кожных заболеваниях, в кулинарии - в качестве пищевого красителя.

Провитамин А - b-каротин - можно извлекать из растений, получать химическим путем, микробиологическим синтезом. Главные источники для промышленного получения каротиноидов из растений - морковь, тыква, облепиха, люцерна. В 1950 г. осуществлен химический синтез b-каротина, что позволило его использовать в промышленных масштабах. В это же время начались активные поиски продуцентов среди микроорганизмов. В 80-х годах было открыто свыше 300 продуцентов в основном микробного происхождения. В настоящее время изучено более 500 каротиноидов, благодаря совершенствованию методик их число неизменно возрастает. Была показана несомненная перспективность применения микроорганизмов для синтеза каротиноидов. Все фототрофные, ряд нефотосинтезирующих бактерий, актиномицеты, плесневые грибы и дрожжи синтезируют b-каротин, синтезирующая активность низших организмов (в пересчете на единицу биомассы) значительно выше, чем у высших. Если 1 г моркови содержит ~60 мкг b-каротина, то 1 г гриба Blakeslea trispora 3…8 тыс. мкг. Биологическая активность микробного продукта зачастую значительно выше, выделенного из высших растений, а производство значительно дешевле.

У фототрофных организмов каротиноиды расположены в фотосинтезирующем аппарате. У хемотрофных они в основном ассоциированы с клеточной мембраной в форме гликозидов и сложных эфиров, Micrococcus radiodurans локализованы в клеточной стенке, у грибов - в липидных глобулах цитоплазмы.

Каротиноиды фототрофов являются дополнительными по отношению к хлорофиллу пигментами и участвуют в фотосинтетической трансформации энергии света в энергию химической связи, предохраняют молекулы хлорофилла от разрушения под действием света, протекторная функция выражена в защите клетки от окисления молекулярным кислородом, проявляя себя как антиоксиданты. Каротиноиды могут аккумулировать кислород, отдавая его через некоторое время.

У экстремальных галофилов, например, Halobacterium halobium в "пурпурных мембранах" присутствует бактериородоксин с хромофором - апокаротиноид ретиналь, который функционирует как светозависимая протонная помпа, обеспечивая генерацию трансмембранного потенциала и синтез АТФ. Поэтому галобактерии способны расти при ярком свете в отсутствии иных источников энергии. Родопсин зеленой одноклеточной водоросли Chlamydomonas sp. задействован в фототаксисе. Присутствие каротиноидов в дрожжевой клетке позволяет им переносить достаточно высокие дозы радиации. Можно еще долго перечислять свойства каротиноидов, выделяя их позитивные качества для клеток и организмов.

Субстратами при образовании витамина А может быть не только b-каротин, но и другие каротиноиды, например, a-каротин и ксантофилы. Но в этом случае витамина А образуется значительно меньше.

Витамин А в организме человека и животных играет очень важную роль. Помимо участия в процессе сумеречного зрения и адаптации глаза в темноте, витамин А необходим для нормального роста, развития и дифференцирования тканей, радиопротекции при рентгеновском облучении, регулирует процессы размножения, играет значительную роль в механизме резистентности организма к инфекционным началам. Одна из основных функций витамина А - регуляция прохождения метаболитов через мембраны.