Karotenoider
I forårsmånederne kan man på halvfugtige steder i løvskove med el, pil, ask og ahorn finde denne usædvanlig kønne lille bægersvamp. Den lyser så postkasserødt op i skovbunden, at den kan ses fra bilen, når man suser forbi. Der er på denne årstid intet andet i skovbunden, som har denne farve.
I bl.a. bøgeskove på tør bund findes en helt lignende, beslægtet art. Den iøjnefaldende farve skyldes pigmentstoffer, som hører til gruppen af karotenoider. Karotenoider er blandt naturens mest udbredte og vigtigste pigmentstoffer, og kendes fra den gule farve i æggeblommer, citroner og ananas, fra den orange farve i morgenfruer, appelsiner, krebsdyrskaller, guldfisk og gulerødder, fra den lyserøde farve i kødet af laks og fjerdragten hos flamingoer samt den røde farve hos mariehøns, tomater og rosernes hyben. Når karotenoiderne forekommer i kompleks med proteiner kan de give insekter og andre hvirvelløse dyr blå, purpur og grønne farver.
Planters blade er grønne, – men når efteråret kommer, opdager vi, at bladene bliver gule og røde på grund af deres indhold af karotenoider. Det er blevet sagt, at ”karotenoiderne har betydning for planters lysopfattelse ved at absorbere lys, så planterne vender sig mod solen”(5151). Sagt på en anden måde er karotenoid-pigmenternes funktion i blade at opfange sollyset, og sende de energi-anslåede elektroner videre til klorofylpigmenterne, som kan lave fotosyntese. Uden karotenoider ville fotosyntese i en iltrig atmosfære være umulig, idet karotenoiderne (ud over at igangsætte fotosyntesen) er nødvendige for at beskytte mod den ilt, som dannes ved fotosyntesen.
Karotenoider kan dannes af arkebakterier, af fotosyntetiserende bakterier og andre bakterier, samt af alger, svampe og planter. Dyr kan ikke danne karotenoider, men de kan ændre dem kemisk, og dyr optager karotenoider fra føden. Den gule farve på mange fugles ben er karotenoider. Det er også karotenoider, som giver de kraftige røde farver hos mange hanfugle. De røde, orange og gule dækvinger hos mange insekter skyldes også karotenoider. F.eks. er det karotenoider, som gør mariehønen rød (eller orange eller gul hos mindre kendte mariehønearter).
Hos dyr koncentreres karotenoiderne ofte i lever, binyrer, æggestokke, æg, testikler, hud, øjne og i køernes mælk. Karotenoider har stor betydning for dyr: Nogle karotenoider er forstadier til A-vitamin, og efter behov omdannes leverens oplagrede karotenoider til A-vitamin. Karotenoider kan også indvirke på regulering af dyrenes gener.
A-vitaminet har betydning for knoglevækst. (Mangel på A-vitamin giver langsom knogleudvikling og højdevækst). A-vitamin er også vigtig for forplantningsevne, celledeling og cellers udvikling til forskellige celletyper. A-vitaminet er vigtigt for overfladeceller i luftvejene, urinrørene, tarmkanalen. A-vitaminet har vigtig betydning for slimhinders evne til at danne barrierer for bakterier og virus, og A-vitaminet hjælper immunsystemets hvide blodlegemer til at bekæmpe infektioner, og millioner af børn i udviklingslandene dør af bl.a. mæslinger og diarré-infektioner på grund af A-vitaminmangel.
Karotenoider kan modvirke øjensygdomme: A-vitaminmangel medfører, at hornhinden bliver meget tør, og at nethinden (retina) skades. I nogle lande er mangel på A-vitamin et stort problem: I udviklingslandene bliver 200.000-500.000 børn blinde af mangel på vitamin A. Natteblindhed er et af de første tegn på A-vitaminmangel. I det gamle Ægypten vidste man, at natteblindhed kunne kureres ved at spise lever. I øvrigt raske ældre kan blive blinde på grund af ”makular degeneration” (“forkalket” syn, der er degenerering af området omkring den gule plet på nethinden på grund af aldersprocesser, måske arveligt betinget. Bortset fra meget få tilfælde, der kan behandles med laser, er der ingen behandling, og det er langt den hyppigste årsag til blindhed i Danmark5149). Man har påvist, at indtagelse af frugt og grønt kan nedsætte denne risiko meget væsentligt.
Karotenholdige frugter ville kunne forhindre A-vitaminmangel i u-landene, f.eks. hvis man spiste den meget karotenholdige banan, som kaldes karat. Dens kød er kraftigt orange. Desuden er provitamin-A karotenoider til stede i stor mængde i mørktfarvede frugter og grøntsager samt i æg, mælk og lever. Den daglige indtagelse af A-vitamin eller forstadier hertil bør være 5000 IU (internationale enheder). Desuden behøves zink, fordi zink kræves af det protein (retinol-bindingsprotein), som binder og transporterer A-vitamin. Jern er også nødvendig for at etablere et lager af A-vitamin.
Vegetarer skal have frugt og grøntsager mindst 5 gange dagligt for at få A-vitamin nok. Tarmsygdomme kan medføre A-vitaminmangel. Alkohol tømmer i øvrigt A-vitamin-lagrene.
Karotenoider er antioxidanter
Karotenoider er kraftige antioxidanter, der fjerner den skadelige virkning ved oxidativt stress, som er årsag til mange kroniske lidelser. Derved kan karotenoider forhindre sygdom hos mennesket ved, at vi spiser meget frugt og grønt. Astaxanthin, som er et xanthofyl i bl.a. rejer, er et af de mest antioxidant-virkende stoffer og vil måske kunne bruges som sygdomsforebyggende stof.
Karotenoider kan også modvirke kræft. Forsøg har vist, at dyrkede brystkræftceller blev hæmmet af karotenoiderne i pollen fra krokus-støvdragere.
Karotenoidernes kemi
Gulerødder indeholder beta-caroten, (og mest, når guleroden er gammel, og har været opbevaret i ca. 3 måneder(5151)). Gulerodens beta-caroten blev allerede isoleret i krystallinsk form i 1831 af Heinrich Wilhelm Ferdinand Wackenroder. Stoffet gav navn til hele stofgruppen. I 1837 gav den svenske kemiker Jöns Jacob Berzelius de gule pigmenter i efterårsløvet navnet xanthofyller. I 1919 opdagede en amerikansk forsker, at indholdet af en livsnødvendig “fedtopløselig faktor A” i mælk forekom i forhold til det gule farvestof i de planter, som koen havde spist. I 1928 lykkedes det at helbrede rotter for mangelsygdomme ved at give dem karoten, – man var dermed kommet på sporet af vitaminerne, og året efter opdagede man, at karoten fra planter omdannes til A-vitamin i dyrs og menneskers leverref. 5151. I 1930 kendte man kun tre karotenoider. Der kendes i dag omkring 600 forskellige naturlige karotenoider, hvoraf ca. 50 kan omdannes til A-vitamin(5151). I 1937 fik Paul Karrer Nobelprisen for sine undersøgelser af karotener og A-vitamin, og i 1938 fik Richard Kuhn Nobelprisen for sin forskning i karotener og vitaminer.
I dag bliver 6 karotenoider produceret syntetisk (idet firmaerne Hoffmann-La Roche og BASF producerer beta-caroten, canthaxanthin, astaxanthin, citranaxanthin og to apocarotenoider).
Det første syntetisk-producerede stof, beta-caroten, har man produceret syntetisk siden 1954 efter en metode, som blev opdaget i 1950. I 1995 havde man f.eks. planer om at producere over 500 ton syntetisk beta-caroten årligt. Man har til sammenligning beregnet, at naturen producerer ca. 100 millioner tons karotenoider årligt, bl.a. i havets tang og andre havalger.
På grund af molekylernes dobbeltbindinger kan stofferne optræde i talrige isomer-former. F.eks. vil beta-caroten kunne optræde i 272 isomerformer, og lycopen (i bl.a. tomater) vil kunne optræde i 1056 isomerformer!
Man kender ikke alle karotenoider. F.eks. indeholder paprika en pigmentblanding, kaldet ”oleoresin”, der afhængig af behandlingsmetoderne består af ca. 37-54 pigmenter, bl.a. capsanthin og capsorubin (men de fleste af pigmenterne er dog stadig ukendte). Især Ungarn har studeret disse stoffer, fordi landet dyrker meget peber, – måske siden landet var besat af Ottoman-tyrkerne i 1500-tallet. (Ordet ”paprika” er fordanskning af det ungarn’ske ord ”paparka”, der stammer fra latin ”piper”, som betyder ”chillipeber”). De på grund af capsaicin-indholdet stærktsmagende frø og årer i frugterne blev oprindelig fjernet ved håndkraft, men i 1859 opfandt man en maskine til dette. Senere fik man ved et tilfælde dannet en mild peberform, da landmænd såede en sød varietet på marker blandet med en skarptsmagende form, og insekter krydsbestøvede de to varieteter. Hybriden var mindre skarptsmagende. Den blev den paprikaform, som nu især dyrkes i Spanien(5090).
Ved hjælp af moderne bioteknologi har man påvist nye måder at producere karotenoider på, – især ved hjælp af mikroalgen Dunaliella salina, som kan syntetisere store mængder af karotenoider (op til 15% af dens tørvægtref. 5150), når den udsættes for stress i form af kraftigt lys, høj saltholdighed eller mangel på føde. Det ses tydeligt ved, at den grønne alge skifter farve og bliver orange.
Man har studeret karotenoidernes kemi indgående, men karotenoidernes biologiske funktioner og biologiske omsætning er stadig ukendt i et vist omfang.
Gulerodens farve kommer især fra det såkaldte beta-caroten, som i vores krop kan omdannes til A-vitamin. (Guleroden indeholder også alfa-caroten, men dette omdannes kun halvt så effektivt til A-vitamin i forhold til beta-caroten).
Forskellen på alfa-, beta- og gamma-formerne er, at dobbeltbindingerne sidder på forskellige steder på kulstof-kæden. (Faktisk har alle karotener to græske forbogstaver, og ”beta-caroten” hedder egentlig ”beta,beta-caroten”). Stoffets omdannelse i vores krop sker ved, at den centrale dobbeltbinding først spaltes, hvorved der dannes to retinal-molekyler. (Denne spaltning foretages af enzymet beta-caroten-15,15’-deoxygenase). Retinal-molekylerne kan derefter omdannes til retinol ved en kemisk reduktionsproces. Retinol er en af de mest aktive former for A-vitamin, men det kan i kroppen omdannes til andre aktive A-vitaminformer, såsom retinoinsyre. Fra animalsk føde optages retinol direkte som A-vitamin, – uden behov for den omdannelse, som kræves, når provitamin-A karotenoider optages fra vegetabilsk føde.
En gulerod dækker dagsbehovet for et menneske. En stor gulerod er på 100 gram, og indeholder ca. 10 mg (10.000 mikrogram) beta-caroten. Når den spises, absorberes ca. 30 %, og af dette omdannes ca. halvdelen til retinol, og resten, altså 15 %, bliver lagret.
F.eks. bliver 6.000 mikrogram (10.000 IE) beta-caroten altså til 1.000 mikrogram (1 mg) retinol = 3.333 IE retinol, hvilket angives som mindste dagsbehov af A-vitamin for en rask personref. 5151. (For alfa-caroten typen kræves det dobbelte, da omdannelsen er det halve).
Analyser af blod og brystmælk hos mennesker har vist tilstedeværelse af op til 50 forskellige karotenoider, som altså er blevet optaget og omsat i menneskekroppen. Kun ca. hvert tiende af de forskellige kendte karotenoider kan omdannes til vitamin A i kroppen. F.eks. er lycopen (gamma,gamma-caroten) et karotenoid, som ikke omdannes til vitamin A, men dette meget ”umættede” karotenoid anses for at være særlig god til at inaktivere de farlige single-iltatomer.
Karotenoider er kæder af carbon-atomer. Oxygenfrie karotenoider kaldes ”karotener” (f.eks. beta-caroten, som giver gulerødder deres orange farve). Karotener er altså normalt kun opbygget af carbon- atomer og hydrogen-atomer.
Hvis molekylerne indeholder iltatomer kaldes de xanthofyller (”xantho” betyder gul, og de er netop ofte gule). Et eksempel er zeaxanthin, der gør majs gule. Undertiden er der carbonringe i enderne af kæderne, og hvis der er hydroxy-grupper i hver ende (som hos zeaxanthin) bliver molekylet mere polært, og virker af denne grund måske forstærkende på cellemembraners struktur. Måske er dette grunden til, at man har fundet zeaxanthin-glucosider hos arkebakterier (f.eks. hos arkebakterien Sulfolobus).
Nogle dyr, bl.a. visse frøer, blæksprutter og vi mennesker, absorberer både karotener og xanthofyller i leveren og fedtdepoterne.
Men visse dyr absorberer især enten karotener eller xanthofyller. Heste optager f.eks. kun karotener i deres tarm, hvorimod høns kun oplagrer xanthofyller fra føden. Mange fisk og hvirvelløse dyr optager også kun xanthofyller, altså de typer, som indeholder iltatomer.
Karotenoiderne har 40 carbonatomer, der sidder i en såkaldt polyen-kæde (dvs. en carbonkæde med flere dobbeltbindinger mellem nogle af carbonatomerne). Når dobbeltbindingerne sidder tættest muligt på hinanden, nemlig når der sidder skiftevis dobbelte og enkelte bindinger (såkaldte konjugerede dobbeltbindinger), kan elektronerne i molekylet bevæge sig frit hen igennem molekylet. Jo flere dobbeltbindinger, der er i molekylet, jo mere plads har elektronerne til at bevæge sig i, og jo mindre energi skal der tilføres for at ændre elektronernes tilstand. Når der er særlig mange dobbeltbindinger i molekylet, er der særlig meget plads til elektronbevægelser, og der skal så meget lidt energi til at påvirke elektronernes tilstand. Dette indsnævrer bredden af lysenergier, som molekylet kan absorbere. Disse polyen-molekyler absorberer stærkt i den grøn-blå del af det synlige spektrum (400-500 nanometer). Jo mere molekylet absorberer af de kortere frekvenser (i blå retning af det synlige spektrum), jo mere rødt lys tilbagekastes, og jo mere rødt ser pigmentet ud!
Giftige virkninger af A-vitamin
A-vitamin-overskud kan måske øge risikoen for knogleskørhed (osteoporose). Måske sker det ved, at A-vitaminet hindrer D-vitamin i at fremme absorptionen af calciumref. 5092.
Høj indtagelse af A-vitamin (hypervitaminosis A) kan medføre fødselsskader, lever-abnormaliteter og sygdomme i centralnervesystemet. Indtagelse af for meget A-vitamin i vitaminpiller kan medføre kvalme, opkast, hovedpine, svimmelhed, sløret syn og ukoordinerede muskler.
Man har behandlet patienter med acne, psoriasis og andre hudsygdomme med vitamin A (nemlig med de syntetiske retinoider med handelsnavnene Accutane og Roaccutane). På grund af giftrisikoen gives de kun til de mest alvorlige tilfælde af acne mv.
I ikke-fotosyntetiserende organismer er karotenoidernes funktion at beskytte mod oxidationsskader. Karotenoiderne fjerner de ”frie radikaler” i kroppen. Hos hvirveldyr øger det immunforsvaret. Epidemiologiske undersøgelser har vist, at mennesker med høj indtagelse af beta-caroten og højt niveau af beta-caroten i blodet har nedsat risiko for lungekræft. Dog har store doser af beta-caroten (20-30 mg) vist sig at give øget kræftrisiko hos rygere – måske fordi nedbrydningsprodukter af beta-caroten nedsætter vitamin-A niveauet, så lungeceller lettere bliver til spredende kræftceller hos rygere?
Beta-caroten anses ellers for sikkert, fordi omdannelsen af A-vitamin aftager, når kroppens lagre af A-vitamin er fyldte. Huden kan blive gul, men det anses ikke for et faresignal. I en undersøgelse var indtagelse af 50 mg beta-caroten dagligt ikke forbundet med helbredsproblemer ref. 5092. Personer, som drikker alkohol (blot én drink dagligt) synes mere udsatte for problemer på grund af beta-caroten(5092)ref. 5092.
Men bortset herfra er højt indhold af karotenoider altså formentlig gavnligt. Handyr (og hanfugle), som fremviser stærke farver på grund af højt indhold af karotenoider, har formentlig bedre helbred – dvs. at signalfarverne viser hunnerne, at hannen er sund og derfor et godt parti!
Forekomst af karotenoider
Det mest udbredte karotenoid i planter er lutein (som er af xanthofyl-typen, og som findes i planters blade, men her ikke ses på grund af bladenes grønne farver). Lutein kan muligvis forhindre aldersbetingede øjenskader. Rå palmeolie er den rigeste kilde til karotenoider i naturen. Olivenolie er også rig på karotenoider. Holdbarheden er dog ikke stor: Efter blot 2 måneder vil en ”extra virgin olivenolie” være blevet iltet, så den ikke mere kan kaldes ”extra virgin”. Overfladebelagte, ikke-reaktive metalbeholdere er de bedste til opbevaring af olivenolie – eller olivenolien kan opbevares i mørke.
Nogle nedbrydningsprodukter af karotenoiderne er vigtige duftstoffer, som bruges i bl.a. parfumeindustrien. Blomsterdufte skyldes netop ofte disse stoffer. Sort te, gammel tobak, grapefrugt osv. lugter netop af disse karotenoid-nedbrydningsprodukter. Ole Terney (tekst & foto)
Læs mere: www.bionyt.dk/karotenoider
Artiklen her bragtes i BioNyt nr. 137 s.12 (marts 2007)
Artiklen ovenfor besvarer føllgende spørgsmål:
Hvad er Pragtbæger?
Hvilken stofgruppe farver dyr og planter røde, gule og orange?
Hvad er karotenoider?
Hvilken betydning har karotenoider?
Hvad er sammenhængen mellem A-vitamin og karotenoider?
Hvordan opstår den gule, orange eller røde farve i karotenoid-molekyler?
Hvad er konjugerede dobbeltbindinger?
Hvilken betydning har dobbeltbindinger for elektronbevægelser i karotenoider, og disses farver?
Hvad er dagsbehovet for vitamin-A?
Hvor meget af de karotenoider, som vi spiser, bliver til vitamin-A?
Hvor mange slags karotenoider findes der?
Hvad er forskellen på karotener og xanthofyller?
Findes der dyr, som kun optager enten karotener eller xanthofyller?
Kan man lave syntetiske karotenoider?
Hvor mange "isomerformer" kan karotenoider optræde i?
Hvor i naturen finder vi karotenoiderne?
Kan man fremkalde karotenoid-produktion ved stress?
Kan dyr producere karotenoider?
Kan alger producere karotenoider?
Kan bakterier producere karotenoider?
Hvor stor en andel af tørstoffet kan karotenoiderne udgøre?
Har karotenoider antioxidant virkning?
Er karotenoider ubetinget sunde at indtage?
Kan man spise for mange karotenoider?
Kan A-vitamin overdoseres?
Hvad er A-vitamin godt for?
Køb bladet
Tegn abonnement på
BioNyt Videnskabens Verden (www.bionyt.dk) er Danmarks ældste populærvidenskabelige tidsskrift for naturvidenskab. Det er det eneste blad af sin art i Danmark, som er helliget international forskning inden for livsvidenskaberne.
Bladet bringer aktuelle, spændende forskningsnyheder inden for biologi, medicin og andre naturvidenskabelige områder som f.eks. klimaændringer, nanoteknologi, partikelfysik, astronomi, seksualitet, biologiske våben, ecstasy, evolutionsbiologi, kloning, fedme, søvnforskning, muligheden for liv på mars, influenzaepidemier, livets opståen osv.
Artiklerne roses for at gøre vanskeligt stof forståeligt, uden at den videnskabelige holdbarhed tabes.
Tegn abonnement på
BioNyt Videnskabens Verden (www.bionyt.dk) er Danmarks ældste populærvidenskabelige tidsskrift for naturvidenskab. Det er det eneste blad af sin art i Danmark, som er helliget international forskning inden for livsvidenskaberne.
Bladet bringer aktuelle, spændende forskningsnyheder inden for biologi, medicin og andre naturvidenskabelige områder som f.eks. klimaændringer, nanoteknologi, partikelfysik, astronomi, seksualitet, biologiske våben, ecstasy, evolutionsbiologi, kloning, fedme, søvnforskning, muligheden for liv på mars, influenzaepidemier, livets opståen osv.
Artiklerne roses for at gøre vanskeligt stof forståeligt, uden at den videnskabelige holdbarhed tabes.
Recent Comments