ČO UŽ O KAROTENOIDOCH VIEME?

• K najznámejšim zástupcom patrí betakarotén. V skupine karotenoidov však nájdeme aj lykopén, astaxantín, fukoxantín, luteín, zeaxantín alebo retinol.
• Betakarotén funguje ako provitamín vitamínu A. Vyrába sa vo veľkej miere synteticky, používa sa ako farbivo, potravinárske aditívum alebo súčasť farmaceutických a kozmetických prípravkov.
• Týchto fascinujúcich prírodných látok bolo doteraz identifikovaných vyše 850.
• Dominantnými pigmentmi karotenoidov sú farby žlto-červeného spektra, bezpečne ich však nájdete aj v kvalitných zelených potravinách, a to v nezanedbateľnom množstve.
• Chemicky sú karotenoidy definované ako tetraterpény.

NA ÚVOD ALEBO „VŠADE SAMÉ KAROTENOIDY, KAM AŽ OKO DOVIDÍ!“

Toto krátke zvolanie hovorí o karotenoidoch tri fakty. Po prvé, že je ich na svete skutočne veľa, do dnešného dňa poznáme vyše 850 chemických indivíduí z tejto skupiny látok. Po druhé, že je ich veľa najmä preto, lebo sú všade a vo všetkom okolo nás vrátane nás samých. Nachádzajú sa nielen vo všetkom živom, ale aj v človekom vytvorenom svete „umelom“. Veľká časť prírodných farbív (oranžových, červených a žltých) má totiž svoj chemický základ práve v niektorom z karotenoidov. A to či ide o farbivá technické (textil, obaly), alebo o tie potravinárske. A po tretie: karotenoidy s naším okom súvisia väčšmi, ako vidno na prvý pohľad. Poďme sa teda pozrieť na niekoľko zaujímavostí o karotenoidoch, ktoré vám azda padnú do oka. :-)

Začneme zoologicko-etologickou zaujímavosťou, ktorá potvrdzuje známy fakt, že príroda nevyvíja nič bez účelu, z rozmaru alebo len „na ozdobu“. Všetko má spravidla nejakú funkciu, hoci ju spočiatku nepoznáme alebo jej nerozumieme. A uvidíme, že v prípade karotenoidov má dôležitú funkciu práve tá „ozdoba“.
Karotenoidy totiž v živočíšnej ríši slúžia aj ako komunikačné nástroje. Najlepšie zdokumentované je to u vtákov, kde ako takzvaná ornamentálna signalizácia slúži na prenos informácií medzi samčekom a samičkou. Vtáčí samček tak pomocou intenzity sfarbenia určitých častí tela (peria), veľkosti farebných škvŕn (ornamentov) alebo asymetrie ornamentov o sebe vysiela informácie o vlastnej kondícii, vitalite a všeobecnej perspektíve na reprodukciu. Tieto signály potom na strane príjemcu starostlivo dešifruje samička, ktorá si následne vyberie partnera práve na základe toho, ako sa jej „to“ páčilo...

Teraz prosím zvážte, ako energeticky nákladný a z hľadiska okamžitého prežitia „luxusný“ biologický systém sa nám tu odhaľuje. Samček musí mať vytvorené zdanlivo zbytočné fyziologické mechanizmy, aby dokázal do tých správnych miest na svojom tele (do ornamentov) napumpovať ten správny farebný mix (karotenoidy, melatonín a i.) a to ešte v tú správnu chvíľu (pretože bez potenciálne prítomnej samičky by to asi nebolo ono)... Načo to všetko?

Kľúčom k pochopeniu môže byť práveže sama krása a jej zdanlivá zbytočnosť... Samček o sebe totiž pomocou farebných „fľakov“ hovorí samičke všetko podstatné z hľadiska svojej vitality a potenciálnej reprodukcie. Napríklad, že je v natoľko dobrej kondícii, že má energiu aj na takéto hračičky („pozri sa, milá samička, ako mi všetko pekne funguje, sily mám na rozdávanie...“).¹ Týmto chválením sa vlastným perím potenciálnej partnerke zároveň potvrdzuje, že má prístup k bohatým zdrojom potravy a že ich dokáže nájsť a využiť. Bez nich by predsa nemal z čoho svoje ornamenty „namaľovať“, lebo zástupcovia živočíšnej ríše si karotenoidy de novo tvoriť nevedia a musia si ich získavať zároveň s potravou.

Karotenoidy v živočíšnej ríši slúžia ako „sexuálny“ semafor. Keď sa rozsvieti na samčekovom semafore správna farba, môže samička vyraziť vpred. :-) Ak však samček nedokáže „rozsvietiť“ svoje ornamenty, ukazuje samičke reprodukčnú slabosť, nech jej príčina je už akákoľvek (v tomto smere sa príroda s nikým a ničím nemazná...). Podobne zaujímavé signálne funkcie pigmentov nájdeme naprieč prakticky celým živým svetom. V prípade vyšších rastlín je to všeobecne známe – farby kvetov, na ktorých sa karotenoidy podieľajú, lákajú hmyz, ktorý rastliny akosi mimovoľne opeľuje atď.

KAROTENOIDY A ČLOVEK ALEBO FARBY, KTORÝMI VIDÍME, AJ KEĎ ICH NEVIDÍME

Čo ponúkajú karotenoidy človeku? Ako pracujú v rámci ľudského metabolizmu? Už vieme, že doteraz bolo identifikovaných vyše osemsto karotenoidových farbív, avšak priamy vplyv na ľudský organizmus je zatiaľ dobre zdokumentovaný u šiestich z nich: okrem najznámejšieho betakaroténu, ide o alfakarotén, luteín, lykopén, kryptoxantín a zeaxantín. Všetky majú spoločný veľmi vysoký antioxidačný potenciál, ktorý sa manifestuje na rôznych miestach ľudskej anatómie a fyziológie (oko, koža, všeobecne sliznice či základný bunkový metabolizmus). A hoci sa ďalej zameriame najmä na dva najpopulárnejšie – betakarotén a luteín – je isté, že svoju úlohu majú mnohé ďalšie karotenoidy, ktorých všetky funkcie zatiaľ nepoznáme.

Karotenoidy, vitamín A a betakarotén

Začnime sloganom z materskej školy „Mrkvička na očičká“. Svoju zjednodušenú pravdu totiž naozaj má. Mrkva (karotka) obsahuje rôzne karotenoidy (najmä práve betakarotén) a historicky tiež dala celej skupine týchto látok názov. A betakarotén má vplyv na „očičká“. Odbornejšie povedané sú práve karotenoidy najdôležitejšie známe prírodné zdroje provitamínov A pre ľudskú populáciu. Aktivitu vitamínu A (retinolu, antixeroftalmického vitamínu či vitamínu proti xeroftalmii – šeroslepote) vykazuje doteraz zhruba 50 prirodzene sa vyskytujúcich karotenoidov, najefektívnejší z nich je však práve ten najznámejší – betakarotén.² Tu je vhodné pripomenúť, že zatiaľ čo príjem hotového vitamínu A (axeroftolu, retinolu) potravou je potrebné kontrolovať z dôvodu možného predávkovania, v prípade prírodných prirodzených zdrojov betakaroténu toto riziko nehrozí.

Karotenoidy, ľudské oko a luteín

Ostaňme ešte chvíľu pri videní a ľudskom oku. Okrem betakaroténu ako provitamínu A je pre správnu funkciu očí totiž kľúčový ešte ďalší karotenoid – luteín. Tento žltý pigment je dominantnou farebnou zložkou takzvanej žltej škvrny³(macula lutea), čo je u stavovcov miesto s najväčšou hustotou očných čapíkov na sietnici a súčasne ide o miesto najostrejšieho videnia. Luteín sa síce sám nezapája priamo do procesu videnia (nemení sa na vitamín A a tak ďalej), ale doslova pomáha „hasiť“ slnečný oheň – neutralizuje voľné radikály vznikajúce dopadom fotónov a UV žiarenia na sietnicu našich očí.

Ide pritom o jeden z najsilnejších antioxidantov vôbec. Najvyššia koncentrácia luteínu práve v mieste najostrejšieho videnia (a teda najväčšej „nálože“ fotónov) dáva dobrý zmysel... A podobne by nás nemala prekvapiť ani informácia o úlohe luteínu v prevencii vzniku takzvanej makulárnej degenerácie.⁴ Luteín je tiež zaujímavý tým, že jeho koncentrácia je nadpriemerne vysoká ešte v jednom tkanive – v očnej šošovke. Štúdie nasvedčujú tomu, že správne vyživená šošovka pôsobí ako „vnútorné slnečné okuliare“, ktoré filtrujú škodlivé ultrafialové lúče.

Koža a karotenoidy ako radiačný štít a zbor dobrovoľných hasičov v jednom

Čo ešte vieme o karotenoidoch? Je napríklad preukázaný ich ochranný vplyv na kožu voči UV lúčom slnečného žiarenia (betakarotén v koži, ale taktiež luteín v šošovke oka). Dobre vyživené tkanivá tak vďaka karotenoidom predstavujú biologický radiačný štít s vlastným prirodzeným SPF faktorom (sun protection factor).
Karotenoidy zvyčajne nachádzame aj ako aktívne látky v zložitých oxidačných kaskádach (zachytenie fotónu v procese videnia, ochrana vitamínu E pred oxidáciou). 

V tejto súvislosti sa ďalej opisuje ich nepriamy preventívny vplyv voči civilizačným chorobám (štúdie existujú pre kardiovaskulárne choroby, ako aj pre zhubné nádory). Spoločným menovateľom ich funkcie je znovu ich vysoký antioxidačný potenciál, eliminácia voľných radikálov či „zhášanie“ takzvaného singletového kyslíka.⁵ Z bežných zložiek potravín sú to predovšetkým karotenoidy, ktoré sú schopné zhášať singletový kyslík, pričom je táto ich schopnosť dokonca o stupeň vyššia v porovnaní s populárnymi flavonoidmi.

KAROTENOIDY A KDE ICH HĽADAŤ

Vieme už, že karotenoidov je veľa a že tu nie sú len na parádu, ale naozaj veľa dokážu. Otázka teda znie, kde ich nájdeme? Prvovýrobcami karotenoidov sú zelené rastliny, niektoré huby a mikroorganizmy.

Všetky ostatné prírodné ríše potom žijú len z toho, čo tí „pod nimi“ vyrobia (a karotenoidy získavajú výlučne s potravou).⁶ Karotenoidy preto tiež v živočíšnych tkanivách úplne samozrejme nájdeme, a to aj v pomerne veľkom druhovo rozdielnom množstve. V najvyšších koncentráciách logicky práve tam, kde daný živočích potrebuje antioxidačnú alebo radiačnú ochranu (koža, sliznica, sietnica oka). Preto ich s istotou nájdeme v už spomínanej koži, ale aj v krovkách, šupinách, perí, zobákoch, žĺtku vtáčích vajec (tu je dôvodom ich prítomnosti následná výživa plodu), červenom pigmente lososovitých rýb či kôrovcov…

Pre lepšiu orientáciu sú v tabuľke nižšie uvedené priemerné obsahy luteínu, betakaroténu a celkových karotenoidov v ich primárnych producentoch, teda v ovocí a zelenine. Tu je potrebné zdôrazniť, že hodnoty obsahov majú pomerne veľký rozptyl tak v rámci biologického druhu, ako aj v rámci odrôd a podmienok pestovania a tiež následného spracovania suroviny.

Možno sa teraz pýtate, aký obsah karotenoidov vlastne majú zelené potraviny? Ak sa pozrieme pre zrozumiteľnosť na dostupné odborné zdroje o obsahu celkových karotenoidov zistíme, že pre zelenú riasu chlorellu sa uvádza rozpätie od 0,7 mg/g – 2,5 mg/g a pre šťavu z trávy mladého jačmeňa o niečo nižšie obsahy v rozpätí 0,5 – 1,9 mg/g. Všetko je merané vo vysušenej biomase (čo zodpovedá forme konzumácie spotrebiteľom). Dlhodobé sledovania spoločnosti GW týmto údajom zodpovedajú, len sa v priemere pohybujeme na hornej hranici uvedeného rozpätia. :-) V dlhoročnom priemere totiž činí obsah celkových karotenoidov pre Jačmeň GW 1,237 mg/g a pre Chlorellu GW potom 1,928 mg/g.

Čo tieto čísla znamenajú zistíme až prevodom na porovnateľné jednotky použité v tabuľke. Potom totiž zbadáme, že zelené potraviny si ani v odbore karotenoidov (teda „neželezných“ pigmentov) vôbec nepočínajú zle. U Jačmeňa GW narátame priemernú hodnotu 123.700 µg na 100 g konzumovaného obsahu. A pre riasu chlorellu vychádza hodnota192.800 µg na 100 g konzumovaného obsahu. To je približne 23-krát viac ako v mrkve, 10-krát viac ako v tekvici alebo 3 500-krát viac ako v banáne.

Samozrejme, musím poctivo zdôrazniť, že hovoríme o surovom objeme ovocia a zeleniny v porovnaní s „koncentrovaným“ doplnkom stravy. Napriek tomu to stojí za praktickú každodennú úvahu vzhľadom na skutočne konzumované množstvo kvalitného ovocia a zeleniny…

Ďalšie pragmatické prepočty sa pritom samy ponúkajú. Porovnanie s mrkvou je možno najrukolapnejšie – jednorazová odporúčaná dávka chlorelly (5 gramov prášku či 20 drobných zelených tabliet) totiž ponúka približne rovnaké množstvo karotenoidov, ako celých 100 g mrkvy. S tou istou dávkou chlorelly k tomu súčasne získavam mnoho ďalších látok navyše...⁷

ZÁVER

O karotenoidoch by sme mohli hovoriť ešte veľmi dlho. Než by sme však preskúmali všetkých tých 850 doteraz známych látok, ďalšie by medzitým isto niekto objavil…Je teda čas na záver. Osobne navrhujem tento: Karotenoidy sú fajn na pohľad a sú fajn aj na tanieri. Robia náš svet krajším, hoci tu nie sú na okrasu. Majú svoju dôležitú úlohu, pre ktorú si vypožičiame známy policajný slogan: Pomáhať a chrániť – pre karotenoidy totiž platí na 100 %.

Poznámky: 

1. Odborne tu hovoríme o tzv. kondične závislom znaku (ornamente).
2. Betakarotén vo veľmi zložitej biochémii videniu dodáva zo všetkých karotenoidov najväčšie množstvo „retinalových“ jednotiek, ktoré sú potom reverzibilne redukované na all-trans-retinol (axeroftol, vitamín A1). Ten sa potom, ako biologicky najaktívnejší apokarotenoid, priamo zapája do biofyziky videnia, zachytenia fotónu a tvorby zrakového vnemu na sietnici oka.
3. Trochu morbídnou zaujímavosťou je, že táto škvrna nie je na sietnici živého oka žltá, ale naopak oproti okolitému tkanivu červenšia (vďaka intenzívnemu prekrveniu). Názov jej pridelili dávni anatómovia, lebo na neživom materiáli sa skutočne javí ako žltá.
4. Vekom podmienená makulárna degenerácia (Agerelated Macular Degeneration – AMD) vedie k strate zraku v strede zorného poľa v dôsledku poškodenia očnej sietnice. V rozvinutých krajinách ide o najčastejšiu príčinu oslepnutia osôb nad 55 rokov. V SR postihuje približne každého dvadsiateho seniora.
5. Bežnou zložkou atmosférického vzduchu je takzvaný tripletový kyslík (3O2), z ktorého pri excitácii vzniká veľmi reaktívny singletový kyslík (1O2), ktorý potom degraduje dvojité väzby napríklad v molekulách lipidov (a tým dochádza k deštrukcii bunkových membrán atď.). Odborné zdroje uvádzajú, že reaktivita singletového kyslíka je cca 1 450-krát vyššia oproti „normálnej“ molekule kyslíka, preto je ochranná schopnosť karotenoidov pre zachovanie funkčnosti buniek skutočne dôležitá.
6. Posledné štúdie však odhalili niektoré hmyzie druhy, ktoré si pre tvorbu časti potrebných karotenoidov vystačia samy. U jedného z nich došlo k takzvanému horizontálnemu prenosu génov z vírusového vektora (v genóme hmyzu zostala časť vírusovej pôvodne infekčnej informácie s kódom pre syntézu karotenoidu). U ďalšieho druhu ide pravdepodobne o skrytú symbiózu hmyzu s niektorým mikroorganizmom... Príroda je skrátka mocná čarodejka.
7. A tú mrkvu si môžete dať k dobru navyše. Budete na ňu mať nielen miesto v žalúdku, ale aj chuť.

Zdroje:

1. Abuajah C. I., Ogbonna A. C., Osuji C. M. 2015: Functional components and medicinal properties of food: a review. Journal of Food Science and Technology 52, 2522–2529. doi:10.1007/s13197-014-1396-5.
2. Andrei S., Bunea A., Bele C., Tudor C., Pintea A. 2018: Bioactive Compounds and Antioxidant Activity in Some Fresh and Canned Aromatic Herbs. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj-Napoca. Food Science and Technology 75, 180.
3. Bertrand S., Faivre B., & Sorci G. (2006): Do carotenoid-based sexual traits signal the availability of non-pigmentary antioxidants? Journal of Experimental Biology 209: 4414–4419.
4. Borowitzka M. A. 2013: High-value products from microalgae—their development and commercialisation. Journal of Applied Phycology 25, 743–756. doi:10.1007/s10811-013-9983-9.
5. Britton G., Liaaen-Jensen S., Pfander H. (2004): Carotenoids Hand Book. Birkhäuser, Basel.
6. Britton G, Liaaen-Jensen S., Pfander, H. (2009): Carotenoids volume 5: nutrition and health. Birkhäuser: Basel, Switzerland.
7. Britton G., Liaaen-Jensen S., Pfander H. (2017): Carotenoids: a colourful history. Carote Nature.
8. Dobričević N., Šic Žlabur J., Voća S., Pliestić S., Galić A., Delić A., Fabek Uher S., 2019: Bioactive compounds content and nutritional potential of different parsley parts (Petroselinum crispum Mill. Journal of Central European Agriculture 20), 900–910. doi:10.5513/jcea01/20.3.2417.
9. Gonzalez G., Sorci G., Smith L. C., & de Lope, F. (2001): Testosterone and sexual signalling in male house sparrows (Passer domesticus). Behavioral Ecology and Sociobiology 50: 557–562.
10. Hill G. E., Inouye C. Y., & Montgomerie R. (2002): Dietary carotenoids predict plumage coloration in wild house finches. Proceedings of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences 269: 1119–1124.
11. Chandra S., Khan S., Avula B., Lata H., Yang M. H., ElSohly M. A., Khan I. A. (2014): Assessment of total phenolic and flavonoid content, antioxidant properties and yield of aeroponically and conventionally grown leafy vegetables and fruit crops: A comparative study. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2014, 1–9.
12. Koca Bozalan N., Karadeniz F. (2011): Carotenoid Profile, Total Phenolic Content, and Antioxidant Activity of Carrots. International Journal of Food Properties 14, 1060–1068. doi:10.1080/10942910903580918.
13. Kratchanova M., Denev P., Ciz M., Lojek A., Mihailov A. (2010): Evaluation of antioxidant activity of medicinal plants containing polyphenol compounds. Comparison of two extraction systems. Acta Biochimica Polonica. 57(2), 229–234.
14. Maoka T. (2020): Carotenoids as natural functional pigments. Journal of Natural Medicines 74:1–16.
15. Rice-Evans C., Miller N., Paganga G. (1997): Antioxidant properties of phenolic compounds. Trends in Plant Science 2, 152–159. doi:10.1016/s1360-1385(97)01018-2.
16. Schieber A., Stintzing F. C., Carle R. (2001): By-products of plant food processing as a source of functional compounds — recent developments. Trends in Food Science & Technology 12, 401–413. doi:10.1016/s0924-2244(02)00012–2.
17. Saini R. K., Nile S. H., Park S. W. (2015): Carotenoids from fruits and vegetables: Chemistry, analysis, occurrence, bioavailability and biological activities. Food Research International 76, 735–750. doi:10.1016/j.foodres.2015.07.047.
18. Snodderly D. M., Evidence for protection against age-related macular degeneration by carotenoids and antioxidant vitamins, The American Journal of Clinical Nutrition, Volume 62, Issue 6, December 1995, Pages 1448S–1461S.