CO UŽ VÍME O KAROTENOIDECH?
- Mezi nejznámější zástupce patří betakaroten. Ve skupině karotenoidů ale najdeme také lykopen, astaxantin, fukoxantin, lutein, zeaxantin nebo retinol.
- Betakaroten funguje jako provitamín vitamínu A. Vyrábí se ve velkém měřítku synteticky, používá se jako barvivo, potravinářské aditivum nebo součást farmaceutických a kosmetických přípravků.
- Těchto fascinujících přírodních látek bylo dosud identifikováno více než 850.
- Dominantními pigmenty karotenoidů jsou barvy žluto-červeného spektra. Bezpečně je ale najdete i v kvalitních zelených potravinách, a to v nezanedbatelném množství.
- Chemicky jsou karotenoidy definovány jako tetraterpeny.
ÚVODEM ANEB „VŠUDE SAMÉ KAROTENOIDY, KAM AŽ OKO DOHLÉDNE!“
Toto krátké zvolání říká o karotenoidech tři fakta. Za prvé, že jich na světě je skutečně hodně, k dnešnímu dni známe přes 850 chemických individuí z této skupiny látek. Za druhé, že je jich hodně zejména proto, že jsou všude a ve všem kolem nás, včetně nás samotných. Nacházejí se nejen ve všem živém, ale také v člověkem vytvořeném světě „umělém“. Velká část přírodních barviv (oranžových, červených a žlutých) má totiž svůj chemický základ právě v některém z karotenoidů. A to ať jde o barviva technická (textil, obaly), nebo o ta potravinářská. A za třetí: Karotenoidy s naším okem souvisejí více než je vidět na první pohled. Pojďme se tedy podívat na několik zajímavostí o karotenoidech, které vám snad padnou do oka. :-)
KAROTENOIDY JAKO SEXUÁLNÍ SEMAFOR
Začneme zoologicko-etologickou zajímavostí, která potvrzuje známý fakt, že příroda nevyvíjí nic zcela bez účelu, pro zábavu nebo jenom „pro ozdobu“. Vše má obvykle nějakou funkci, třebaže ji z počátku neznáme nebo jí nerozumíme. A uvidíme, že v případě karotenoidů má důležitou funkci právě i ta „ozdoba“.
Karotenoidy totiž v živočišné říši slouží také jako komunikační nástroje. Nejlépe zdokumentováno je to u ptáků, kde pro přenos informací mezi samečkem a samičkou slouží takzvaná ornamentální signalizace. Ptačí sameček tak pomocí intenzity zbarvení určitých částí těla (peří), velikosti barevných skvrn (ornamentů) nebo asymetrie ornamentů o sobě vysílá informace o vlastní kondici, vitalitě a obecně perspektivě pro reprodukci. Tyto signály pak na straně příjemce pečlivě dešifruje samička, která si následně vybere partnera právě na základě toho, jak se jí „to“ líbilo.
Nyní prosím považte, jak energeticky nákladný a z hlediska okamžitého přežití „luxusní“ biologický systém se nám zde odhaluje. Sameček musí mít vytvořené zdánlivě zbytečné fyziologické mechanismy, aby dokázal do těch správných míst na svém těle (do ornamentů) napumpovat ten správný barevný mix (karotenoidy, melatonin a tak dále), a to ještě v tu správnou chvíli (protože bez potenciálně přítomné samičky by to asi nebylo ono). Proč to všechno?
Klíčem k pochopení může být právě samotná krása a její zdánlivá zbytečnost. Sameček o sobě totiž pomocí barevných „fleků“ říká samičce všechno podstatné z hlediska jeho vitality a potenciální reprodukce. Například že je v natolik dobré kondici, že má energii i na takovéto hračičky („Podívej se, milá samičko, jak mi všechno hezky funguje, síly mám na rozdávání.“).1 Tímto chlubením se vlastním peřím potenciální partnerce zároveň potvrzuje, že má přístup k bohatým zdrojům potravy a že je dokáže najít a využít. Bez nich by přece neměl z čeho svoje ornamenty „namalovat“, neboť zástupci živočišné říše si karotenoidy de novo tvořit neumí a musí je získávat spolu s potravou.
Karotenoidy v živočišné říši slouží jako „sexuální“ semafor. Když se rozsvítí na samečkově semaforu ta správná barva, může samička vyrazit vpřed. :-) Pokud ale sameček nedokáže „rozsvítit“ své ornamenty, ukazuje samičce reprodukční slabost, ať už je její příčina jakákoli. (V tomto ohledu se příroda s nikým a ničím nemazlí.) Podobně zajímavé signální funkce pigmentů najdeme napříč prakticky celým živým světem. V případě vyšších rostlin je to obecně známé – barvy květů, na nichž se karotenoidy podílejí, lákají hmyz, který rostliny jaksi mimoděk opyluje a tak dále.
KAROTENOIDY A ČLOVĚK ANEB BARVY, KTERÝMI VIDÍME, PŘESTOŽE JE NEVIDÍME
Co nabízejí člověku karotenoidy? Jak pracují v rámci lidského metabolismu? Už víme, že dosud bylo identifikováno přes osm set karotenoidových barviv, přitom ale přímý vliv na lidský organismus je zatím dobře zdokumentován u šesti z nich: Kromě nejznámějšího betakarotenu jde o alfakaroten, lutein, lykopen, kryptoxantin a zeaxantin. Všechny mají společný velmi vysoký antioxidační potenciál, který se manifestuje na různých místech lidské anatomie a fyziologie (oko, kůže, obecně sliznice či základní buněčný metabolismus). A přestože se níže zaměříme zejména na dva nejpopulárnější – betakaroten a lutein – je jisté, že svoji roli mají mnohé další karotenoidy, jejichž všechny funkce zatím neznáme.
Karotenoidy, vitamín A a betakaroten
Začněme sloganem z mateřské školky „mrkvička na očička“. Svoji zjednodušenou pravdu totiž doopravdy má. Mrkev (karotka) obsahuje různé karotenoidy (zejména právě betakaroten) a historicky také dala celé skupině těchto látek název. A betakaroten má vliv na „očička“. Odborněji řečeno jsou právě karotenoidy nejdůležitější známé přírodní zdroje provitamínů A pro lidskou populaci. Aktivitu vitamínu A (retinolu, antixeroftalmického vitamínu či vitamínu proti xeroftalmii, šerosleposti) vykazuje dosud zhruba 50 přirozeně se vyskytujících karotenoidů, nejefektivnější z nich je ale právě ten nejznámější – betakaroten.2
Zde je vhodné podotknout, že zatímco příjem hotového vitamínu A (axeroftolu, retinolu) potravou je nutno kontrolovat kvůli možnému předávkování, v případě přírodních, přirozených zdrojů betakarotenů toto riziko nehrozí.
Karotenoidy, lidské oko a lutein
Zůstaňme ještě chvíli u vidění a lidského oka. Kromě betakarotenu jakožto provitamínu A je pro správnou funkci očí totiž klíčový ještě další karotenoid – lutein. Tento žlutý pigment je dominantní barevnou složkou takzvané žluté skvrny3 (macula lutea), což je u obratlovců místo s největší hustotou očních čípků na sítnici a současně jde o místo nejostřejšího vidění.
Lutein se sice sám nezapojuje přímo do procesu vidění (nemění se na vitamín A a tak dále), ale doslova pomáhá „hasit“ sluneční oheň – neutralizuje volné radikály vznikající dopadem fotonů a UV záření na sítnici našich očí. Jde přitom o jeden z nejsilnějších antioxidantů vůbec. Nejvyšší koncentrace luteinu právě v místě nejostřejšího vidění (a tudíž největší „nálože“ fotonů) dává dobrý smysl. A podobně by nás neměla překvapit ani informace o roli luteinu v prevenci vzniku takzvané makulární degenerace.4
U luteinu je také zajímavé, že jeho koncentrace je nadprůměrně vysoká ještě v jedné tkáni – v oční čočce. Studie nasvědčují tomu, že správně vyživená čočka tak působí jako „vnitřní sluneční brýle“, které filtrují škodlivé ultrafialové paprsky.
Kůže a karotenoidy jako radiační štít a sbor dobrovolných hasičů v jednom
Co víme o karotenoidech ještě? Je například prokázán jejich ochranný vliv na kůži vůči UV paprskům slunečního záření (betakaroten v kůži, ale také lutein v čočce oka). Dobře vyživené tkáně tak díky karotenoidům představují biologický radiační štít s vlastním přirozeným SPF faktorem (sun protection factor).
Karotenoidy obecně také nacházíme jako aktivní látky ve složitých oxidačních kaskádách (zachycení fotonu v procesu vidění, ochrana vitamínu E před oxidací). V této souvislosti je dále popisována jejich nepřímá ochrana proti civilizačním nemocem (studie existují jak pro nemoci kardiovaskulární, tak pro zhoubná bujení). Společným jmenovatelem jejich funkce je znovu jejich vysoký antioxidační potenciál, eliminace volných radikálů či „zhášení“ takzvaného singletového kyslíku.5 Z běžných složek potravin jsou to především karotenoidy, které jsou schopny zhášet singletový kyslík, přičemž je tato jejich schopnost dokonce o řád vyšší v porovnání s populárními flavonoidy.
KAROTENOIDY A KDE JE HLEDAT
Víme již, že karotenoidů je celá řada a že zde nejsou jen pro parádu, ale opravdu mnoho svedou. Otázka tedy je, kde je najdeme? Primárními producenty karotenoidů jsou zelené rostliny, některé houby a mikroorganismy.
Všechny ostatní přírodní říše pak žijí jen z toho, co ti „pod nimi“ vyrobí (a karotenoidy získávají výlučně z potravy).6 Karotenoidy proto i v živočišných tkáních zcela samozřejmě najdeme, a to i v poměrně velkém druhově rozdílném množství. V nejvyšších koncentracích logicky právě tam, kde daný živočich potřebuje antioxidační nebo radiační ochranu (kůže, sliznice, sítnice oka). Proto je s jistotou najdeme v již zmíněné kůži, ale také v krovkách, šupinách, peří, zobácích, žloutku ptačích vajec (zde je důvodem jejich přítomnosti následná výživa plodu), červeném pigmentu lososovitých ryb či korýšů.
Pro orientaci v tabulce na následující stránce naleznete průměrné obsahy luteinu, betakarotenu a celkových karotenoidů v jejich primárních producentech, tedy v ovoci a zelenině. Zde je třeba zdůraznit, že hodnoty obsahů mají poměrně velký rozptyl jak v rámci biologického druhu, tak i v rámci odrůd a podmínek pěstování i následného zpracování suroviny.
Možná se nyní ptáte, jak jsou na tom s obsahem karotenoidů zelené potraviny? Podíváme-li se pro srozumitelnost na dostupné odborné zdroje o obsahu celkových karotenoidů, zjistíme, že pro zelenou řasu chlorellu se uvádí rozmezí od 0,7 mg/g do 2,5 mg/g a pro šťávu z trávy mladého ječmene o něco nižší obsahy v rozmezí 0,5–1,9 mg/g. Vše je měřeno ve vysušené biomase (což odpovídá formě konzumace spotřebitelem). Dlouhodobá sledování společnosti GW těmto datům odpovídají, jen se v průměru pohybujeme na horní hranici uvedeného rozmezí. :-) V mnohaletém průměru totiž činí obsah celkových karotenoidů pro Ječmen GW 1,237 mg/g a pro Chlorellu GW pak 1,928 mg/g.
Co tato čísla znamenají, zjistíme až převodem na srovnatelné jednotky použité v tabulce. Uvidíme pak totiž, že zelené potraviny si ani v oboru karotenoidů (tedy „nezelených“ pigmentů) vůbec nestojí špatně. U Ječmene GW se dopočítáme průměrné hodnoty 123.700 µg na 100 g konzumovaného obsahu. A pro řasu chlorellu vychází hodnota192.800 µg na 100 g konzumovaného obsahu. To je přibližně 23× více než v mrkvi, 10× více než v tykvi, anebo 3 500× více než v banánu.
Samozřejmě, musím poctivě zdůraznit, že mluvíme o syrovém objeme ovoce a zeleniny ve srovnání s „koncentrovaným“ doplňkem stravy. Přesto to stojí za praktickou každodenní úvahu s ohledem na skutečně konzumované množství kvalitního ovoce a zeleniny…
Další pragmatické propočty se přitom samy nabízejí. Srovnání s mrkví je možná nejuchopitelnější – jednorázová doporučená dávka chlorelly (5 gramů prášku či 20 drobných zelených tablet) totiž nabízí přibližně stejné množství karotenoidů jako celých 100 g mrkve. S tou samou dávkou chlorelly k tomu současně získávám mnoho dalších látek navíc.7
ZÁVĚR
O karotenoidech bychom mohli mluvit ještě velmi dlouho. Než bychom ale prozkoumali všech těch 850 dosud známých látek, další by mezitím jistě někdo objevil… Je tedy čas na závěr. Osobně navrhuji tento: Karotenoidy jsou fajn na pohled a jsou fajn i na talíři. Dělají náš svět krásnějším, přestože zde nejsou na okrasu. Mají svoji důležitou úlohu, pro kterou si vypůjčíme známý policejní slogan: Pomáhat a chránit – pro karotenoidy totiž platí na 100 %.
Poznámky:
1. Odborně zde hovoříme o tzv. kondičně závislém znaku (ornamentu).
2. Betakaroten ve velmi složité biochemii vidění dodává ze všech karotenoidů největší množství „retinalových“ jednotek, které jsou pak reverzibilně redukovány na all-trans-retinol (axeroftol, vitamín A1). Ten se pak, jako biologicky nejaktivnější apokarotenoid, přímo zapojuje do biofyziky vidění, zachycení fotonu a tvorby zrakového vjemu na sítnici oka.
3. Poněkud morbidní zajímavostí je, že tato skvrna není na sítnici živého oka žlutá, ale naopak oproti okolní tkáni červenější (díky intenzivnímu prokrvení). Název jí přidělili dávní anatomové, neboť na neživém materiálu se skutečně jeví jako žlutá.
4. Věkem podmíněná makulární degenerace (Agerelated Macular Degeneration – AMD) vede ke ztrátě zraku ve středu zorného pole v důsledku poškození oční sítnice. V rozvinutých zemích jde o nejčastější příčinu oslepnutí osob nad 55 let. V ČR postihuje přibližně každého dvacátého seniora.
5. Běžnou složkou atmosférického vzduchu je takzvaný tripletový kyslík (3O2), z něhož při excitaci vzniká velmi reaktivní singletový kyslík (1O2), který pak degraduje dvojné vazby například v molekulách lipidů (a tím dochází k destrukci buněčných membrán a podobně). Odborné zdroje uvádějí, že reaktivita singletového kyslíku je cca 1 450× vyšší oproti „normální“ molekule kyslíku, proto je ochranná schopnost karotenoidů pro zachování funkčnosti buněk skutečně důležitá.
6. Poslední studie nicméně odhalily některé hmyzí druhy, které si pro tvorbu části potřebných karotenoidů vystačí samy. U jednoho z nich došlo k takzvanému horizontálnímu přenosu genů z virového vektoru (v genomu hmyzu zůstala část virové původně infekční informace s kódem pro syntézu karotenoidu). U dalšího druhu jde pravděpodobně o skrytou symbiózu hmyzu s některým mikroorganismem… Příroda je zkrátka mocná čarodějka.
7. A tu mrkev si můžete dát k dobru navíc. Budete na ni mít nejen místo v žaludku, ale také 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.