Каротиноїди, каротини та ксантофіли

Каротиноїди - жовті, помаранчеві або червоні пігменти, що синтезуються рослинами (а також бактеріями та грибами), не розчиняються у воді, близькі до вітаміну А (ретинолу) і через нього - до дуже важливого хромофору ретиналю. Каротиноїди відносяться до факторів, що захищають організм від розвитку пухлин. До каротиноїдів відносяться широко поширені каротини та ксантофіли. За хімічною природою це ізопреноїдні вуглеводні, що містять 40 вуглецевих атомів (рис. 12). Вони відносяться до допоміжних фотосинтетичних пігментів, які містять усі фотосинтезуючі організми, відносяться каротиноїди, велика група хімічних сполук, що є продуктом конденсації залишків ізопрену (рис. 128).

Ксантофіли – це окислені каротини. Особливо багаті на каротини зелене листя деяких рослин (наприклад, шпинату), коренеплоди моркви, плоди шипшини, смородини, томату та ін. У рослин каротиноїди представлені головним чином фізіологічно найбільш активним р-каротином. Каротини поряд з ксантофілами нерідко зумовлюють забарвлення тих чи інших організмів. Наприклад, забарвлення пурпурових бактерій пояснюється наявністю ксантофілів типу роботину і спіріллотоксину; коричнево-бурих та діатомових водоростей-фукоксантином.

Тварини та людина не здатні до синтезу каротиноїдів, але, отримуючи їх з їжею, використовують для синтезу вітаміну A. Каротиноїди, подібно до хлорофілів, дуже слабко пов'язані з білками, вони легко вилучаються з рослин і використовуються як лікарські засоби та барвники.

Більшістькаротиноїдів побудовано на основі конденсації 8 ізопреноїдних залишків. У деяких каротиноїдів поліізопреноїдний ланцюг відкритий і не містить циклічних угруповань. Такі каротиноїди називаються аліфатичними. Більшість на одному або обох кінцях ланцюга розташовано по ароматичному або бета-іононовому кільцю. Каротиноїди першого типу відносяться до арильних, другого – до аліциклічних. Виділяють також каротиноїди, що не містять в молекулі кисню, і кисневмісні каротиноїди, загальна назва яких є ксантофілами.

Склад каротиноїдів фотосинтезуючих еубактерій різноманітний. Поряд із пігментами, однаковими у різних груп, для кожної з них виявлені певні каротиноїди або набори останніх.

Найбільш різноманітний склад каротиноїдних пігментів у пурпурових бактерій, з яких виділено понад 50 каротиноїдів. У клітинах більшості пурпурових бактерій містяться лише аліфатичні каротиноїди, багато з яких належать до групи ксантофілів. У деяких пурпурових серобактерій виявлено арильний моноциклічний каротиноїд окенон, а у двох видів несерних пурпурових бактерій знайдено невелику кількість бета-каротину, аліциклічного каротиноїду, поширеного у ціанобактерій та фотоеукаріотних організмів.

Структурні формули деяких характерних для пурпурових бактерій каротиноїдів представлені на рис. 70, 2-5. Набір та кількість окремих каротиноїдів визначають забарвлення пурпурових бактерій, густі суспензії яких мають пурпурово-фіолетовий, червоний, рожевий, коричневий, жовтий кольори.

Зелені бактерії за складом каротиноїдів відрізняються від пурпурових. Основні каротиноїди зелених серобактерій - арильні, що містять 1 або 2 ароматичні кільця, а також аліциклічний каротиноїд гамма-каротин (рис. 70, 6-9).Інший склад каротиноїдів у зелених нитчастих бактерій. Ця група еубактерій, ціанобактерій та прохлорофіти містять аліциклічні каротиноїди з одним або двома бета-іононовими кільцями. Основний пігмент – бета-каротин, що становить іноді більше 70% загальної кількості каротиноїдів клітини. Специфічним ксантофілом цих груп є ехіненон, а також похідні глікозидних деяких кисневмісних каротиноїдів типу міксоксантофілу (рис. 70, 1, 10, 11).

Каротиноїдні пігменти поглинають світло у синьому та зеленому ділянках спектра, тобто. в ділянці довжин хвиль 400-550 нм. Ці пігменти, як і хлорофіли, локалізовані в мембранах та пов'язані з мембранними білками без участі ковалентних зв'язків.

Функції каротиноїдів фотосинтезуючих еубактерій різноманітні. Як допоміжні фотосинтетичні пігменти каротиноїди поглинають кванти світла в короткохвильовій ділянці спектра, які потім передаються на хлорофіл. У ціанобактерій енергія світла, поглинена каротиноїдами, надходить у I фотосистему. Ефективність передачі енергії різних каротиноїдів коливається від 30 до 90%.

Відома участь каротиноїдів у здійсненні реакцій фототаксису, а також у захисті клітин від токсичних ефектів синглетного кисню.

Дія каротиноїдів не обмежується лише їх участю у захисті від фотодинамічного ефекту. Вони гасять синглетний стан кисню незалежно від цього, у яких реакціях він виникає: на світла чи темряві.