Karotenoider

Karotenoider - Gule, oransje, brune eller røde pigmenter som finnes hos fotosyntetiserende organismer og dyr. Karotenoider (karotener og xantofyller) er C40 forbindelser (tetraterpenoider) laget fra 8 molekyler isopren i en åpen kjede med konjugerte dobbeltbindinger, dvs. alternerende C-C og C=C bindinger. I hver ende av molekylet er det en ionon-ring. Karotenoidene absorberer lys i den blå delen av spekteret, og har to eller tre absorbsjonsbånd ("trefingertopp"). Karotenoidene lages fra to molekyler geranyl-geranylpyrofosfat via 15-cis-fytoen.De er fettløselige og finnes i fotosyntesemembranen i nær tilknytning til klorofyll i kloroplaster og kromoplaster. Karotenoidene kan delta i overføring av lysenergi til reaksjonssenteret i fotosyntesen, men den viktigste rollen er fotobeskyttelse.

Karotenoidene deles i to grupper: karotener (C40Hx) som er rene hydrokarboner, og xantofyller (karotenoler).

Xantofyll inneholder oksygen i form av hydroksyl-, karbonyl- eller karboksyl-grupper festet til ringene, i motsetning til karotener som ikke inneholder oksygen. Karotenoidene har 11 alternerende konjugerte dobbeltbindinger, vanligvis i trans-konfigurasjon, og en ringstruktur i hver ende. Høyt antall alternerende karbon-karbon dobbeltbindinger (-C=C-) med pi-elektroner gjør at karotenoidene kan absorbere synlig lys. Grønt fotosyntetiserende vev inneholder alltid karotenoider i plastider (kloroplaster eller kromoplaster)  og mest vanlig er karotenenet beta-karoten (\(\beta\)-karoten, C40H56)), xantofyllene lutein, violaxanthin og neoxanthin, samt mindre mengder karotener  \(\alpha\)-karoten og \(\gamma\)-karoten. Karotener som beta-karoten kan virke som antennepigment i fotosyntesen og overføre lysenergi til klorofyll, og beta-karoten og xantofyller spiller en viktig rolle i organiseringene av fotosystemene i fotosyntesen. Imidlertid er den viktigste funksjonen å fjerne overskudd av eksitasjonsenergi i form av varme og beskytte mot skadelige reaktive oksygenforbindelser. 

VAZ-syklus

Violaxanthin, antheraxanthin og zeaxanthin danner en VAZ-syklus som gir beskyttelse mot høye lysintensiteter. Ved aldring av bladet og nedbrytning av klorofyll kommer karotenoidene tilsyne. Xanthofyllene lutein og zeaxanthin er hydroksylerte former av hhv. \(\alpha\)-karoten og \(\beta\)-karoten. Andre former for karoten er \(\gamma\) -karoten, \(\delta\)-karoten og \(\zeta\)-karoten.Karotenoider beskytter mot fotoinhibering og skadelige reaktive former av oksygen, bl.a. singlett oksygen hvor eksitasjonsenergien blir fjernet som varme.

Mange typer karotenoider

Karotenoider finnes også i ikke-fotosyntetiserende deler av planten som kronblad og pollen i blomsten, frukt og røtter (gulrot, søtpotet). Blomster kan inneholde karotenoider med mye oksygen f.eks. auroxanthin og flavoxanthin. Påskelinjer inneholder \(\beta\)-karoten og krokus inneholder crocetin. Lykopen gir rød farge på tomat når grønne kloroplaster omdannes til kromoplaster. \(\beta\)-karoten er vanlig i gulrot, men gir også guloransj farge i søtpotet (Ipomoea batatas), melon (Cucumis melo) og kantarell (Cantharellus cibarius). Capsanthin forekommer i rød pepper. Tangerintomater inneholder poly-cis-karotenoider f.eks. pro-lykopen. Apokarotenoider f.eks. persicaxanthin finnes i Citrus-arter.

Diatoméer (Bacillariophyceae) og brunalger (Phaeophyceae) inneholder karotenoidet fukoxantol som absorberer både blått og grønt lys.. Astaxanthin finnes i hvilesporer hos grønnalgen (Chlamydomonas nivalis) og danner rød snø, men kan også finnes i andre grønnalger. Vi krepsdyr som spiser algene med astaxanthin blir pigmentet overført til fisk som får rød farge. \(\beta\)-kryptoxantin er et xantofyll hvor det er hektet på en hydroksylgruppe på  \(\beta\)-karoten.  Beta-kryptoxantin finner man i kronblad på gulfargete blomster, i Physalis, og appelsinskall.

Biosyntese av karotenoider

Karotenoider er tetraterpener. Fytoen lages fra to molekyler geranylgeranyldifosfat. Fytoen omdannes til lykopen katalysert av desaturaser og ringdannelse i begge ender. β-karoten inneholder to β-iononringer. α-karoten inneholder en β-iononring og en ε-iononring. Hydroksylering av α-karoten gir lutein som er et xanthofyll. Hydroksylering av β-karoten gir zeaxanthin. Zeaxanthin kan ved epoksidering omdannes til violaxanthin og videre til neoxanthin.

Karotenoider i bakterier

Bakteriene inneholder også karotenoider f.eks. alifatiske karotenoider som neurosporen i Heliobacteria, lykopen og spirilloxanthin i purpurbakterier; ketokarotenoider som okenon i purpurbakterier og arylkarotenoider som klorbakten og isorenieraten i grønne svovelbakterier.

Gule stafylokokker (Staphylococcus auresus) inneholder et gulfarget staphyloxanthin som virker som en virulensfaktor og  beskytter  bakteriene mot den delen av immuncellene som bruker reaktive oksygenforbindelse i krigføringen mot bakteriene. En av oppgavene til karotenoidene er å fjerne eksitasjonsenergi i form av varme. Karotenoidene dannes før klorofyll om våren, gulgrønne vårfarger, og nedbrytes om høsten etter at klorofyll er nedbrutt, derav gule høstfarger. Hypotesen er at klorofyll må først fjernes før karotenoidene for å unngå at det dannes singlett oksygen fra triplett klorofyll.

Karotenoider i dyr

Karotenoider i dyr kommer fra planter, alger og planteplankton. Noen bladlus og edderkoppmidd kan lage karotenoider slev. Karotenoidene er fettløselige og blir lageret i fettvev, derfor den gulaktige fargen på dyrefett. Eggeplommer, den gule flekken i øyet, smør, bovint blodserum er eksempler på gulfarge fra karotenoider.

Astaxanthin

Astaxanthin er et rødfarget fettløselig xantofyll som finnes i mikroalger. Rosa farge på fjærene hos flamingo skyldes astaxanthin fra krepsdyr. Astaxanthin blir laget naturlig i mikroalger (planteplankton), og den encellete grønnalgen Haematococcus pluvialis lager hvilecyster med høyt innhold av astaxanthin når de utsettes for lysstress, tørkestress, saltstress, eller næringmangel, og kan sees som rød farge i inntørkete vanndammer.  Astaxanthin finnes i flere isomer, mesteparten som all-trans isomer, og mindre mengder som 9-cis og 13-cis isomer, og som fettsyreestere. Astaxanthin gir rød farge på hvilesporene ("rød snø") til den kryofile grønnalgen Chlamydomonas nivalis. Astaxanthin blir benyttet til å gi rød farge på fiskekjøttet på laksefisk i oppdrettsnæringen, men hvor det blir brukt syntetisk astaxanthin. Ørret (Salmo trutta) får rød farge på fiskekjøttet ved å spise bl.a. krepsdyret og amfipoden marflo (Gammarus lacustris). Transportveien for astaxanthin er i limniske og marine trofiske næringskjeder er fytoplankton → zooplankton → krepsdyr → fisk. Krill inneholder astaxanthin i formen 3R-3´R. Stereoisomere (chirale, enantiomere) og dreining av planpolarisert lys: R – høyre; S – venstre (sinister). Dexter (+) – til høyre;  Laevus (-) til venstre

Biosyntese astaxanthin

\(\beta\)-karoten , kalt provitamin A,  blir brutt ned i tynntarmen til retinal (katalysert av 15.15'-monooksygenase) som inngår i synspigmentet i øyet. Karotener gir gulfarge på kroppsfett hos kylling og mennesker, samt eggeplomme, melkefett og smør.

Kryptoxanthin finnes i Physalis-frukt, appelsinskall, epler, smør og eggeplommer. Kryptoxanthin ligner \(\beta\)-karoten, men inneholder en hydroksylgruppe. Krepsdyr kan inneholde astaxantin, canthaxantin, antheraxantin, lutein og \(\beta\)-kryptoxanthin.

Cataxanthin finnes i grønnalger, krepsdyr og karpefisk og blir laget fra \(\beta\)-karoten via en \(\beta\)-karoten ketolase. Cathaxanthin blir benyttet som fargestoff i næringsmiddelindustri (E161g).

Blåfotsule (Sula nebouxi) lever i Stillehavet  fra Californiabukten, Mellom-Amerika til Peru og finnes også på Galapagosøyene. Hannen har blåfargete føtter som de løfter opp og ned i et parringsrituale (seksuell seleksjon). Fargen er mest blå hvis hannen er ung og spiser mye fisk, noe som gir signal om en hann med gode egenskaper tilpasset levemiljøet. Beina har strukturer med kollagen og den blå fargen skyldes karotenoidproteiner.

Gulrot og gulrotdyrking

Gulrot

Gulrot er roten til den toårige planten Daucus carota. Den guloransje fargen skyldes \(\beta\)-karoten og mindre mengde \(\alpha\)-karoten, \(\gamma\)- karoten, lutein og zeaxanthin. Karotener har fått navn etter det latinske carota - gulrot. Det finnes hvite og røde sorter. Gulrot inneholder  små mengder giftige polyacetylener f.eks. falcarinol som beskytter rota mot soppangrep. Gulrot inneholder mye sekundært floem og xylem. Søtsmaken kommer fra oppløst sukrose, glukose og fruktose. Siden gulrotplanten er toårig vil roten dannet det første året etter kuldebehandling (vernalisering) blomstre det andre året og sette frø. Frøplantene av gulrot er konkurransesvake overfor ugras, og må i tillegg tynnes for at de skal gi god avling. Gjerne dekket av fiberduk for raskere vekst og som gir beskyttelse mot skadeinsekter. Gulrotsuger (Trioza apicalis) gir krusesyke hvor bladene på de unge plantene krøller seg som hos kruspersille. Gulrotsuger overvintrer på gran, og om vår/sommer suger den plantesaft for deretter å legge egg. Gulrotflue (Psila rosae) overvintrer i jorda som puppe. spiser på siderøtter og hovedrota som har lett for å råtne under lagring. Med gulfargete limfeller er det mulig å følge sverming og antall.

Gulrot med forskjellig pigmentering

Gulrot har forskjellig evne til å lage karotenoider, og finnes i hvite, gule, oransje og røde sorter. Den oransjeformete gulroten med mye beta-karotenoider i kromoplaster har via domestisering blitt til de vanlige gulrotsortene man dyrker i dag, e.g. Nantes. Gulrot inneholder lave konsentrasjoner med toksiner og fotosensitiserende stoffer, sammenlignet med andre ville arter i skjermplantefamilien (Apiaceae).

Tilbake til hovedside

Publisert 4. feb. 2011 10:28 - Sist endret 9. mai 2019 13:51