항산화 베타 카로틴에 관한 연구

산화스트레스 (Oxidative stress, OS)는 활성산소종 (reactive oxygen species, ROS)의 생성과 보호기전의 정리가 상쇄될 수 없는 불균형 상태이다 [1].적절한 양의 활성산소는 동물의 정상적인 생명 활동을 유지하는 데 도움을 주지만, 내인성 정리 시스템이 과도한 활성산소를 제때 제거할 수 없게 되면 [2] 체내에서 산화 스트레스가 발생한다.산화 스트레스는 면역 기능의 저하, 만성 염증, 심지어 장기 손상까지 초래할 수 있다 [3].또한 생산 및 생식 공능에 부정적인 영향을 미쳐 경제 효율에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.베타카로틴은 자연계에 풍부하여 그 생물활성에 대한 연구가치가 극히 높다.기능은 비타민 A와 비슷하며 [4] 비타민 A의 전구물질이다.

It is abundant 에서green to red fruits 그리고vegetables, 그리고the pure product is 한shiny dark red hexahedr에or crystalline powdery substance. To date, more th한600 natural 카로 티 노이 드have been discovered. β-Carotene has good 항 산화properties 그리고is a good 항 산화additive. It can reduce 장기손상caused 에 의해산화stress 에 의해inhibiting lipid oxidati에그리고promoting the cell's 항산화 방어 시스템 [5].이 기사에 주로 윤곽을 구조, 유형, 소스와 β의 신진대사-carotene, 뿐만 아니라 항 산화 메커니즘의 액션과 가축과 가금 류에 응용 프로그램 생산.

1 구조, β의 유형과 출처-carotene

1. 1의 구조 β-carotene

β의 분자 식-carotene은 가정 H56, 537에 상대적인 분자의 무게 가 있습니다.그것에는 이중 채권과 두 15 근육조직은 불포화 포함 되어 있어 β-ionone 양쪽 끝에 고리다.그 구조를도 1에 나타내었다.

카로 틴의 구조에는 여러 근육조직은 이중 채권, 이는 여러 cis-trans을 형성 해 탄소, all-trans을 포함 한 β-carotene, 9-cis β-carotene, 13-cis β-carotene과 15-cis β-carotene다.All-trans β-carotene, 9-cis β-carotene, 13-cis β-carotene과 15-cis β-carotene들은 자연 상태에 있는 몇몇의 탄소, 더 일반적으로 All-trans β-carotene들 중에서 가장 높은 bioavailability을 갖고 있는 모든 탄소, [6].

1. 2 유형 및 출처의 β-carotene

Beta-carotene can be divided into three main categories based on its source: natural extraction, chemical preparation, 그리고biosynthesis [7]. Extracting β-carotenefrom natural plants was one 의the earliest methods 의obtaining β-carotene그리고played a key role in the early extraction 의β-carotene [8]. Natural β-carotene is mainly extracted from fruits 그리고vegetables such as carrots, 그리고microalgae such as Dunaliella.

의 화학 합성 β-carotene 선임자들의 사용을 포함 한 유사 한 화학적 구조를 β-carotene, 그리고 새로 운 β의 합성을 통해-carotene 적합 한 조건에서 여러 화학 반응 합니다.화학적으로 합성의 화학 식 β-carotene 같은 그것의 자연 β-carotene, 예를들어, 합성 제품의 화학 식은 가정 H56, 하지만 그 둘은 반드시 하지 않의 구조는 동일하다.구조가 다른 카로티노이드는 체내 흡수율, 전환율, 용해도가 다르며 잠재적으로 알려지지 않은 독성의 부작용이 있다.그러므로, β의 화학 합성-carotene 가 [9].으로 널리 알 려 되지 않았습니다.를 준비하는 데 사용 되는 biosynthesis 방법은 주로 β, 박테리아를 통해-carotene 효모 균 류와 다른, 뿐만 아니라 다른 유전자 변형 박테리아, 곰팡이 같은 질의 Blakeslea trispora [10] 그리고 유전자 변형 박테리아는 대장균과 같다.

For β-carotene, different preparation methods can affect the color, isomers, particle size in water dispersion and microstructure 의β-carotene [11]. Natural 카로 티 노이 드are safer and more effective during use, but they have problems such as complex processes and low biological activity; the structure and content 의each component 의chemically prepared β-carotene are different from those 의natural substances, and it is unstable during the synthesis process, which leads to greater functional instability [12]; the biosynthesis의 β-carotene has the advantages 의a short production cycle and easy cultivation, and it is expected th에서large-scale production 의β-carotene can be achieved through microbial synthesis. For a detailed comparison of the three extraction methods, see Table 1.

2의 대사 메커니즘 β-carotene

베타카로틴은 두 개의 비타민 한분자의 구조를 가지고 있기 때문에 프로비타민 A 로도 알려져 있다.음성 피드백 조절 메커니즘이 존재하기 때문에 가축, 가금에서 베타카로틴은 자신의 필요에 따라 비타민 a로 전환되기 때문에 [13] 가축, 가금에서 비타민 a 가 과도하게 축적되는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.

대부분의 β-carotene에 살아 있는 유기체의 형태로 존재 한 단백질 복잡하다.변환과를 흡수하 는데 소장은 주요 기관이 β-carotene 포유류에서 [14], 동안 저장 할 주요 장기를 간은 β-carotene 가축에서 [15].현재 알 려 진 두 대사 메커니즘 β-carotene 몸에 있다.하나는 대칭 분열의 동작에서 발생하는 반응의 β-carotene-15, 15&#이 반응 39;-monooxygenase(BCMO1),은의 주요 경로를 변환 β-carotene 비타민 A;다른 하나는 비대칭 분열 반응에 의해 중재 β-carotene-9', 10'-monooxygenase (BCMO1)이다.BCM1과 BCO2는 신체의 간세포와 점막 상피세포에서 발견된다 [14].

BCMO1은 15,15&에서 화학 결합에 대한 높은 선택성을 가지고 있습니다#39;카로티노이드 [16]의 위치.그것의 작용 메커니즘은 15,15&에서 이중 결합을 끊는 것이다#39;위치의 β-carotene 두 retinaldehyde의 분자를 형성 하기 위해 (RAL)이다.그러면 Retinaldehyde는 aldehyde dehydrogenase (ALDH1) 또는 retinal dehydrogenase (RALDH)에 의해 retinoic acid (RA)로 산화된다.RA는 비타민 A의 활성을 반영할 수 있는 주요 대사 산물 중 하나이다 [17].한편 retinoaldehyde는 alcohol dehydrogenase (ADH)와 retinol dehydrogenase (RDH)에 의해 retinol로 환원될 수도 있으며, 일부는 retinoic acid ligase (LRAT)와 retinoic acid hydroxylase (레)에 의해 retinoic acid로 에스테르화되어 환원된다 [14].β BCO2의 행동의 메커니즘은 원인-carotene고 이중 이외의 채권 15을 깨기 위해 15'생산 이중 본드, β-ionone 그리고 apocarotenoids.아포카로티노이드는 추가로 망막 분자로 변환할 수 있으나, 그 메커니즘은 아직 명확하지 않다.인체 내에 있는 β의 신진대사 과정-carotene은 그림 2 [18]에 나와 있습니다.

BCMO1은 또한 tissue-specific negative feedback regulation [19] 이라는 독특한 조절 메커니즘을 가지고 있다.때 몸은 과도 한 β-carotene 또는 내생 β-carotene 자체의 범위를 초과하는 신진대사, 장관을 상피 세포들은 많은 양의 RA을 분비 한다.RA는 BCMO1 유전자의 프로모터 영역에서 retinoic acid specific response element (RARE)에 결합되어 있는 retinoic acid 수용체(RAR)와 결합하여 소장 특이적 호메오박스 전사 인자 (ISX)를 활성화시킨다 [20].ISX는 BCMO1 유전자의 발현을 억제하며 [21], 또한 고밀도 지단백 수용체 (SR-BI) [20, 22]를 통해 간접적으로 BCMO1 유전자의 발현을 억제하여 과도한 비타민 A의 축적과 중독 [23]의 발생을 막을 수 있다.구체적인 공정을도 3에 나타내었다.

3 항 산화 활동과 행동의 메커니즘의 β-carotene

β-carotene has good antioxidant capacity, which can reduce the production of intracellular lipid oxidation and alleviate oxidative stress [24]. It has been found that β-carotene, as a feed additive, has a significant 효과on the antioxidant and anticancer properties of livestock and poultry. The current stage of research has found that the antioxidant mechanism of β-carotene 수include the following: ① the double bond structure binds to free radicals, reducing 그들의활동or removing them; ② quenching singlet oxygen through electron transfer; ③ promoting Nrf2 mRNA expression, which activates Nrf2 expression and promotes the expression of antioxidant enzymes.

3.1 활성산소 청소

베타카로틴은 다중 결합 폴리엔 이중결합으로 인해 활성산소를 제거하는 능력이 있으며, 이상적인 활성산소 제거제이다 [25].체내의 과도한 활성산소는 산화환원계의 균형을 깨뜨리고 [26], 동물 체내의 산화 스트레스를 유발하며, 세포막을 손상시키고, 단백질과 DNA의 손상을 초래하며, 일련의 질병을 유발한다 [2].현재, 3 반응 경로이에서 발견 되었으며, β-carotene 활성 산소의 활동을 제거 하거나 감소시 킨:[27] ① 수소 원자 전송 (모자), 어느 수소 원자에서 β-carotene 급진적인 자유 옮 겨 입니다, 그렇게 함 으로써 약화 활성 산소의 아웃 효과 [28];② 라디칼 첨가 반응 (RAF), 카로티노이드는 활성산소와 직접 첨가반응을 일으켜 매우 안정한 활성산소를 형성한다 [29-30];및 ③은 전자는 전송 메커니즘 (ET), 수산기에 그룹의 영향하에 활성화 되는 β-carotene, 수소를 홍보하는 급진적인 [31] 과산화수소로 전송 되다.왕 Ying et 알다.[32] 추출 β의 발효에서-carotene Trichophora brasiliensis과 활성 산소 청소 율을 측정 합니다.그 결과, 같은 온도에, β의 농도 가 높 을수록-carotene, 항 산화의 활동이 강 할 수록 물질이 덧 붙였다.위안레이 등 [33]은 DPPH법, 살리실산법, 하이드로퀴논 오토산화법을 이용해 유사하지만 다른 4가지 카로티노이드가 활성산소를 제거하는 능력을 확인했다.분석 결과 가 β-carotene 활성 산소 감소 하거나 제거 할 수 있는 능력을 가지고 있다.

3.2. singlet 산소를 Quenching 합니다

그것은 실험 되었다는 것을 증명 한 분자의 β-carotene 1, 000명 이상의 singlet 산소 분자을 제거 할 수 있다 [34].이후 β-carotene에서 매우 유사 한 구조를 리코 펜과 유사 한 배열의 외부의 전자를, 그것은 가능 β-carotene을 해소 할 수 있는 singlet 전자 교환 에너지에 의해 서 산소 전송, 즉, 전자에서 β-carotene와 singlet 산소로 교환에서 전자 β-carotene 반대 스핀 방향과 [35], 그러나 이것은 확인 되지 않았습니다.사이의 양적 관계를 관찰 함 으로써 β-carotene와 singlet 산소에 대한 단일 복잡 한, 즉, 1대 2 감소 한 것이 β-carotene에 복잡 한, 그리고 상당 한의 수가 증가 singlet 산소, 고행 et al. β다고 결론을 내-carotene singlet 산소는 효과적인 억제 제 역할을 할 수 있다 [36].

3.3 항산화 효소의 발현 촉진

베타카로틴은 체내 비효소성 항산화제의 일종으로 항산화 효소가 기능하는 과정을 촉진할 수 있다 [37].Keap1-Nrf2-ARE경로는 세포에서 산화적 스트레스에 저항하기 위해 최근 주목받고 있는 핵심 경로이다.Nrf2는이 신호 경로를 활성화시키는 스위치 역할을 한다 [38].Nrf2 농도는 체내에서 일정 기간 산화적 스트레스를 받은 후 감소한다 [39].β-Carotene upregulatory 한 영향은 상대적인 메신저 rna Nrf2의 표현이다.행동의 메커니즘의 β-carotene Nrf2을 유발하는 것으로 될 수 있는 항 산화제 로서"전환"을 증가시 킴 으로써 항 산화 효소 유전자 [40]의 표현이다.그건 다는 것이 증명 et al. [37] β-carotene 같은 항 산화 효소의 활동을 변경 할 수 있을 분석 함 으로써 설파 β-carotene nano-dispersions다.Sowmyaet al. [41] 고립 된 β-carotene 시금치 β-carotene 항 산화 효과를 발휘 할 수 있을 관찰 함 으로써 항 산화 마 커의 표현에서 단백질 유방암 세포 (MCF-7), 더 설명의 항암 활동 β-carotene다.

4 응용 프로그램의 β-carotene's 가축 및 경제 동물의 생산에 항산화 특성

In actual production, the antioxidant properties of β-carotene are mainly used to improve animal immunity, improve meat quality, improve growth and production performance, and alleviate the harm of lung and respiratory tract damage and damage to other organs [42]. In addition, β-carotene is non-genotoxic and is recognized as a non-toxic, safe, and nutritious feed additive. When the external environment changes rapidly or when animals are in a special physiological condition, such as pregnancy, they are prone to a series of stress reactions such as oxidative stress. Oxidative stress can cause livestock and poultry to eat less, have decreased resistance, induce various inflammations, and even die, causing certain economic losses to the aquaculture industry. Zhang Xianglun et al. [43] added β-carotene to the diet of beef cattle, and found that the total antioxidant capacity, glutathione content, and total superoxide dismutase activity in the serum of the test cattle were significantly increased, and the malondialdehyde content was reduced, which proved that β-carotene as a feed additive can significantly improve the antioxidant function of beef cattle. When treating bovine infectious keratitis, the therapeutic effect can be significantly improved 에 의해supplementing the diet 와green forage high in carotene content [44].

Pre-treating porcine intestinal epithelial cells (IPEC-J2) 와different 복용of β-carotene (25, 50, 100, 150, 200 μmol/L) was found to stimulate an inflammatory response, with the highest cell viability and transmembrane resistance in the treatment group. indicating that β-carotene has the special effect of enhancing the communication between intestinal cells and reducing intestinal damage, and plays a role in maintaining the intestinal health of livestock and poultry [45]. The antioxidant properties of β-carotene, its ability to enhance the body' s 면역 력 강화와 세포 사이의 간격 아스팔트은 이유 중 하나 β-carotene은 anti-tumor 에이전트로 널리 받아들여지고 있다.이전 연구들에 따르면 β의 농도로-carotene 증가 함에 따라, 지질의 억제 속도 peroxidation [46]이 상당히 높 아진다.β-carotene 변환 될 수 있을 세포막에 지질과 호환 되, 그리고 그것을 해소 할 수 있는 활성 산소를 그들이 신체 손상을 초래하는 하기 전에, 따라서 보호에 핵심적인 역할을 놀고 막 지질 [41].

Bi Yulin et al. [47] 다른 수준의 추가 β-carotene 쇠고기의 먹이에 소와 정량적으로 측정 된 농도의 혈청 글 루타 티 온 (GSH)와 혈청 malondialdehyde (MDA)이다.그들은 그것을의 수준으로 발견 β-carotene 추가 증가, 선형 및 2차 중요 한 변화를 보여주는 측정 된 지표, 다는 것을 증명 β-carotene에 크게 영향을 미 칠 수 있는 항 산화 기능, 혈액 생리적 지표 및 품질 고기를 변경 합니다.왕 보 [48] 다는 것을 발견 β-carotene를 크게 단축시 킬 수 있는 시간을 닐 젖소에서 calving 후에, 닐을 촉진, 수태 율을 증가시 킬, 우유의 질을 개선 뿐만 아니라, 또한 젖소에서 젖통 질환의 발병 률을을 줄 일 것이다.Elomda et al. [49] 레 티 한 사실을 확인 했, 분해 제품의 β-carotene, 배아 개발을 촉진 할 수 있는 능력을 갖 동안 체외 문화에서 토끼 배아의다.

5 요약

pro비타민로서, β-carotene 산화 저항 할 뿐만 아니라, 하지만 또한 body&을 개선#39;s 면역, 당질 대사를 조절, 또는 사료 첨가제에 천연 색소로 사용, 암 예방에 특정 역할을 할 수 있습니다.또한 가축과 가금의 정상적인 생장과 번식을 유지하는데도 중요한 역할을 한다.에 대한 연구를 흡수, 신진대사와 생물학적 활동의 β-carotene 연구 핫 스 팟이 되었고 집중이 단계에서,고 상대적으로 뛰어 난 결과 가 달성 되었습니다.하지만, 거기에는 아직도 많은 문제들이 더 필요로하는 연구와 탐사, 기술과 같은 절차를의 인공 합성 β-carotene,의 경작과 번식이 당분간 β-carotene 효모 변종 등이 있습니다.게다가, β의 잠재적인 생물학적 활동에 추가 할 양을 먹이를 주고-carotene 또한 더욱 탐구 할 필요 가 있다.

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