張巖巖　陳玉超

[摘要]概述類胡蘿卜素的種類結(jié)構(gòu)，生物合成以及生物功能和性質(zhì)，以及類胡蘿卜素的抗癌功能的研究近況。

[關(guān)鍵詞]類胡蘿卜素 β-胡蘿卜素 番茄紅素

中圖分類號：Q595文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0120008－01

一、概述

類胡蘿卜素是在自然界中廣泛存在的一類天然色素的總稱。它是黃紅色的色素，具有多種生物活性，并且可以作為常用的著色劑。它們廣泛存在于微生物、植物、動物及人體內(nèi)，是生物體必不可少的組成成分。類胡蘿卜素僅在植物和微生物可自行合成。已明確結(jié)構(gòu)的類胡蘿卜素有600余種，其中大部分已知的類胡蘿卜素是由8個類異戊二烯組成，碳原子數(shù)40的四萜(tetraterpenes)占多數(shù)，但也有碳原子數(shù)少于40的類胡蘿卜素（如β－脫輔基－胡蘿卜醛）以及近期在古細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的碳原子數(shù)大于40的類胡蘿卜素。除了少數(shù)類胡蘿卜素以游離態(tài)的形式呈現(xiàn)，大部分通常與糖呈結(jié)合態(tài)的形式，在動物體內(nèi)通常與蛋白質(zhì)結(jié)合形成類胡蘿卜素蛋白。

類胡蘿卜素具有重要的生物學(xué)功能，作為強(qiáng)抗氧化劑，能高效猝滅單線態(tài)氧；在細(xì)胞膜上也起著重要的作用，通過縫間連接交流，與其它蛋白質(zhì)分子相互作用；是光合生物必不可少的組分；此外，它們與人類的健康關(guān)系密切，能防御人類的一些致命疾病，對免疫系統(tǒng)具有保護(hù)作用。

二、類胡蘿卜素的種類與結(jié)構(gòu)

類胡蘿卜素是類異戊二烯化合物，由尾-尾相連的兩個二十碳單位構(gòu)成四十碳分子的母體碳架，并由此衍生出多種不同的化合物。類胡蘿卜素分子最顯著的結(jié)構(gòu)特征是分子中含有一個共軛體系，由不同數(shù)目的雙鍵或單鏈的長鏈所構(gòu)成的中央?yún)^(qū)域形成。它們都含有帶有9～13個共軛雙鍵的異戊二烯鏈，在鏈的兩端各有一個β-紫蘿酮環(huán)，通過末端的環(huán)化，異構(gòu)化或鍵的旋轉(zhuǎn)等方式，形成多種衍生物。

三、生物合成

所有的類胡蘿卜素均通過類異戊二烯化合物或萜類化合物途徑合成[1]。IPP(異戊烯焦磷酸)是其前體物質(zhì)。IPP在IPP異構(gòu)酶作用下生成DMAPP(二甲基丙烯基二磷酸)，然后與3個IPP縮合，依次生成GPP(攏牛兒焦磷酸)、FPP(法尼基二磷酸)和GGPP(攏牛兒基攏牛兒焦磷酸)。2個GGPP在PSY(八氫番茄紅素合成酶)作用下形成第一個無色的類胡蘿卜素八氫番茄紅素。八氫番茄紅素經(jīng)過連續(xù)的脫氫反應(yīng)，使共軛雙鍵延長，直至形成鏈孢紅素、番茄紅素。番茄紅素在不同的環(huán)化酶作用下分別生成α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素。在α、β胡蘿卜素的C4(C4′)位置引入酮基和（或）C3(C3′)位置引入羥基以及在β環(huán)上引入C(5，6)環(huán)氧基后，則形成結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的葉黃素[2]。

Ａ：GGPP；B：八氫番茄紅素；C：六氫番茄紅素；D：ζ-蘿卜素；Ｅ：鏈孢紅素；Ｆ：番茄紅素；Ｇ：γ-胡蘿卜素；Ｈ：β-胡蘿卜素；Ｉ：β-隱黃質(zhì)；Ｊ：玉米黃質(zhì)；Ｋ：環(huán)氧玉米黃質(zhì)；Ｌ：堇菜黃素；Ｍ：新黃質(zhì)；Ｎ：α-玉米胡蘿卜素；Ｏ：δ-胡蘿卜素；Ｐ：α-胡蘿卜素；Ｑ：葉黃素；Ｒ：β-檸烏素；Ｓ：辣椒紅；Ｔ：辣椒玉紅素；①八氫番茄紅素合成酶；②八氫番茄紅素脫飽和酶；③δ-胡蘿卜素脫氫酶；④番茄紅素ε－環(huán)化酶；⑤β-環(huán)脫氫酶；⑥番茄紅素β-環(huán)化酶；⑦辣椒紅/辣椒玉紅素合成酶；⑧玉米黃質(zhì)環(huán)氧酶；⑨堇菜黃素脫環(huán)氧化酶。

四、生物學(xué)功能

（一）抗氧化性

類胡蘿卜素分子結(jié)構(gòu)中含有多個共軛雙鍵，這種特殊的結(jié)構(gòu)賦予它猝滅單線態(tài)氧的能力。可以與自由基起反應(yīng)，形成無害的產(chǎn)物，或通過破壞自由基鏈反應(yīng)，將自由基清除。在植物中類胡蘿卜素可清除活性氧而使植物免遭強(qiáng)太陽光的灼傷。在動物體內(nèi)的類胡蘿卜素可捕獲自由基，從而保護(hù)動物細(xì)胞免遭自由基的破壞[2]。

抗氧化功能使得類胡蘿卜素能夠減少自由基對細(xì)胞遺傳物質(zhì)(DNA，RNA)和細(xì)胞膜的損傷。羥基自由基能夠損傷90%的DNA，單線態(tài)氧和羥基自由基能使DNA的雙鏈斷裂。如果遺傳物質(zhì)的損傷長時間不能修復(fù)，將會導(dǎo)致癌細(xì)胞生成。

類胡蘿卜素既能增強(qiáng)特異性和非特異性免疫，也能增強(qiáng)腫瘤的免疫性。類胡蘿卜素增強(qiáng)免疫活性主要通過下列方式起作用：抑制免疫活性細(xì)胞過度反應(yīng)；猝滅引起免疫抑制的過氧化物，維持膜的液態(tài)流動性；有助于維持免疫功能必需的膜受體狀態(tài)；對免疫調(diào)節(jié)分子起作用。通過上述機(jī)制，增強(qiáng)了淋巴Ｔ細(xì)胞，巨噬細(xì)胞或ＮＫ細(xì)胞等的抗腫瘤功能。

類胡蘿卜素是動物體內(nèi)非酶型的斷裂性抗氧化劑，在眾多的非酶型抗氧化劑中水溶性的有抗壞血酸、谷胱甘肽、尿酸鹽和膽紅素等，脂溶性的有α-生育酚、β-生育酚、β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素、番茄紅素、玉米黃素、葉黃素、泛酸等。其中類胡蘿卜素對單線態(tài)氧的猝滅能力明顯高于α-生育酚和抗壞血酸。許多研究表明，在機(jī)體衰老、患病及炎癥過程中，體內(nèi)自由基增加，而類胡蘿卜素則能抑制自由基的產(chǎn)生，從而延緩衰老和預(yù)防癌癥。

眾多的類胡蘿卜素中，研究較為詳細(xì)的兩種具有抗癌作用的是β-胡蘿卜素和番茄紅素。β-胡蘿卜素有較強(qiáng)的抗氧化性，具有很強(qiáng)的清除自由態(tài)單線氧的功能。它可以保護(hù)巨噬細(xì)胞免受自身氧化的損失，促進(jìn)Ｔ淋巴細(xì)胞群體的增殖。因癌變過程是一種漸進(jìn)過程，β-胡蘿卜素作為一種預(yù)防因素，無疑有積極作用。

（二）類胡蘿卜素分子在細(xì)胞膜上的重要作用

類胡蘿卜素通常位于細(xì)胞膜上，是復(fù)雜的膜結(jié)構(gòu)的組成成分。研究表明，類胡蘿卜素分子在細(xì)胞膜上的定位取決于它們各自的具體結(jié)構(gòu)特征。由碳?xì)湓亟M成的類胡蘿卜素如β-胡蘿卜素，番茄紅素等，能完全進(jìn)入膜的內(nèi)部并且保持一定的流動性；而當(dāng)類胡蘿卜素分子中出現(xiàn)極性取代基，尤其當(dāng)取代基是羥基時，它們在膜上的定位會受到很大影響。

不同結(jié)構(gòu)的類胡蘿卜素分子能與細(xì)胞膜上不同區(qū)域的分子發(fā)生反應(yīng)。β-胡蘿卜素、番茄紅素只能與膜內(nèi)部疏水層的基團(tuán)發(fā)生有效反應(yīng)；而玉米黃質(zhì)的末端基團(tuán)卻有穿入極性區(qū)的能力，然后出現(xiàn)在水環(huán)境中，能與水相中的自由基團(tuán)起反應(yīng)[3]。所以，一些類胡蘿卜素是膜的抗氧化保護(hù)劑。

此外，類胡蘿卜素分子在膜上的方位也會影響膜的性質(zhì)。像玉米黃質(zhì)等類胡蘿卜素，由于它們的分子中有2個跨越膜的極性末端基團(tuán)，因此，它們能作為膜結(jié)構(gòu)的“護(hù)墻”，增加膜的剛度和機(jī)械強(qiáng)度。類胡蘿卜素分子能影響膜的厚度、強(qiáng)度和流動性，并影響膜對水、氧氣及其他分子的通透性[4]。

（三）類胡蘿卜素是光合生物必不可少的組分

類胡蘿卜素在光合作用過程中有兩種作用：即光吸收和光保護(hù)。一方面，類胡蘿卜素分子能吸收可見光，形成激發(fā)態(tài)后，將能量傳遞給葉綠素；另一方面，類胡蘿卜素分子又可將具有高度活性的單線態(tài)氧中的能量以熱的形式釋放出來，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)氧，從而對光合生物起到必不可少的保護(hù)作用。

五、展望

綜上所述，人們研究過的幾種類胡蘿卜素都表現(xiàn)出了很高的應(yīng)用價值。據(jù)報道已經(jīng)有人將類胡蘿卜素的功能應(yīng)用在動物的生殖培養(yǎng)以及癌癥的治療等方面[5]。在人們發(fā)現(xiàn)的600余種類胡蘿卜素中，僅有十幾種為人們所研究熟知，還有更多的類胡蘿卜素以及它們的特殊功能性質(zhì)等待人們?nèi)パ芯刻剿鳌?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]Carol P,Kuntz M.A plastid terminal oxidase comes to light:implications for carotenoid biosynthesis and chlorespiration [J].Trends Plant Sci,2001,6:31－36.

[2]Ali El-Agamey,Gordon M. Lowe.Carotenoid radical chemistry and antioxidant/pro-oxidant properties.Archives of Biochemistry and Biophysics 430 (2004) 37－48.

[3]Bertram JS,Induction of connexin 43 by carotenoids:functional consequences, Archives of Biochemistry and Biophysics 430 (2004) 120－126.

[4]趙文恩、李艷杰、崔艷紅、喬憲生，類胡蘿卜素生物合成途徑及其控制與遺傳操作，西北植物學(xué)報2004.24(5):930－942.

[5]劉仲棟，幾類天然色素的生理功能，中國食品報，2002.10-15.

作者簡介：

張巖巖，本科，阜陽市冠亞質(zhì)量檢測公司，助理工程師；陳玉超，本科，阜陽市冠亞質(zhì)量檢測公司，助理工程師。