El término caroteno (también carotina, del latín carota, «zanahoria» ) se usa para muchas sustancias de hidrocarburos insaturados relacionados que tienen la fórmula C 40 H x, que son sintetizadas por las plantas pero en general no pueden ser producidas por animales (con la excepción de algunos pulgones y ácaros que adquirieron los genes sintetizadores de los hongos).
Los carotenos son pigmentos fotosintéticos importantes para la fotosíntesis.. Los carotenos no contienen átomos de oxígeno. Absorben la luz ultravioleta, violeta y azul y dispersan la luz naranja o roja y (en bajas concentraciones) la luz amarilla.
Los carotenos son responsables del color naranja de la zanahoria, por la cual se nombra esta clase de químicos, y de los colores de muchas otras frutas, vegetales y hongos (por ejemplo, batatas, rebozuelos y melón naranja).melón). Los carotenos también son responsables de los colores naranja (pero no todos los amarillos) en el follaje seco.
También (en concentraciones más bajas) imparten la coloración amarilla a la Grasa de la leche y la mantequilla. Las especies animales omnívoras que son convertidores relativamente pobres de carotenoides dietéticos coloreados en retinoides incoloros tienen grasa corporal de color amarillento, como resultado de la retención de carotenoides de la porción vegetal de su Dieta.
La grasa típica de color amarillo de los humanos y los pollos es el resultado del almacenamiento de grasa de los carotenos de sus dietas.
Los carotenos contribuyen a la fotosíntesis al transmitir la Energía luminosa que absorben a la clorofila. También protegen los tejidos vegetales al ayudar a absorber la energía del oxígeno singlete, una forma excitada de la molécula de oxígeno O 2 que se forma durante la fotosíntesis.
Β-caroteno se compone de dos retinilo grupos, y se divide en la mucosa de la humana intestino delgado por β-caroteno 15,15-monooxigenasa a la retina, una forma de Vitamina A. El β-caroteno puede almacenarse en el hígado y la grasa corporal y convertirse en retinal según sea necesario, lo que lo convierte en una forma de Vitamina A para los humanos y algunos otros mamíferos.
Los carotenos α-caroteno y γ-caroteno, debido a su único grupo retinilo ( anillo de β- ionona ), también tienen cierta actividad de vitamina A (aunque menos que β-caroteno), al igual que el carotenoide de xantofila β-criptoxantina. Todos los demás carotenoides, incluido el Licopeno, no tienen anillo beta y, por lo tanto, no tienen actividad de vitamina A (aunque pueden tener actividad antioxidante y, por lo tanto, actividad biológica de otras maneras).
Las especies animales difieren enormemente en su capacidad para convertir los carotenoides que contienen retinilo (beta- ionona ) en retinianas. Los carnívoros en general son malos convertidores de carotenoides que contienen ionona en la dieta. Los carnívoros puros como los hurones carecen de β-caroteno 15,15′-monooxigenasa y no pueden convertir ningún carotenoide en retina (lo que resulta en que los carotenos no sean una forma de vitamina A para esta especie);
Mientras que los gatos pueden convertir un rastro de β-caroteno en Retinol, aunque la cantidad es totalmente insuficiente para satisfacer sus necesidades diarias de retinol.
Estructura molecular
Químicamente, los carotenos son hidrocarburos poliinsaturados que contienen 40 átomos de carbono por molécula, números variables de átomos de hidrógeno y ningún otro elemento. Algunos carotenos están terminados por anillos de hidrocarburos, en uno o ambos extremos de la molécula. Todos están coloreados para el ojo humano, debido a los extensos sistemas de dobles enlaces conjugados.
Estructuralmente, los carotenos son tetraterpenos, lo que significa que se sintetizan bioquímicamente a partir de cuatro unidades de terpeno de 10 carbonos, que a su vez se forman a partir de ocho unidades de isopreno de 5 carbonos.
Los carotenos se encuentran en las plantas en dos formas primarias designadas por caracteres del alfabeto griego : alfa-caroteno (α-caroteno) y Beta-caroteno (β-caroteno). También existen gamma, delta, épsilon y zeta-caroteno (γ, δ, ε y ζ-caroteno). Como son hidrocarburos y, por lo tanto, no contienen oxígeno, los carotenos son liposolubles e insolubles en agua (en contraste con otros carotenoides, las xantofilas, que contienen oxígeno y, por lo tanto, son menos hidrófobas químicamente).
Fuentes dietéticas
Los siguientes alimentos contienen carotenos en cantidades apreciables:
- Zanahorias
- Melón
- Mangos
- Pimiento rojo
- Papaya
- Espinacas
- Col rizada
- Batata
- tomate
- Hojas de diente de león
- Brócoli
- Col rizada
- Calabaza de invierno
- Calabaza
- Yuca
La absorción de estos alimentos aumenta si se ingiere con grasas, ya que los carotenos son solubles en grasa y si los alimentos se cocinan durante unos minutos hasta que la pared celular de la planta se divide y el color se libera en cualquier líquido. 12 μg de β-caroteno en la dieta suministra el equivalente de 1 μg de retinol, y 24 μg de α-caroteno o β-criptoxantina proporciona el equivalente de 1 μg de retinol.
Formas de caroteno
Los dos isómeros primarios de caroteno, α-caroteno y β-caroteno, difieren en la posición de un doble enlace (y, por lo tanto, un hidrógeno) en el grupo cíclico en un extremo (el extremo derecho en el diagrama de la derecha).
El β-caroteno es la forma más común y se puede encontrar en frutas y verduras de hoja amarilla, naranja y verde. Como regla general, cuanto mayor es la intensidad del color naranja de la fruta o verdura, más β-caroteno contiene.
El caroteno protege las células vegetales contra los efectos destructivos de la luz ultravioleta. El β-caroteno es un antioxidante.
Β-caroteno y fisiología
Β-caroteno y cáncer
Un artículo sobre la Sociedad Americana del Cáncer dice que la Campaña de Investigación del Cáncer ha pedido etiquetas de advertencia sobre los suplementos de β-caroteno para advertir a los fumadores que dichos suplementos pueden aumentar el riesgo de cáncer de pulmón.
El New England Journal of Medicine publicó un artículo en 1994 sobre un ensayo que examinó la relación entre la suplementación diaria de β-caroteno y Vitamina E (α-tocoferol) y la incidencia de cáncer de pulmón. El estudio se realizó con suplementos y los investigadores eran conscientes de la correlación epidemiológica entre las frutas y verduras ricas en carotenoides y las tasas más bajas de cáncer de pulmón.
La investigación concluyó que no se encontró reducción en el cáncer de pulmón en los participantes que usaron estos suplementos y, además, estos suplementos pueden, de hecho, tener efectos nocivos.
The Journal of the National Cancer Institute y The New England Journal of Medicine publicaron artículos en 1996 sobre un ensayo con el objetivo de determinar si la vitamina A (en forma de Palmitato de retinilo ) y el β-caroteno (aproximadamente Los suplementos de 30 mg / día, que son 10 veces la Ingesta diaria de referencia ) tuvieron algún efecto beneficioso para prevenir el cáncer.
Los resultados indicaron un mayor riesgo de cáncer de pulmón y próstata para los participantes que consumieron el suplemento de β-caroteno y que tenían irritación pulmonar por fumar o por la exposición al asbesto, lo que provocó que el ensayo se detuviera antes de tiempo.
Una revisión de todos los ensayos controlados aleatorios en la literatura científica realizada por la Colaboración Cochrane publicada en JAMA en 2007 encontró que el β-caroteno sintético aumentó la mortalidad en un 1-8% (Riesgo relativo 1.05, intervalo de confianza del 95% 1.01–1.08). Sin embargo, este metanálisis incluyó dos grandes estudios de fumadores, por lo que no está claro que los resultados se apliquen a la población general.
La revisión solo estudió la influencia de los antioxidantes sintéticos y los resultados no deberían traducirse en los efectos potenciales de las frutas y verduras.
Β-caroteno y cognición
Un informe reciente demostró que 50 mg de β-caroteno cada dos días previenen el deterioro cognitivo en un estudio de más de 4000 médicos con una duración media del tratamiento de 18 años.
Β-caroteno y fotosensibilidad
El β-caroteno oral se prescribe a personas que sufren de protoporfiria eritropoyética. Les proporciona cierto alivio de la fotosensibilidad.
Carotenemia
La carotenemia o hipercarotenemia es un exceso de caroteno, pero a diferencia del exceso de vitamina A, el caroteno no es tóxico. Aunque la hipercarotenemia no es particularmente peligrosa, puede provocar una aparición de naranjas en la piel (carotenodermia), pero no la conjuntiva de los ojos (lo que la distingue fácilmente de la ictericia ).
Se asocia más comúnmente con el consumo de una gran cantidad de zanahorias, pero también puede ser un signo médico de condiciones más peligrosas.
Β-caroteno y nanotecnología
Las moléculas de β-caroteno y licopeno pueden encapsularse en nanotubos de carbono mejorando las propiedades ópticas de los nanotubos de carbono. Se produce una transferencia de energía eficiente entre el tinte encapsulado y el nanotubo: la luz es absorbida por el tinte y sin pérdida significativa se transfiere al nanotubo de carbono de pared simple (SWCNT).
La encapsulación aumenta la estabilidad química y térmica de las moléculas de caroteno; También permite su aislamiento y caracterización individual.
Producción
La mayor parte del suministro sintético mundial de caroteno proviene de un complejo de fabricación ubicado en Freeport, Texas y propiedad de DSM. El otro proveedor importante, BASF, también utiliza un proceso químico para producir β-caroteno. Juntos, estos proveedores representan aproximadamente el 85% del β-caroteno en el mercado.
En España, Vitatene produce β-caroteno natural del hongo Blakeslea trispora, al igual que el DSM, pero en una cantidad mucho menor en comparación con su operación sintética de β-caroteno. En Australia, Aquacarotene Limited produce β-caroteno orgánico a partir de algas marinas secas Dunaliella salina cultivadas en estanques de recolección ubicados en Karratha, Australia Occidental.
BASF Australia también está produciendo β-caroteno a partir de microalgas cultivadas en dos sitios en Australia que son las granjas de algas más grandes del mundo. En Portugal, la empresa de biotecnología industrial Biotrend está produciendo todo- trans -β-caroteno natural a partir de una bacteria no genéticamente modificada del género Sphingomonas aislada del suelo.
Los carotenos también se encuentran en el aceite de palma, el maíz y en la leche de las vacas lecheras, lo que hace que la leche de vaca sea de color amarillo claro, dependiendo de la alimentación del ganado y la cantidad de grasa en la leche (leches con alto contenido de grasa, como los producidos por las vacas Guernsey tienden a ser más amarillos porque su contenido de grasa hace que contengan más caroteno).
Los carotenos también se encuentran en algunas especies de termitas, donde aparentemente han sido recogidas de la dieta de los insectos.
Síntesis total
Actualmente hay dos métodos comúnmente utilizados de síntesis total de β-caroteno. El primero fue desarrollado por BASF y se basa en la reacción de Wittig con el propio Wittig como titular de la patente:
Síntesis de caroteno por Wittig
La segunda es una reacción de Grignard, elaborada por Hoffman-La Roche a partir de la síntesis original de Inhoffen et al. Ambos son simétricos; la síntesis de BASF es C20 C20, y la síntesis de Hoffman-La Roche es C19 C2 C19.
Nomenclatura
Los carotenos son carotenoides que no contienen oxígeno. Los carotenoides que contienen algo de oxígeno se conocen como xantofilas.
Los dos extremos de la molécula de β-caroteno son estructuralmente idénticos y se llaman anillos β. Específicamente, el grupo de nueve átomos de carbono en cada extremo forma un anillo β.
La molécula α-caroteno tiene un anillo β en un extremo; el otro extremo se llama anillo ε. No existe tal cosa como un «anillo α».
Estos y otros nombres similares para los extremos de las moléculas de carotenoides forman la base de un esquema de denominación sistemática, según el cual:
- Α-caroteno es β, ε-caroteno;
- Β-caroteno es β, β-caroteno;
- Γ-caroteno (con un anillo β y un extremo no ciclado que está marcado como psi ) es β, ψ-caroteno;
- Δ-caroteno (con un anillo ε y un extremo no ciclado) es ε, ψ-caroteno;
- Ε-caroteno es ε, ε-caroteno
- El licopeno es ψ, ψ-caroteno
El ote-caroteno es el precursor biosintético del neurosporene, que es el precursor del licopeno, que, a su vez, es el precursor de los carotenos α a ε.
Aditivo alimentario
El caroteno también se usa como sustancia para colorear productos como Jugos, pasteles, postres, mantequilla y margarina. Está aprobado para su uso como aditivo alimentario en la UE (listado como aditivo E160a) Australia y Nueva Zelanda (listado como 160a) y los Estados Unidos.