植物化学与天然药物课件天然类胡萝卜素3

天然类胡萝卜素 Carotenoids授课教师:田兵农业与生物技术学院课程内容介绍课程内容介绍n n学时学时:4学时学时+实验课实验课4学时学时n n主要内容主要内容：2)2)类胡萝卜素的理化性质类胡萝卜素的理化性质;4)4)类胡萝卜素合成代谢的分子生物学研究类胡萝卜素合成代谢的分子生物学研究类胡萝卜素合成代谢的分子生物学研究类胡萝卜素合成代谢的分子生物学研究1)1)类胡萝卜素的结构、分类与生理活性类胡萝卜素的结构、分类与生理活性类胡萝卜素的结构、分类与生理活性类胡萝卜素的结构、分类与生理活性;3)3)类胡萝卜素的提取分离与分析鉴定类胡萝卜素的提取分离与分析鉴定类胡萝卜素的提取分离与分析鉴定类胡萝卜素的提取分离与分析鉴定;教材与参考书姜建国主编，姜建国主编，类胡萝卜素功效与生物技术类胡萝卜素功效与生物技术第一版，化学第一版，化学工业出版社，工业出版社，20082008年年参考书:n王业勤,李勤生编著,天然类胡萝卜素:研究进展、生产、应用,中国医药科技出版社,1996年第一版 n吴立军主编，天然药物化学，人民卫生出版社，2007年第五版n苏立强编著，色谱分析法，清华大学出版社，2009年1月第一版思考题：n n类胡萝卜素有哪些结构特征？n n类胡萝卜素是如何分类的？n n天然类胡萝卜素的主要生理功能是什么？n n如何从生物样品中分离鉴定类胡萝卜素？n n天然类胡萝卜素的基本生物合成途径是什么？生物合成途径与调控生物合成途径与调控微生物基因工程微生物基因工程植物基因工程植物基因工程概述概述n类胡萝卜素是由类胡萝卜素是由8 8个类异戊二烯单位连个类异戊二烯单位连接而成的一类碳氢化合物及其氧化衍接而成的一类碳氢化合物及其氧化衍生物生物,是普遍存在于自然界的一类黄色是普遍存在于自然界的一类黄色或红色的色素。或红色的色素。目前已经超过目前已经超过700700种。种。n n类胡萝卜素是光合生物的基本成分；类胡萝卜素是光合生物的基本成分；n n与生物体颜色有关；与生物体颜色有关；n n分为不含氧的胡萝卜素和含氧的类胡分为不含氧的胡萝卜素和含氧的类胡萝卜素及其衍生物（如叶黄质）两大萝卜素及其衍生物（如叶黄质）两大类；类；n n结构特征与颜色和功能的关系结构特征与颜色和功能的关系LycopeneLutein-caroteneZeaxanthinDeinoxanthin类胡萝卜素的主要生物学功能概述类胡萝卜素的主要生物学功能概述n n类胡萝卜素是植物进行光合作用的必需物质。类胡萝卜素是植物进行光合作用的必需物质。n n类胡萝卜素是人体必不可少的一类物质。人体不能自行合类胡萝卜素是人体必不可少的一类物质。人体不能自行合成类胡萝卜素。成类胡萝卜素。对人体来说，类胡萝卜素除了具有原维生素对人体来说，类胡萝卜素除了具有原维生素A A的活性外，的活性外，一些重要的类胡萝卜素一些重要的类胡萝卜素,如玉米黄素如玉米黄素,是眼色素中不可缺少是眼色素中不可缺少的成分，若长期摄入不足对眼睛健康极为不利。的成分，若长期摄入不足对眼睛健康极为不利。n n最近最近1010多年的研究发现，类胡萝卜素在防止和抵抗严重的多年的研究发现，类胡萝卜素在防止和抵抗严重的人类健康问题如癌症、心脏疾病和白内障等方面有重要作人类健康问题如癌症、心脏疾病和白内障等方面有重要作用用.1.类胡萝卜素的结构、分类与性质类胡萝卜素的结构、分类与性质1.1 类胡萝卜素的结构类胡萝卜素的结构n n类胡萝卜素是聚异戊二烯复合物类胡萝卜素是聚异戊二烯复合物;通常是由通常是由8 8个异戊二烯单位连接而成个异戊二烯单位连接而成;n n它们通过它们通过2 2个含有个含有C C2020的分子尾对尾连接而成。的分子尾对尾连接而成。n n所有的类胡萝卜素都是由所有的类胡萝卜素都是由C C4040碳骨架衍变而来的碳骨架衍变而来的。类胡萝卜素（类胡萝卜素（类胡萝卜素（类胡萝卜素（carotenoidscarotenoidscarotenoidscarotenoids）按植物化学成分分类归属于四）按植物化学成分分类归属于四）按植物化学成分分类归属于四）按植物化学成分分类归属于四萜类化合物萜类化合物萜类化合物萜类化合物,前体由甲戊二羟酸（前体由甲戊二羟酸（前体由甲戊二羟酸（前体由甲戊二羟酸（MVAMVAMVAMVA）途径合成）途径合成）途径合成）途径合成类胡萝卜素前体由甲戊二羟酸（类胡萝卜素前体由甲戊二羟酸（类胡萝卜素前体由甲戊二羟酸（类胡萝卜素前体由甲戊二羟酸（MVAMVAMVAMVA）途径合成）途径合成）途径合成）途径合成MVA是各种类型萜是各种类型萜类化合物生物合成类化合物生物合成的最关键前体的最关键前体IPP和和DMAPP是活是活性的异戊二烯，延性的异戊二烯，延长碳链长碳链1.2 类胡萝卜素的分类类胡萝卜素的分类n n按所含元素分类按所含元素分类:一类是碳氢化合物型的类胡萝卜素，称胡萝卜素，仅由一类是碳氢化合物型的类胡萝卜素，称胡萝卜素，仅由碳氢两种元素组成，例如番茄红素等。碳氢两种元素组成，例如番茄红素等。另一类是含氧的类胡萝卜素，称作叶黄质（或称作氧化另一类是含氧的类胡萝卜素，称作叶黄质（或称作氧化型类胡萝卜素）型类胡萝卜素）,含有一些氧代基团，例如羟基、酮基、含有一些氧代基团，例如羟基、酮基、环氧基，该类化合物包括：环氧基，该类化合物包括：玉米黄质和叶黄素；玉米黄质和叶黄素；紫菌红醚（含甲基）紫菌红醚（含甲基）;-胡萝卜素胡萝卜素-4-4-酮（含氧基）；酮（含氧基）；花黄素（含环氧基）花黄素（含环氧基）1.2 类胡萝卜素的分类类胡萝卜素的分类n n按顺反异构分类按顺反异构分类:由于每个碳碳双键结由于每个碳碳双键结构可以有两种存在形构可以有两种存在形式，即顺式异构或反式，即顺式异构或反式异构式异构,依据类胡萝依据类胡萝卜素分子中存在的双卜素分子中存在的双键数量，理论上可形键数量，理论上可形成全反式、大量不同成全反式、大量不同的单一和多聚顺式几的单一和多聚顺式几何异构体何异构体.1.3 类胡萝卜素的一般特性类胡萝卜素的一般特性n n光学异构体光学异构体 由于不对称碳原子的存在，很多类胡萝卜素都由于不对称碳原子的存在，很多类胡萝卜素都含有手性中心。这些化合物可能存在不同的空间含有手性中心。这些化合物可能存在不同的空间异构形式，如光学异构体或对映异构体，它们之异构形式，如光学异构体或对映异构体，它们之 间彼此存在镜像关系。间彼此存在镜像关系。n n光学异构体除了有可以与偏振光起作用的性质外，还光学异构体除了有可以与偏振光起作用的性质外，还具有和一般异构体相同的性质。具有和一般异构体相同的性质。n n一般天然类胡萝卜素只以一种可行的对映异构体形式一般天然类胡萝卜素只以一种可行的对映异构体形式存在，这是因为类胡萝卜素的生物合成是基于光学异存在，这是因为类胡萝卜素的生物合成是基于光学异构选择。构选择。n n溶解性：溶解性：n n类胡萝卜素是一类极端亲脂的化合物，几乎不类胡萝卜素是一类极端亲脂的化合物，几乎不溶于水。溶于水。n n它们可以溶解于非极性有机溶剂，如四氢呋喃、它们可以溶解于非极性有机溶剂，如四氢呋喃、卤代烃和（正）己烷等。卤代烃和（正）己烷等。n n在机体中，类胡萝卜素一般存在于细胞膜或亲在机体中，类胡萝卜素一般存在于细胞膜或亲脂性组织，如人体脂肪中。它们主要被转移到脂性组织，如人体脂肪中。它们主要被转移到亲脂性脂蛋白中，包括超低密度脂蛋白和高密亲脂性脂蛋白中，包括超低密度脂蛋白和高密度脂蛋白。度脂蛋白。n n但研究发现类胡萝卜素可以与载体蛋白但研究发现类胡萝卜素可以与载体蛋白（carotenoid binding proteincarotenoid binding protein）结合后，可）结合后，可溶于水，在机体内运输。溶于水，在机体内运输。1.3 1.3 类胡萝卜素的一般特性类胡萝卜素的一般特性类胡萝卜素定位在亲脂性类胡萝卜素定位在亲脂性组织间具有重要的生物学组织间具有重要的生物学功能，包括亲脂抗氧化活功能，包括亲脂抗氧化活性、在生物膜中起稳定作性、在生物膜中起稳定作用的特性等用的特性等Photosynthesis Research 81:215225,2004n n光吸收特性光吸收特性n n 由于线性共轭双键系统的存在，类胡萝卜素会表现出黄色、橙色或红色。它们的由于线性共轭双键系统的存在，类胡萝卜素会表现出黄色、橙色或红色。它们的吸收光谱与共轭双键的数量有关。一般在吸收光谱与共轭双键的数量有关。一般在400400600nm600nm范围内，共轭双键系统越多，范围内，共轭双键系统越多，最大吸收峰的波长越大，即颜色越深。最大吸收峰的波长越大，即颜色越深。n n类胡萝卜素表现出很高的消光效率，针对这一特点采用适当的分析方法对类胡萝类胡萝卜素表现出很高的消光效率，针对这一特点采用适当的分析方法对类胡萝卜素进行检测具有相当高的灵敏度。紫外光谱法是一种典型的用于类胡萝卜素定卜素进行检测具有相当高的灵敏度。紫外光谱法是一种典型的用于类胡萝卜素定量分析方法，类胡萝卜素的光谱特性还可以提供更多更精细的结构信息。量分析方法，类胡萝卜素的光谱特性还可以提供更多更精细的结构信息。n n它们的顺式异构体有一个额外的吸收带，其强度取决于顺式键在分子中的位置。它们的顺式异构体有一个额外的吸收带，其强度取决于顺式键在分子中的位置。1.3 1.3 类胡萝卜素的一般特性类胡萝卜素的一般特性1.4 1.4 类胡萝卜素的命名类胡萝卜素的命名n n习惯命名法习惯命名法n n 当新的类胡萝卜素被发现后，人们一般选择那些能体当新的类胡萝卜素被发现后，人们一般选择那些能体现它们来源或特性的命名，如把来自胡萝卜的色素称现它们来源或特性的命名，如把来自胡萝卜的色素称为胡萝卜素；为胡萝卜素；n n 习惯命名所表达的分子结构方面的信息太少。因此，习惯命名所表达的分子结构方面的信息太少。因此，出版物使用某一类胡萝卜素的习惯命名时，一般尽可出版物使用某一类胡萝卜素的习惯命名时，一般尽可能同时给出其分子结构图能同时给出其分子结构图;n n一般应考虑以下几个因素：第一次分离和鉴定出该类一般应考虑以下几个因素：第一次分离和鉴定出该类胡萝卜素的来源；自然界中该化合物含量最丰富的自胡萝卜素的来源；自然界中该化合物含量最丰富的自然资源；能否借鉴相近的语言（如日语）的名称。然资源；能否借鉴相近的语言（如日语）的名称。n n半系统命名法半系统命名法 经过经过International Union of Pure and Applied International Union of Pure and Applied Chemstry(Chemstry(简称简称IUPAC)IUPAC)制定和修改。这种命名方法简称为制定和修改。这种命名方法简称为IUPACIUPAC规定，被大量用于新发现类胡萝卜素的命名规定，被大量用于新发现类胡萝卜素的命名;类胡萝卜素的半系统命名法本质上讲是对类胡萝卜素化类胡萝卜素的半系统命名法本质上讲是对类胡萝卜素化合物的分子结构进行描述合物的分子结构进行描述;类胡萝卜素的半系统命名法类胡萝卜素的半系统命名法包括具体几项规定包括具体几项规定:1)1)化合物的定义化合物的定义 所有类胡萝卜素都可以认为是从非环化的所有类胡萝卜素都可以认为是从非环化的C C4040H H5656衍生而来衍生而来的它们的基本结构均是由位于中央的多聚烯链和位于两的它们的基本结构均是由位于中央的多聚烯链和位于两端的末端基团通过氢化、脱氢、环化和氧化等过程结合而端的末端基团通过氢化、脱氢、环化和氧化等过程结合而成的成的.2)2)母体名称母体名称n n 所有特殊类胡萝卜素的命名都是以母体所有特殊类胡萝卜素的命名都是以母体“类胡萝卜素类胡萝卜素”为基础的。为基础的。3)3)末端基团的名称末端基团的名称 类胡萝卜素碳氢化合物的确切类胡萝卜素碳氢化合物的确切 名称是通过在母体名称是通过在母体“胡萝卜素胡萝卜素”前增加两个希腊字母作为前缀前增加两个希腊字母作为前缀,代表两个末端基团代表两个末端基团n n希腊字母前缀应按字母顺序希腊字母前缀应按字母顺序,(Epsilon)Epsilon),(Chi Chi),),列列出。在第一个和第二个希腊字母间用逗号分开。第二个字母用连接号出。在第一个和第二个希腊字母间用逗号分开。第二个字母用连接号与母体名称相连，如与母体名称相连，如,-胡萝卜素等。胡萝卜素等。4)4)碳骨架编号碳骨架编号n n类胡萝卜素分子的骨架编号用带类胡萝卜素分子的骨架编号用带和不带和不带的阿拉伯数字表示，由分的阿拉伯数字表示，由分子两端向中央进行排序编号。在结构式中，分子左端的碳原子用不带子两端向中央进行排序编号。在结构式中，分子左端的碳原子用不带的阿拉伯数字编号，分子右端的碳原子用带的阿拉伯数字编号，分子右端的碳原子用带的阿拉伯数字编号。的阿拉伯数字编号。n n IUPACIUPAC规定若分子的两个末端基团不同，不带规定若分子的两个末端基团不同，不带的阿拉伯数字所定位的阿拉伯数字所定位的末端基团（左端的末端基团）在前，带的末端基团（左端的末端基团）在前，带的阿拉伯数字所定位的末的阿拉伯数字所定位的末端基团（右端的末端基团）在后端基团（右端的末端基团）在后5)5)去甲类胡萝卜素和裂环类胡萝卜素去甲类胡萝卜素和裂环类胡萝卜素n n 去甲类胡萝卜素去甲类胡萝卜素,前缀前缀“去甲去甲”表示从类胡萝卜素分子表示从类胡萝卜素分子中去除中去除CH3CH3、CH2CH2和和CHCH基团。在基团。在“去甲去甲”后，类胡萝卜素分后，类胡萝卜素分子碳骨架的编码不变子碳骨架的编码不变.n n裂环类胡萝卜素裂环类胡萝卜素,前缀前缀“裂环裂环”表示环化类胡萝卜素分子表示环化类胡萝卜素分子末端基团中相邻的两个碳原子（除了碳原子末端基团中相邻的两个碳原子（除了碳原子1 1和和6 6）间键的）间键的断裂。断裂。6)6)分子氢化水平分子氢化水平n n类胡萝卜素碳氢化合物可以发生氢化和脱氢变化。这种变类胡萝卜素碳氢化合物可以发生氢化和脱氢变化。这种变化应用前缀化应用前缀“氢化氢化”和和“脱氢脱氢”来表示。在一个命名中，来表示。在一个命名中，脱氢和氢化同时出现，则按照脱氢在前，氢化在后的顺序脱氢和氢化同时出现，则按照脱氢在前，氢化在后的顺序表示表示7)7)氧化衍生物氧化衍生物n n氧化衍生物氧化衍生物 在在IUPACIUPAC规定中，类胡萝卜素碳氢化合物的规定中，类胡萝卜素碳氢化合物的氧化衍生物是根据有机化学命名法命名的，用前缀和后缀氧化衍生物是根据有机化学命名法命名的，用前缀和后缀表示。羧酸、酸酯、醛、酮、乙醇和乙醇酯基团用后缀表表示。羧酸、酸酯、醛、酮、乙醇和乙醇酯基团用后缀表示，其他基团用前缀表示示，其他基团用前缀表示n n环氧衍生物环氧衍生物 氧桥用前缀氧桥用前缀“环氧环氧”表示氧桥桥头的两个表示氧桥桥头的两个碳原子的编号必须在前缀中注明碳原子的编号必须在前缀中注明,环氧化物在理论上是在环氧化物在理论上是在双键上加一个氧原子形成的双键上加一个氧原子形成的n n氧化衍生物的编号氧化衍生物的编号 如果类胡萝卜素碳氢化合物母体上的两个末端基团不同，如果类胡萝卜素碳氢化合物母体上的两个末端基团不同，则它们的氧化衍生物根据则它们的氧化衍生物根据4 4）规定编号。末端基团用希腊字）规定编号。末端基团用希腊字母表示。母表示。如果类胡萝卜素碳氢化合物母体上的两个末端基团相同，如果类胡萝卜素碳氢化合物母体上的两个末端基团相同，分子从最小的含氧取代基位数开始编号。分子从最小的含氧取代基位数开始编号。8 8）立体化学）立体化学 手性中心的绝对构型用手性中心的绝对构型用R-SR-S法则表示，同时，用阿拉伯数法则表示，同时，用阿拉伯数字表明位置。字表明位置。如果未指明是顺式构型，母体“胡萝卜素”表示所有双键均为反式构型。根据IUPAC命名法，顺式构型用前缀“顺式”和其位数表示。目前，IUPAC规定采用前缀“E”和“Z”代替原有的“反式”和“顺式”来表示类胡萝卜素分子的几何异构现象1.5 1.5 类胡萝卜素的化学性质类胡萝卜素的化学性质n n类胡萝卜素与自由基的反应类胡萝卜素与自由基的反应 影响自由基反应速率的因素包括自由基性质、外影响自由基反应速率的因素包括自由基性质、外部环境（水或脂类区域）和类胡萝卜素的结构特部环境（水或脂类区域）和类胡萝卜素的结构特征（极性和非极性末端、氧化征（极性和非极性末端、氧化-还原性质还原性质)n n类胡萝卜素与过氧化氢类胡萝卜素与过氧化氢(物物)自由基反应自由基反应第一步是过氧化氢自由基加合在类胡萝卜素的一个双第一步是过氧化氢自由基加合在类胡萝卜素的一个双键上，形成一个共振稳定的键上，形成一个共振稳定的C C中心自由基中间体，如中心自由基中间体，如ROO-ROO-CARCAR.（CARCAR表示类胡萝卜素）表示类胡萝卜素）接着，其他的过氧化氢自由基结合上来形成中性加合物接着，其他的过氧化氢自由基结合上来形成中性加合物ROO-CAR-OOR;ROO-CAR-OOR;自由基的基本概念和性质自由基的基本概念和性质自由基的基本概念和性质自由基的基本概念和性质 自由基的一般定义：自由基的一般定义：具具具具有有有有一一一一个个个个或或或或几几几几个个个个未未未未配配配配对对对对电电电电子子子子的的的的化化化化学学学学性性性性质质质质活活活活泼泼泼泼的的的的原原原原子子子子、分子、离子或原子团。分子、离子或原子团。分子、离子或原子团。分子、离子或原子团。广广泛泛意意义义上上还还包包括括与与自自由由基基性性质质近近似似的的化化学学性性质质活活泼的物质，如活性氧（泼的物质，如活性氧（ROSROS），活性氮（），活性氮（NONO）等。）等。种类：1）氧自由基，羟基自由基（OH）、超氧阴离子自由基（O2-），脂质过氧化自由基LOO、还有活性氧H2O2、单线态氧 1O2等等2）含氮自由基，NO,DPPH(1，1-二苯基苦基苯肼)自由基的产生自由基的产生自由基的产生自由基的产生n n产生自由基的化学反应：产生自由基的化学反应：自由基可通过共价键均裂产生，亦可通过电子俘获自由基可通过共价键均裂产生，亦可通过电子俘获产生产生 （1 1）共价键的均裂：）共价键的均裂：A A：B A B A +B +B n n裂解方式有热解光解、辐射作用、氧化还原偶联反裂解方式有热解光解、辐射作用、氧化还原偶联反裂解方式有热解光解、辐射作用、氧化还原偶联反裂解方式有热解光解、辐射作用、氧化还原偶联反应等。应等。应等。应等。（2 2 2 2）电子俘获反应形成自由基）电子俘获反应形成自由基）电子俘获反应形成自由基）电子俘获反应形成自由基如氧分子俘获水合电子生成超氧阴离子自由基：如氧分子俘获水合电子生成超氧阴离子自由基：自由基的性质：自由基的性质：（1 1）物理性质：不成对电子的自旋产生顺磁性。）物理性质：不成对电子的自旋产生顺磁性。什么是顺磁性？什么是顺磁性？每个分子轨道上不能存在两个自旋态相同的电子，因而各个轨道每个分子轨道上不能存在两个自旋态相同的电子，因而各个轨道上已成对的电子自旋运动产生的磁矩是相互抵消的，只有存在未上已成对的电子自旋运动产生的磁矩是相互抵消的，只有存在未成对电子的物质才具有永久磁矩，它在外磁场中呈现顺磁性。成对电子的物质才具有永久磁矩，它在外磁场中呈现顺磁性。（2 2）化学性质：）化学性质：自由基一般具活泼的化学活性；自由基的活性是指一种自由基与自由基一般具活泼的化学活性；自由基的活性是指一种自由基与其它作用物反应的容易程度自由基的活性除与自身的结构有关其它作用物反应的容易程度自由基的活性除与自身的结构有关外还与反应物和反应条件密切相关；外还与反应物和反应条件密切相关；n 绝大多数自由基难于在通常条件下存在，例如绝大多数自由基难于在通常条件下存在，例如CH3等存在几分之一等存在几分之一秒所以不易制备；除用特殊方法外，难于检测其存在。但也有少数自由秒所以不易制备；除用特殊方法外，难于检测其存在。但也有少数自由基能在室温下溶液中存在，例如三苯甲基自由基，基能在室温下溶液中存在，例如三苯甲基自由基，DPPH等等类胡萝卜素的主要自由基反应类型类胡萝卜素的主要自由基反应类型类胡萝卜素的主要自由基反应类型类胡萝卜素的主要自由基反应类型n类胡萝卜素自由基与氧分子的反应 以与氧气反应，最终生成5，8一过氧化物，在含水环境中CAR.+易失去一个质子，而生成中性的自由基。这类中性类胡萝卜素自由基与氧气反应，生成具有助氧化性的类胡萝卜素过氧化物自由基n n 类胡萝卜素的助类胡萝卜素的助(促促)氧化作用氧化作用n n在高浓度的氧环境，以及高浓度的类胡萝卜素条件下在高浓度的氧环境，以及高浓度的类胡萝卜素条件下,可能起到促可能起到促(助助)氧化的作用。主要原因假说氧化的作用。主要原因假说:在与过氧化氢自由基相互作用后，类胡萝卜素分子可在与过氧化氢自由基相互作用后，类胡萝卜素分子可能被异构化、氧化或断裂生成在生物体系内不同的、可能能被异构化、氧化或断裂生成在生物体系内不同的、可能有破坏作用的活性产物。有破坏作用的活性产物。高浓度类胡萝卜素改变了生物膜的性质，并可能影高浓度类胡萝卜素改变了生物膜的性质，并可能影响其对毒素、氧分子和自由基的通透性。在这种特殊的情响其对毒素、氧分子和自由基的通透性。在这种特殊的情况下，不同的类胡萝卜素可能无法像它们在低浓度时那样况下，不同的类胡萝卜素可能无法像它们在低浓度时那样起作用，它们与活性氧起作用，它们与活性氧(ROS)(ROS)或其他抗氧化剂相互作用的或其他抗氧化剂相互作用的能力可能被改变。能力可能被改变。与与ROSROS的相互作用会生成类胡萝卜素过氧化氢自由基，的相互作用会生成类胡萝卜素过氧化氢自由基，类胡萝卜素过氧化氢自由基产生脂类氧化物。类胡萝卜素过氧化氢自由基产生脂类氧化物。2.2.类胡萝卜素的生理活性与功能类胡萝卜素的生理活性与功能2.1 2.1 植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能n n在花和水果中，类胡萝卜素位于色素在花和水果中，类胡萝卜素位于色素母细胞内母细胞内;n n类胡萝卜素常常与蛋白结合在一起。类胡萝卜素常常与蛋白结合在一起。这些蛋白质其大小为这些蛋白质其大小为303035 kDa35 kDan n叶绿体中含有类胡萝卜素叶绿体中含有类胡萝卜素;n n光合作用中，类胡萝卜素起着必不可光合作用中，类胡萝卜素起着必不可少的作用。类胡萝卜素主要有两种功少的作用。类胡萝卜素主要有两种功能能:1)1)作为光吸收阶段光合作用的辅助色作为光吸收阶段光合作用的辅助色素素 2)2)在强光下保护细胞免遭氧化损伤在强光下保护细胞免遭氧化损伤2.1 2.1 2.1 2.1 植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能n n在植物中，类胡萝卜素是光捕获系统中的必需成分，它们在植物中，类胡萝卜素是光捕获系统中的必需成分，它们可以吸收光量子并将能量传递给叶绿素，由此协助植物吸可以吸收光量子并将能量传递给叶绿素，由此协助植物吸收收450450570nm570nm波长范围的光。起这种作用的类胡萝卜素主波长范围的光。起这种作用的类胡萝卜素主要有叶黄素、紫黄质和新黄质。要有叶黄素、紫黄质和新黄质。n n在叶绿体中，在叶绿体中，-胡萝卜素是光系统胡萝卜素是光系统I I和和中的核心成分。中的核心成分。在光系统在光系统的反应中心含有的反应中心含有15-15-顺式顺式-胡萝卜素。而在胡萝卜素。而在复杂的光捕获复杂的光捕获(LHCP)(LHCP)体系中，叶黄质是主要的类胡萝卜素。体系中，叶黄质是主要的类胡萝卜素。n n类胡萝卜素第二个重要功能是保护类胡萝卜素第二个重要功能是保护光合作用元件在强光下免受氧化损光合作用元件在强光下免受氧化损伤，含有伤，含有9 9个或更多的共轭双键的个或更多的共轭双键的类胡萝卜素分子可从叶绿体中吸收类胡萝卜素分子可从叶绿体中吸收三线态能量，由此阻止单线态氧自三线态能量，由此阻止单线态氧自由基的形成。由基的形成。在藻类植物中，紫黄质经过光诱在藻类植物中，紫黄质经过光诱导环化可生成玉米黄质，它与叶绿导环化可生成玉米黄质，它与叶绿体光保护过程有密切关系。因为类体光保护过程有密切关系。因为类胡萝卜素有很强的抗氧化性，可以胡萝卜素有很强的抗氧化性，可以保护细胞避免损害。保护细胞避免损害。2.1 2.1 2.1 2.1 植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能n n类胡萝卜素在植物中的其他功能是赋予花朵和果类胡萝卜素在植物中的其他功能是赋予花朵和果实不同的颜色，以吸引昆虫为其传播种子或授粉。实不同的颜色，以吸引昆虫为其传播种子或授粉。花朵中可以发现大部分橙色、黄色和红色色素，花朵中可以发现大部分橙色、黄色和红色色素，其他许多高等植物的器官也得益于色素母细胞中其他许多高等植物的器官也得益于色素母细胞中类胡萝卜素的积累。类胡萝卜素的积累。2.1 2.1 2.1 2.1 植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能植物中类胡萝卜素的功能2.2 2.2 2.2 2.2 类胡萝卜素的生物利用与功效类胡萝卜素的生物利用与功效类胡萝卜素的生物利用与功效类胡萝卜素的生物利用与功效2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 人体中常见的类胡萝卜素人体中常见的类胡萝卜素人体中常见的类胡萝卜素人体中常见的类胡萝卜素n n黄体素（叶黄素）和玉米黄素黄体素（叶黄素）和玉米黄素 黄体素存在于人的视网膜、血浆和其他一些组织中。在黄体素存在于人的视网膜、血浆和其他一些组织中。在视网膜中，视网膜中，黄体素的主要功能是保护接受光氧粒子的感光黄体素的主要功能是保护接受光氧粒子的感光黄体素的主要功能是保护接受光氧粒子的感光黄体素的主要功能是保护接受光氧粒子的感光细胞，所以黄体素在阻止视网膜斑点恶化方面起着重要的细胞，所以黄体素在阻止视网膜斑点恶化方面起着重要的细胞，所以黄体素在阻止视网膜斑点恶化方面起着重要的细胞，所以黄体素在阻止视网膜斑点恶化方面起着重要的作用作用作用作用。黄体素拥有化学防护活性，能比番茄红素更有效地沟通黄体素拥有化学防护活性，能比番茄红素更有效地沟通连接细胞间隙和抑制脂肪过氧化反应连接细胞间隙和抑制脂肪过氧化反应。黄体素和玉米黄素普遍存在于人体卵巢和其他组织中。黄体素和玉米黄素普遍存在于人体卵巢和其他组织中。阔叶菜、芒果、番木瓜果、橘子、桃子、南瓜、菜豆、阔叶菜、芒果、番木瓜果、橘子、桃子、南瓜、菜豆、椰菜、卷心菜、羽衣甘蓝、生菜、甘薯和哈密瓜中都含有椰菜、卷心菜、羽衣甘蓝、生菜、甘薯和哈密瓜中都含有大量的黄体素大量的黄体素n n番茄红素番茄红素 血清中定量的一般是番茄红素的全反式异构物，虽然血清中定量的一般是番茄红素的全反式异构物，虽然9 9一顺一顺式异构物、式异构物、13-13-顺式异构物、顺式异构物、15-15-顺式异构物也有可测信号并约顺式异构物也有可测信号并约占总番茄红素的占总番茄红素的50%50%番茄红素不能在体内转化为维生素番茄红素不能在体内转化为维生素A A，其生物和物理化学性，其生物和物理化学性质，尤其是它的抗氧化性，已经引起了广泛关注。番茄红素在质，尤其是它的抗氧化性，已经引起了广泛关注。番茄红素在抗氧化性能上比抗氧化性能上比-胡萝卜素、胡萝卜素、-胡萝卜素、叶黄质、黄体素、胡萝卜素、叶黄质、黄体素、玉米黄质更有效。玉米黄质更有效。血清中的番茄红素含量与患膀胱癌，胰腺癌、消化道癌的血清中的番茄红素含量与患膀胱癌，胰腺癌、消化道癌的概率成反比。番茄红素在许多组织中存在，如甲状腺、肾，肾概率成反比。番茄红素在许多组织中存在，如甲状腺、肾，肾上腺、脾、肝脏、心脏，睾丸、脂肪和胰腺。上腺、脾、肝脏、心脏，睾丸、脂肪和胰腺。番茄是番茄红素的主要来源，而且也是食谱中补充人体类番茄是番茄红素的主要来源，而且也是食谱中补充人体类胡萝卜素的重要来源。新鲜番茄中的番茄红素基本上是反式结胡萝卜素的重要来源。新鲜番茄中的番茄红素基本上是反式结构。构。n n -胡萝卜素和胡萝卜素和-胡萝卜素胡萝卜素 人体中人体中-胡萝卜素含量是胡萝卜素含量是-胡萝卜素的胡萝卜素的6 6倍。有研究倍。有研究显示显示-胡萝卜素能保护低密度脂蛋白胡萝卜素能保护低密度脂蛋白(low-density(low-density lipoproteinlipoproteinLDL)LDL)不被氧化。不被氧化。与对照组相比，冠心病人血浆中的与对照组相比，冠心病人血浆中的-胡萝卜素和维生胡萝卜素和维生素素E E浓度非常低。浓度非常低。-胡萝卜素和胡萝卜素和-胡萝卜素存在于人体甲状腺、肾、胡萝卜素存在于人体甲状腺、肾、脾，肝脏、心脏、胰腺、脂肪、卵巢、肾上腺、黏膜细胞脾，肝脏、心脏、胰腺、脂肪、卵巢、肾上腺、黏膜细胞等器官的组织中。等器官的组织中。2.2.2 2.2.2 类胡萝卜素的吸收与组织分布类胡萝卜素的吸收与组织分布n n 类胡萝卜素的吸收、转运过程分为四个步骤：类胡萝卜素的吸收、转运过程分为四个步骤：1 1）食物消化释放类胡萝卜素；）食物消化释放类胡萝卜素；2 2）小肠内脂质微粒的形成；）小肠内脂质微粒的形成；3 3）小肠黏膜细胞的摄取；）小肠黏膜细胞的摄取；4 4）被转运至淋巴循环及血液循环。）被转运至淋巴循环及血液循环。n n在吸收过程中，在吸收过程中，-胡萝卜素与其异构体及其他类胡萝卜素之间存在竞胡萝卜素与其异构体及其他类胡萝卜素之间存在竞争作用争作用n n类胡萝卜素由小肠吸收后，在肝内转化为维生素类胡萝卜素由小肠吸收后，在肝内转化为维生素A A或被储存，与极低密或被储存，与极低密度脂蛋白度脂蛋白(VLDL)(VLDL)一同释放入血，类胡萝卜素在血浆中以脂蛋白为载体而一同释放入血，类胡萝卜素在血浆中以脂蛋白为载体而转运。转运。n n空腹血浆中的类胡萝卜素空腹血浆中的类胡萝卜素75%75%存在于低密度脂蛋白存在于低密度脂蛋白(LDL)(LDL)中，其余则分布中，其余则分布于高密度脂蛋白于高密度脂蛋白(HDL)(HDL)和和VLDLVLDL中。有较大的个体多样性。中。有较大的个体多样性。n n 人体器官中存在的类胡萝卜素主要是人体器官中存在的类胡萝卜素主要是-胡萝卜素、胡萝卜素、-胡萝卜素、番茄红素、叶黄素和胡萝卜素、番茄红素、叶黄素和-玉米黄质。番茄红素玉米黄质。番茄红素存在于人类的大部分组织中，但含量不同。存在于人类的大部分组织中，但含量不同。2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 类胡萝卜素的生物利用类胡萝卜素的生物利用类胡萝卜素的生物利用类胡萝卜素的生物利用n n类胡萝卜素的生物利用率分为绝对利用率和相对利用率。类胡萝卜素的生物利用率分为绝对利用率和相对利用率。n n绝对生物利用率是指摄入一定量的类胡萝卜素后在体内形绝对生物利用率是指摄入一定量的类胡萝卜素后在体内形成的活性维生素成的活性维生素A A的量；相对生物利用率是指摄入某一种的量；相对生物利用率是指摄入某一种类胡萝卜素后，相对于参考物质体内一些指标的变化。常类胡萝卜素后，相对于参考物质体内一些指标的变化。常用的参考物质有用的参考物质有-胡萝卜素或已知量的高效利用的预成胡萝卜素或已知量的高效利用的预成维生素维生素A A。n n已公布的生物利用率都是相对于参考物质得出的相对生物已公布的生物利用率都是相对于参考物质得出的相对生物利用率。利用率。n n食物中的食物中的1 1g g全反式视黄醇相当于全反式视黄醇相当于6 6g g的全反式的全反式-胡萝胡萝卜素。卜素。n n影响类胡萝卜素生物利用的因素至少有9种：n n 类胡萝卜素的种类；类胡萝卜素的种类；n n 分子连锁；分子连锁；n n 类胡萝卜素的消化量；类胡萝卜素的消化量；n n 类胡萝卜素的基质；类胡萝卜素的基质；n n 吸收和生物交换的有效率；吸收和生物交换的有效率；n n 宿主的营养状态；宿主的营养状态；n n 遗传因素；遗传因素；n n 与宿主有关的因素及影响与宿主有关的因素及影响2.2.4 2.2.4 生物功效生物功效n n大概大概4040种类胡萝卜素存在于人类膳食中，但仅有种类胡萝卜素存在于人类膳食中，但仅有1 91 9种及其种及其代谢物能在血液和器官中被识别出来。代谢物能在血液和器官中被识别出来。n n抗氧化剂（包括类胡萝卜素）具有防止慢性疾病的能力。抗氧化剂（包括类胡萝卜素）具有防止慢性疾病的能力。n n在活体和动物模型中，类胡萝卜素都有抗氧化作用。混合在活体和动物模型中，类胡萝卜素都有抗氧化作用。混合类胡萝卜素或与其他抗氧化剂的混合物可以提高抗自由基类胡萝卜素或与其他抗氧化剂的混合物可以提高抗自由基作用。作用。n n许多流行病学的研究显示，类胡萝卜素的摄入与降低慢性许多流行病学的研究显示，类胡萝卜素的摄入与降低慢性疾病的发生有直接关系。疾病的发生有直接关系。n n类胡萝卜素对动物及人体的生物机理有以下几方面作用：类胡萝卜素对动物及人体的生物机理有以下几方面作用：补充维生素补充维生素A A的作用；的作用；脂氧化酶活性的调节；脂氧化酶活性的调节；抗氧化抗氧化作用；作用；激活对细胞间交流起作用的某些基因。激活对细胞间交流起作用的某些基因。2.3 2.3 维生素维生素A A和类胡萝卜素和类胡萝卜素2.3.1 2.3.1 维生素维生素A An n维生素维生素A A是第一个被发现的维生素，但其全部的生物作用是第一个被发现的维生素，但其全部的生物作用至今还没有完全被确定至今还没有完全被确定n n19091909年，年，SteppStepp首次报道了在鸡蛋卵黄中有一种成分对生首次报道了在鸡蛋卵黄中有一种成分对生命至关重要，这种成分是命至关重要，这种成分是“脂溶性脂溶性”片段片段“A A”，因此随，因此随后被称作维生素后被称作维生素A A。n n发现发现-胡萝卜素能够转化成维生素胡萝卜素能够转化成维生素A A，后来又发现这种转，后来又发现这种转化主要发生在肠和肝中。化主要发生在肠和肝中。n nKarrerKarrer揭示了维生素揭示了维生素A A和和-胡萝卜素的化学结构。胡萝卜素的化学结构。n n19841984年年BurtonBurton和和IngoldIngold首次通过生物膜的实验提出类胡萝首次通过生物膜的实验提出类胡萝卜素可能的抑制脂肪自由基的机理。研究结果表明，维生卜素可能的抑制脂肪自由基的机理。研究结果表明，维生素素A A和类胡萝卜素可作为生物抗氧化剂。和类胡萝卜素可作为生物抗氧化剂。n n至今至少有至今至少有1 21 2种形式的维生素种形式的维生素A A被分离出来。视黄醇是维被分离出来。视黄醇是维生素生素A A的自由醇形式，能被酶可逆地转化为维生素的自由醇形式，能被酶可逆地转化为维生素A A的活性的活性形式；形式；n n 维生素维生素A A2 2（脱氢视黄醇），与维生素（脱氢视黄醇），与维生素A1A1（视黄醇）仅仅（视黄醇）仅仅是在第是在第3 3位碳和第位碳和第4 4位碳之间的双键不同，现在发现尽管它位碳之间的双键不同，现在发现尽管它比维生素比维生素A1A1的存在范围小，但它在许多哺乳动物的组织中的存在范围小，但它在许多哺乳动物的组织中都存在。都存在。n n视黄醇在血清中通过视黄醇蛋白视黄醇在血清中通过视黄醇蛋白(RBP)(RBP)运输，这种方式的运输，这种方式的传输能防止在肾中由于肾小球过滤而引起的小分子维生素传输能防止在肾中由于肾小球过滤而引起的小分子维生素的丢失。的丢失。n n鉴于视黄醇、视黄醛和维甲酸在高浓度时都有毒性，因此鉴于视黄醇、视黄醛和维甲酸在高浓度时都有毒性，因此剩余的维生素剩余的维生素A A必须被储存起来。在肝脏中通过酰基转移必须被储存起来。在肝脏中通过酰基转移酶的反应生成维生素的长链脂肪酸酯，这是最初的储存形酶的反应生成维生素的长链脂肪酸酯，这是最初的储存形式。当血清中视黄醇的浓度降低时，视黄基酯能通过水解式。当血清中视黄醇的浓度降低时，视黄基酯能通过水解酶水解生成视黄醇。酶水解生成视黄醇。2.3.2 2.3.2 类胡萝卜素的维生素类胡萝卜素的维生素A A功能功能n n维生素维生素A A原是类胡萝卜素最大的功能所在。约原是类胡萝卜素最大的功能所在。约5050种左右带种左右带有有-环末端的类胡萝卜素具有这种功能，如环末端的类胡萝卜素具有这种功能，如-胡萝卜胡萝卜素、玉米黄素、素、玉米黄素、-玉米黄质等。玉米黄质等。n n维生素维生素A A在体内不能合成，只能从饮食中获得。在体内不能合成，只能从饮食中获得。n n维生素维生素A A的基本来源包括蔬菜中的维生素的基本来源包括蔬菜中的维生素A A原类胡萝卜素和原类胡萝卜素和动物食品中的视黄基酯与类胡萝卜素。优质的维生素动物食品中的视黄基酯与类胡萝卜素。优质的维生素A A 饮食来源包括奶制品（牛奶、奶酪、黄油等）、黄色和绿饮食来源包括奶制品（牛奶、奶酪、黄油等）、黄色和绿色蔬菜（胡萝卜、甜马铃薯、菠菜、番茄、花椰菜和南瓜）色蔬菜（胡萝卜、甜马铃薯、菠菜、番茄、花椰菜和南瓜）、鱼、蛋、内脏（肝、肾）和小范围的红色肉类。、鱼、蛋、内脏（肝、肾）和小范围的红色肉类。n n推荐成年人维生素推荐成年人维生素A A的日摄人量是的日摄人量是10001000个视黄醇单位个视黄醇单位(RE)(RE)，婴儿和儿童分别是，婴儿和儿童分别是375RE375RE和和700RE700RE。n n-胡萝卜素的中心切割实际是一个单加氧酶类型的反应，胡萝卜素的中心切割实际是一个单加氧酶类型的反应，这种叫做这种叫做BCOBCO的人类重组酶，在消化系统和肝脏中能高效的人类重组酶，在消化系统和肝脏中能高效表达。表达。n n具有具有环的类胡萝卜素既可以进行对称切割，也可以进行环的类胡萝卜素既可以进行对称切割，也可以进行不对称切割，生成一系列阿朴类胡萝卜素，比如在不对称切割，生成一系列阿朴类胡萝卜素，比如在9 9,10,10上对双键进行切割，生成视黄酸前体。上对双键进行切割，生成视黄酸前体。9 9,10,10-双加氧酶也可切割无环的类胡萝卜素，如番茄双加氧酶也可切割无环的类胡萝卜素，如番茄红素红素;n n人体中人体中-胡萝卜素转化为视黄醇的比例是胡萝卜素转化为视黄醇的比例是6 6：l l2.4 2.4 2.4 2.4 类胡萝卜素与心血管疾病类胡萝卜素与心血管疾病类胡萝卜素与心血管疾病类胡萝卜素与心血管疾病n n目前人们试图找出维生素目前人们试图找出维生素A A和类胡萝卜素这两种成分的协和类胡萝卜素这两种成分的协同作用与心脏病之间的关系。同作用与心脏病之间的关系。n n首先，在多种心脏病的发病机理中，自由基和氧化状态所首先，在多种心脏病的发病机理中，自由基和氧化状态所起的作用已经得到广泛的认可。局部缺血损伤、充血性心起的作用已经得到广泛的认可。局部缺血损伤、充血性心脏衰竭、冠状动脉疾病、糖尿病，心肌病和阿霉素引起的脏衰竭、冠状动脉疾病、糖尿病，心肌病和阿霉素引起的心脏中毒都与氧化状态有关心脏中毒都与氧化状态有关n n实验表明，饮食中富含抗氧化剂对于减少鼠体内，尤其是实验表明，饮食中富含抗氧化剂对于减少鼠体内，尤其是心脏的氧化损伤是很有效的。心脏的氧化损伤是很有效的。n n维生素维生素A A和类胡萝卜素是重要的生理抗氧化剂，能抑制心和类胡萝卜素是重要的生理抗氧化剂，能抑制心脏病的发展。脏病的发展。2.4.1 2.4.1 流行病学研究流行病学研究n n流行病学研究通常是了解微量营养元素的饮食摄人和疾病征兆间相互关流行病学研究通常是了解微量营养元素的饮食摄人和疾病征兆间相互关系的第一步。流行病学观察，即较低的维生素系的第一步。流行病学观察，即较低的维生素A A和类胡萝卜素血液含量和类胡萝卜素血液含量和摄入量引起心血管疾病的危险增加。和摄入量引起心血管疾病的危险增加。n n在其他显示相反结果的研究中也可能存在类似在其他显示相反结果的研究中也可能存在类似“芬兰因子芬兰因子”的干扰因素的干扰因素较低的血清总类胡萝较低的血清总类胡萝卜素水平与较高的冠卜素水平与较高的冠状动脉心脏病患病率状动脉心脏病患病率是相关的是相关的n n心血管疾病是由于氧化胁迫、炎症、血脂蛋白异常、内皮心血管疾病是由于氧化胁迫、炎症、血脂蛋白异常、内皮系统功能失调等相互作用引起的。已经确认某些类胡萝卜系统功能失调等相互作用引起的。已经确认某些类胡萝卜素对动脉破损和炎症有抑制效应，而对对硝苯磷脂酶的活素对动脉破损和炎症有抑制效应，而对对硝苯磷脂酶的活性有刺激效应，这种酶对性有刺激效应，这种酶对HDLHDL的保护功能有部分的调节作的保护功能有部分的调节作用。用。n n其他研究报道类胡萝卜素对脂肪和其他研究报道类胡萝卜素对脂肪和DNADNA被氧化有抑制效应。被氧化有抑制效应。类胡萝卜素还有调节细胞间相互作用的功能。例如，番茄类胡萝卜素还有调节细胞间相互作用的功能。例如，番茄红素能抑制单核细胞和内皮细胞的结合（动脉硬化过程的红素能抑制单核细胞和内皮细胞的结合（动脉硬化过程的一个基本步骤）一个基本步骤）2.4.3 2.4.3 类胡萝卜素与动脉粥样硬化类胡萝卜素与动脉粥样硬化n n低密度脂蛋白低密度脂蛋白(LDL)(LDL)在动脉粥样硬化的发病过程中对细胞产生的氧化在动脉粥样硬化的发病过程中对细胞产生的氧化修饰作用非常重要。修饰作用非常重要。n n作为抗氧化剂，维生素作为抗氧化剂，维生素A A较之维生素较之维生素E E的活性要弱的活性要弱3 3倍，但当两者共存时倍，但当两者共存时它们具有抵抗脂类过氧化反应的相加效应。这种增效作用是因为两种它们具有抵抗脂类过氧化反应的相加效应。这种增效作用是因为两种化合物在膜内的不同物理部位起保护作用，维生素化合物在膜内的不同物理部位起保护作用，维生素E E是在外表面减缓氧是在外表面减缓氧化，类胡萝卜素和维生素化，类胡萝卜素和维生素A A则是保护膜的内部。则是保护膜的内部。由于类胡萝卜素的存在而引起由于类胡萝卜素的存在而引起LDLLDL氧化作用的不同滞氧化作用的不同滞后时间。后时间。-胡萝卜素在保护胡萝卜素在保护LDLLDL不被氧化的过程中起不被氧化的过程中起了重要的作用。了重要的作用。LDLLDL中类胡萝卜素的保护作用取决于氧自由基最初攻中类胡萝卜素的保护作用取决于氧自由基最初攻击的部位。如果攻击发生在脂肪水中间相，更高极击的部位。如果攻击发生在脂肪水中间相，更高极性的类胡萝卜素如玉米黄素和黄体素会比较有效。然性的类胡萝卜素如玉米黄素和黄体素会比较有效。然而，如果发生在脂肪相，低极性的类胡萝卜素如番茄而，如果发生在脂肪相，低极性的类胡萝卜素如番茄红素和胡萝卜素等将更重要。红素和胡萝卜素等将更重要。2.5 2.5 2.5 2.5 类胡萝卜素对转录的调节与抗癌机理类胡萝卜素对转录的调节与抗癌机理类胡萝卜素对转录的调节与抗癌机理类胡萝卜素对转录的调节与抗癌机理n n对类胡萝卜素的摄取量与癌症的关系进行的评估结果显示，对类胡萝卜素的摄取量与癌症的关系进行的评估结果显示，类胡萝卜素的摄取量与肺癌、结肠癌、乳腺癌和前列腺癌类胡萝卜素的摄取量与肺癌、结肠癌、乳腺癌和前列腺癌的发生率呈负相关的发生率呈负相关n n大量的流行病学研究证实了这些植物类胡萝卜素的防癌作大量的流行病学研究证实了这些植物类胡萝卜素的防癌作用。用。n n类胡萝卜素可以通过改变许多蛋白质的表达水平，包括连类胡萝卜素可以通过改变许多蛋白质的表达水平，包括连接蛋白、酶、细胞周期蛋白等，同时对癌细胞的生长进行接蛋白、酶、细胞周期蛋白等，同时对癌细胞的生长进行调节以起到抑制剂的作用。调节以起到抑制剂的作用。n n类胡萝卜素可以改变蛋白质的表达水平，说明它们的作用类胡萝卜素可以改变蛋白质的表达水平，说明它们的作用是利用相关的转录因子来调控转录过程。是利用相关的转录因子来调控转录过程。2.5.1 2.5.1 癌细胞生长在蛋白质表达水平上的抑制机理癌细胞生长在蛋白质表达水平上的抑制机理n n由于癌症的发生归因于由于癌症的发生归因于DNADNA的损伤，而氧化胁迫是的损伤，而氧化胁迫是DNADNA损伤的原因之一，损伤的原因之一，因此，以前有关类胡萝卜素抗癌方面的研究多数都集中在它们的抗氧因此，以前有关类胡萝卜素抗癌方面的研究多数都集中在它们的抗氧化性质上。化性质上。n n类胡萝卜素的抗癌活性机理还可能在于它能改变细胞生长和死亡的途类胡萝卜素的抗癌活性机理还可能在于它能改变细胞生长和死亡的途径，包括改变激素和生长因子发出的信号、对细胞周期的调节机制、径，包括改变激素和生长因子发出的信号、对细胞周期的调节机制、对细胞分化和细胞凋亡的调节。对细胞分化和细胞凋亡的调节。1 1）缝隙连接通信缝隙连接通信 类胡萝卜素能增强细胞间的缝隙连接通信，并诱导连接蛋白的合成。缝类胡萝卜素能增强细胞间的缝隙连接通信，并诱导连接蛋白的合成。缝隙连接通信的丧失会导致恶性转化。隙连接通信的丧失会导致恶性转化。2 2）生长因子）生长因子 生长因子是癌细胞生长的重要因素，生长因子是癌细胞生长的重要因素，IGF-IIGF-I是主要的癌症发病因子。番是主要的癌症发病因子。番茄红素可以降低血液中的茄红素可以降低血液中的IGF-IIGF-I。番茄红素疗法可明显降低乳腺癌细胞。番茄红素疗法可明显降低乳腺癌细胞中中IGF-IIGF-I对胰岛素受体底物的磷酸化，以及对胰岛素受体底物的磷酸化，以及DNADNA与与AP-1AP-1转录因子的结合转录因子的结合能力。能力。3 3 3 3）细胞周期进程）细胞周期进程）细胞周期进程）细胞周期进程n n番茄红素治疗番茄红素治疗MCF-7MCF-7乳腺癌细胞，可以减缓乳腺癌细胞，可以减缓IGF-IIGF-I刺激的细胞周期进程。刺激的细胞周期进程。n n在其他癌细胞，番茄红素可诱导细胞周期的在其他癌细胞，番茄红素可诱导细胞周期的G1G1期和期和S S期延迟。期延迟。4)4)4)4)与细胞分化相关的蛋白质与细胞分化相关的蛋白质与细胞分化相关的蛋白质与细胞分化相关的蛋白质n n将成熟细胞诱导分化，形成具有不同功能、类似于正常细胞的成熟细胞，将成熟细胞诱导分化，形成具有不同功能、类似于正常细胞的成熟细胞，这就是所谓的分化疗法。分化疗法可有效地治疗急性白血病。这就是所谓的分化疗法。分化疗法可有效地治疗急性白血病。n n单独用番茄红素也能诱导单独用番茄红素也能诱导HL-60HL-60早幼粒细胞白血病细胞分化早幼粒细胞白血病细胞分化,番茄红素的番茄红素的分化作用与提高几种与分化相关的蛋白质的表达有关，这些蛋白质包括分化作用与提高几种与分化相关的蛋白质的表达有关，这些蛋白质包括细胞表面抗原细胞表面抗原(CD14)(CD14)、氧气猝发氧化酶和趋化性多肽受体等。、氧气猝发氧化酶和趋化性多肽受体等。n n其他类胡萝卜素如其他类胡萝卜素如-胡萝卜素和黄体素也有类似作用。胡萝卜素和黄体素也有类似作用。2.5.2 2.5.2 2.5.2 2.5.2 类胡萝卜素和基因转录类胡萝卜素和基因转录类胡萝卜素和基因转录类胡萝卜素和基因转录n n在多种蛋白质表达中发生的变化显示，类胡萝卜素的关键作用在于转录在多种蛋白质表达中发生的变化显示，类胡萝卜素的关键作用在于转录调节。调节。这可能是因为类胡萝卜素分子或其衍生物与转录因子如配体激活这可能是因为类胡萝卜素分子或其衍生物与转录因子如配体激活这可能是因为类胡萝卜素分子或其衍生物与转录因子如配体激活这可能是因为类胡萝卜素分子或其衍生物与转录因子如配体激活的核受体之间的相互作用，或是对转录活性的间接调节作用的核受体之间的相互作用，或是对转录活性的间接调节作用的核受体之间的相互作用，或是对转录活性的间接调节作用的核受体之间的相互作用，或是对转录活性的间接调节作用，如通过氧，如通过氧化化-还原作用状态的变化影响转录系统，如抗氧化剂应答元件。还原作用状态的变化影响转录系统，如抗氧化剂应答元件。1 1）对转录的调节）对转录的调节n n类胡萝卜素与基因调控有一定的关系。类胡萝卜素与基因调控有一定的关系。2 2）类维生素类维生素A A受体受体n n维甲酸是类维生素维甲酸是类维生素A A配体的亲本化合物。它通过两类核受体，即维甲酸配体的亲本化合物。它通过两类核受体，即维甲酸受体受体(RAR)(RAR)和类维生素和类维生素A A的的X X受体