Carotène - Carotene
Le terme carotène (également carotine , du latin carota , "carotte") est utilisé pour de nombreuses substances hydrocarbonées insaturées apparentées ayant la formule C 40 H x , qui sont synthétisées par les plantes mais ne peuvent en général pas être fabriquées par les animaux (à l'exception de certains pucerons et tétranyques qui ont acquis les gènes de synthèse à partir de champignons). Les carotènes sont des pigments photosynthétiques importants pour la photosynthèse . Les carotènes ne contiennent pas d'atomes d'oxygène. Ils absorbent la lumière ultraviolette, violette et bleue et diffusent la lumière orange ou rouge et (à faible concentration) la lumière jaune.
Les carotènes sont responsables de la couleur orange de la carotte , qui a donné son nom à cette classe de produits chimiques, et des couleurs de nombreux autres fruits, légumes et champignons (par exemple, les patates douces , les chanterelles et le melon cantaloup orange ). Les carotènes sont également responsables des couleurs orangées (mais pas toutes jaunes) du feuillage sec. Ils confèrent également (à des concentrations plus faibles) la coloration jaune à la matière grasse du lait et au beurre. Les espèces animales omnivores qui convertissent relativement mal les caroténoïdes alimentaires colorés en rétinoïdes incolores ont une graisse corporelle de couleur jaunie, en raison de la rétention de caroténoïdes de la partie végétale de leur alimentation. La graisse de couleur jaune typique des humains et des poulets est le résultat du stockage des graisses des carotènes provenant de leur alimentation.
Les carotènes contribuent à la photosynthèse en transmettant l'énergie lumineuse qu'ils absorbent à la chlorophylle . Ils protègent également les tissus végétaux en aidant à absorber l'énergie de l'oxygène singulet , une forme excitée de la molécule d'oxygène O 2 qui se forme lors de la photosynthèse.
Le β-carotène est composé de deux groupes rétinyle et est décomposé dans la muqueuse de l' intestin grêle humain par la β-carotène 15,15'-monooxygénase en rétinal , une forme de vitamine A . Le β-carotène peut être stocké dans le foie et la graisse corporelle et converti en rétine au besoin, ce qui en fait une forme de vitamine A pour les humains et certains autres mammifères. Les carotènes α-carotène et γ-carotène , en raison de leur groupe rétinyle unique ( anneau β- ionone ), ont également une certaine activité de vitamine A (bien que inférieure à celle du β-carotène), tout comme le caroténoïde xanthophylle β- cryptoxanthine . Tous les autres caroténoïdes, y compris le lycopène , n'ont pas de cycle bêta et donc pas d' activité de vitamine A (bien qu'ils puissent avoir une activité antioxydante et donc une activité biologique d'autres manières).
Les espèces animales diffèrent grandement dans leur capacité à convertir le rétinyle (bêta- ionone ) contenant des caroténoïdes en rétinaux. Les carnivores en général sont de mauvais convertisseurs de caroténoïdes alimentaires contenant des ionones. Les carnivores purs tels que les furets manquent de β-carotène 15,15'-monooxygénase et ne peuvent convertir aucun caroténoïde en rétinal (ce qui fait que les carotènes ne sont pas une forme de vitamine A pour cette espèce); tandis que les chats peuvent convertir une trace de -carotène en rétinol, bien que la quantité soit totalement insuffisante pour répondre à leurs besoins quotidiens en rétinol.
Structure moleculaire
Chimiquement, les carotènes sont des hydrocarbures polyinsaturés contenant 40 atomes de carbone par molécule, un nombre variable d'atomes d'hydrogène et aucun autre élément. Certains carotènes sont terminés par des cycles hydrocarbonés, à l'une ou aux deux extrémités de la molécule. Tous sont colorés à l'œil humain, en raison de systèmes étendus de doubles liaisons conjuguées . Structurellement, les carotènes sont des tétraterpènes , ce qui signifie qu'ils sont synthétisés biochimiquement à partir de quatre unités de terpène à 10 carbones , qui à leur tour sont formées de huit unités d' isoprène à 5 carbones .
Les carotènes se trouvent dans les plantes sous deux formes principales désignées par des caractères de l' alphabet grec : l' alpha-carotène (α-carotène) et le bêta-carotène (β-carotène). Gamma- , delta- , epsilon- et zéta-carotène (γ, δ, ε, ζ et-carotène) existent également. Puisqu'ils sont des hydrocarbures, et ne contiennent donc pas d'oxygène, les carotènes sont liposolubles et insolubles dans l'eau (contrairement aux autres caroténoïdes , les xanthophylles , qui contiennent de l'oxygène et sont donc moins hydrophobes chimiquement).
Histoire
La découverte du carotène à partir du jus de carotte est attribuée à Heinrich Wilhelm Ferdinand Wackenroder , une découverte faite lors d'une recherche d' antihelminthiques , qu'il publia en 1831. Il l'obtint en petits flocons rouge rubis solubles dans l'éther, qui, dissous dans les graisses, donnèrent ' une belle couleur jaune'. William Christopher Zeise a reconnu sa nature hydrocarbonée en 1847, mais ses analyses lui ont donné une composition de C 5 H 8 . C'est Léon-Albert Arnaud qui en 1886 confirme son caractère hydrocarboné et donne la formule C 26 H 38 , qui est proche de la composition théorique de C 40 H 56 . Adolf Lieben dans des études, également publiées en 1886, sur la matière colorante des corps jaunes , a découvert pour la première fois des caroténoïdes dans les tissus animaux, mais n'a pas reconnu la nature du pigment. Johann Ludwig Wilhelm Thudichum , en 1868-1869, après un examen spectral stéréoscopique, a appliqué le terme « lutéine » ( lutéine ) à cette classe de substances cristallisables jaunes trouvées chez les animaux et les plantes. Richard Martin Willstätter , qui a remporté le prix Nobel de chimie en 1915, principalement pour ses travaux sur la chlorophylle , a attribué la composition de C 40 H 56 , en la distinguant de la xanthophylle similaire mais oxygénée , C 40 H 56 O 2 . Avec Heinrich Escher , en 1910, le lycopène a été isolé à partir de tomates et s'est avéré être un isomère du carotène. Des travaux ultérieurs d'Escher ont également différencié les pigments « lutéaux » du jaune d'œuf de ceux des carotènes du corps jaune de la vache.
Sources alimentaires
Les aliments suivants contiennent des carotènes en quantités notables :
L'absorption de ces aliments est améliorée s'ils sont consommés avec des graisses, car les carotènes sont liposolubles et si les aliments sont cuits pendant quelques minutes jusqu'à ce que la paroi cellulaire de la plante se sépare et que la couleur soit libérée dans n'importe quel liquide. 12 µg de β-carotène alimentaire fournissent l'équivalent de 1 µg de rétinol, et 24 µg de α-carotène ou de -cryptoxanthine fournissent l'équivalent de 1 µg de rétinol.
Formes de carotène
Les deux isomères primaires du carotène, le α-carotène et le β-carotène, diffèrent par la position d'une double liaison (et donc d'un hydrogène) dans le groupe cyclique à une extrémité (l'extrémité droite dans le diagramme à droite).
Le β-carotène est la forme la plus courante et peut être trouvé dans les fruits et légumes à feuilles jaunes , oranges et vertes . En règle générale , plus l'intensité de la couleur orangée du fruit ou du légume est élevée, plus il contient de β-carotène.
Le carotène protège les cellules végétales contre les effets destructeurs de la lumière ultraviolette. Le β-carotène est un antioxydant .
β-Carotène et physiologie
β-Carotène et cancer
Un article de l' American Cancer Society indique que la campagne de recherche sur le cancer a demandé des étiquettes de mise en garde sur les suppléments de β-carotène pour avertir les fumeurs que ces suppléments peuvent augmenter le risque de cancer du poumon.
Le New England Journal of Medicine a publié un article en 1994 sur un essai qui a examiné la relation entre la supplémentation quotidienne en β-carotène et en vitamine E (α-tocophérol) et l'incidence du cancer du poumon. L'étude a été réalisée à l'aide de suppléments et les chercheurs étaient conscients de la corrélation épidémiologique entre les fruits et légumes riches en caroténoïdes et les taux de cancer du poumon inférieurs. La recherche a conclu qu'aucune réduction du cancer du poumon n'a été trouvée chez les participants utilisant ces suppléments, et en outre, ces suppléments peuvent, en fait, avoir des effets nocifs.
Le Journal of the National Cancer Institute et le New England Journal of Medicine ont publié en 1996 des articles sur un essai visant à déterminer si la vitamine A (sous forme de palmitate de rétinyle ) et le β-carotène (à environ 30 mg/jour, ce qui est de 10 fois l' apport quotidien de référence ) les suppléments ont eu des effets bénéfiques pour prévenir le cancer. Les résultats indiquent une augmentation de risque de cancers du poumon et de la prostate pour les participants qui ont consommé le supplément β-carotène et qui avaient une irritation des poumons de fumer ou l' amiante exposition, ce qui provoque l'essai d'être arrêté plus tôt.
Une revue de tous les essais contrôlés randomisés dans la littérature scientifique par la Cochrane Collaboration publiée dans JAMA en 2007 a révélé que le β-carotène synthétique augmentait la mortalité de 1 à 8 % (Relative Risk 1,05, intervalle de confiance à 95 % 1,01-1,08). Cependant, cette méta-analyse comprenait deux grandes études sur les fumeurs, il n'est donc pas clair que les résultats s'appliquent à la population générale. La revue n'a étudié que l'influence des antioxydants synthétiques et les résultats ne doivent pas être traduits en effets potentiels des fruits et légumes.
β-Carotène et cognition
Un rapport récent a démontré que 50 mg de β-carotène tous les deux jours ont empêché le déclin cognitif dans une étude de plus de 4000 médecins à une durée moyenne de traitement de 18 ans.
β-Carotène et photosensibilité
Le β-carotène oral est prescrit aux personnes souffrant de protoporphyrie érythropoïétique . Cela leur procure un certain soulagement de la photosensibilité.
Caroténémie
La caroténémie ou l'hypercaroténémie est un excès de carotène, mais contrairement à l'excès de vitamine A, le carotène est non toxique. Bien que l'hypercaroténémie ne soit pas particulièrement dangereuse, elle peut conduire à un orangage de la peau (caroténodermie), mais pas de la conjonctive des yeux (la distinguant ainsi facilement visuellement de la jaunisse ). Il est le plus souvent associé à la consommation d'une abondance de carottes , mais il peut également être un signe médical de conditions plus dangereuses.
β-Carotène et nanotechnologie
Les molécules de β-carotène et de lycopène peuvent être encapsulées dans des nanotubes de carbone améliorant les propriétés optiques des nanotubes de carbone . Un transfert d'énergie efficace se produit entre le colorant encapsulé et le nanotube - la lumière est absorbée par le colorant et sans perte significative est transférée au nanotube de carbone à paroi unique (SWCNT). L'encapsulation augmente la stabilité chimique et thermique des molécules de carotène ; il permet également leur isolement et leur caractérisation individuelle.
Production
La majeure partie de l'approvisionnement mondial en carotène synthétique provient d'un complexe de fabrication situé à Freeport, au Texas et appartenant à DSM . L'autre grand fournisseur BASF utilise également un procédé chimique pour produire du β-carotène. Ensemble, ces fournisseurs représentent environ 85 % du β-carotène sur le marché. En Espagne, Vitatene produit du β-carotène naturel à partir du champignon Blakeslea trispora , tout comme le DSM, mais en quantité beaucoup plus faible que son opération de β-carotène synthétique. En Australie, le β-carotène biologique est produit par Aquacarotene Limited à partir d'algues marines séchées Dunaliella salina cultivées dans des étangs de récolte situés à Karratha, en Australie occidentale . BASF Australie produit également du β-carotène à partir de microalgues cultivées sur deux sites en Australie qui sont les plus grandes fermes d'algues au monde. Au Portugal , la société de biotechnologie industrielle Biotrend produit du β-carotène tout- trans naturel à partir d'une bactérie non génétiquement modifiée du genre Sphingomonas isolée du sol.
Les carotènes sont également présents dans l'huile de palme, le maïs et dans le lait des vaches laitières, ce qui rend le lait de vache jaune clair, selon l'alimentation du bétail, et la quantité de matières grasses dans le lait (laits riches en matières grasses, tels que celles produites par les vaches de Guernesey , ont tendance à être plus jaunes car leur teneur en matières grasses les fait contenir plus de carotène).
Les carotènes sont également présents dans certaines espèces de termites, où ils ont apparemment été prélevés dans le régime alimentaire des insectes.
Synthèse totale
Il existe actuellement deux méthodes couramment utilisées de synthèse totale de -carotène. Le premier a été développé par BASF et est basé sur la réaction de Wittig avec Wittig lui-même comme titulaire du brevet :
La seconde est une réaction de Grignard , élaborée par Hoffman-La Roche à partir de la synthèse originale d'Inhoffen et al. Ils sont tous les deux symétriques ; la synthèse BASF est C20 + C20, et la synthèse Hoffman-La Roche est C19 + C2 + C19.
Nomenclature
Les carotènes sont des caroténoïdes ne contenant pas d'oxygène. Les caroténoïdes contenant de l'oxygène sont appelés xanthophylles .
Les deux extrémités de la molécule de -carotène sont structurellement identiques et sont appelées anneaux . Plus précisément, le groupe de neuf atomes de carbone à chaque extrémité forme un cycle β.
La molécule de -carotène a un cycle à une extrémité; l'autre extrémité est appelée un anneau . Il n'y a pas de "anneau α".
Ces noms et des noms similaires pour les extrémités des molécules de caroténoïdes forment la base d'un schéma de nommage systématique, selon lequel :
- le α-carotène est le β,ε-carotène ;
- le β-carotène est le β,β-carotène ;
- le γ-carotène (avec un cycle β et une extrémité non cyclée marquée psi ) est le β,ψ-carotène ;
- le δ-carotène (avec un cycle ε et une extrémité non cyclée) est le ε,ψ-carotène ;
- Le ε-carotène est le ε,ε-carotène
- le lycopène est le ψ,ψ-carotène
Le ζ-carotène est le précurseur biosynthétique du neurosporène , qui est le précurseur du lycopène, qui, à son tour, est le précurseur des carotènes α à ε.
Additif alimentaire
Le carotène est également utilisé comme substance pour colorer des produits tels que les jus, les gâteaux, les desserts, le beurre et la margarine. Il est approuvé pour une utilisation en tant qu'additif alimentaire dans l'UE (répertorié comme additif E160a), en Australie et en Nouvelle-Zélande (répertorié comme 160a) et aux États-Unis.
Voir également
Les références
Liens externes
- Site Web sur le β-Carotène par Martha Evens, School of Chemistry , Université de Bristol
- Guide de bien-être Berkeley sur les compléments alimentaires
- β-Carotène sur le centre médical de l'Université du Maryland
- Carotène à la National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH) des États-Unis