Estudio sobre el betacaroteno antioxidante

El estrés oxidativo (OS) es un estado de desequilibrio en el cual lunproducción de especies reactivas del oxígeno (ROS) y el aclaramiento de los mecanismos protectores no pueden ser compensados [1]. Una cantidad adecuada de radicales libres ayuda a mantener las actividades normales de la vida en los animales, pero cuando el sistema de depuración endógeno no puede eliminar los radicales libres excesivos en el tiempo, se produce estrés oxidativo en el cuerpo [2]. El estrés oxidativo puede conducir a una disminución de la función inmune, inflamación crónica e incluso daño orgánico [3]. También puede afectar negativamente la producción y el rendimiento reproductivo, afectando seriamente la eficiencia económica. El betacaroteno es abundante en la naturaleza y tiene un valor de investigación extremadamente alto por su actividad biológica. Su función es similar unla de la vitamina A y es un precursor de la vitamina A [4].

Es abundante en frutas y verduras de color verde a rojo, y el producto puro es un hexaedro de color rojo oscuro brillante o una sustancia en polvo cristalina. Hasta la fecha, se handescubierto más de 600 carotenoides naturales. − -caroteno tiene buenas propiedades antioxidantes y es un buen aditivo antioxidante. Puede reducir el daño a los órganos causado por el estrés oxidativo mediante la inhibición de la oxidde los lípidos y la promoción de la celul's sistema de defensa antioxidante [5]. Este artículo describe principalmente la estructura, tipos, fuentes y metabolismo del beta-caroten, así como su mecanismo antioxidante de acción y aplicación en la producción de ganado y aves de corral.

1 estructura, tipos y fuentes de − -caroteno

1.1 estructura de − -caroteno

La fórmula molecular de− -carotenoEs C40 H56, celun peso molecular relativo de aproximadamente 537. Contiene 15 dobles enlaces insaturados conjugados y dos anillos − -ionona en ambos extremos. La estructura se muestra en la figura 1.

La estructura del caroteno contiene múltiples enlaces dobles conjugados, lo que le permite formar múltiples isómeros cis-trans, incluyendo all-trans − -caroteno, 9-cis − -caroteno, 13-cis − -caroteno y 15-cis − -caroteno. All-trans − -caroteno, 9-cis − -caroteno, 13-cis − -caroteno y 15-cis − -carotenselalgunos de los isómeros más comunes en la naturaleza, con All-trans − -carotenteniendo la biodisponibilidad más alta entre todos los isómeros [6].

1.2 tipos y fuentes de − -caroteno

El betacaroteno se puede dividir en tres categorías principales con base en su fuente: extracción natural, preparación química y biosíntesis [7]. La extracción de − -caroteno de plantas naturales fue uno de los primeros métodos de obtención de − -caroteno y jugó un papel clave en la extracción temprana de − -caroteno [8]. Natural β -caroteno se extrae principalmente de frutas y verduras como las zanahorias, y microalgas como Dunaliella.

La síntesis química de − -caroteno implica el uso de precursores con una estructura química similar al − -caroteno, y la síntesis de nuevo − -caroteno a través de múltiples reacciones químicas en condiciones adecuadas. La fórmula química del − -caroteno sintetizquímicamente es la misma que la del − -caroteno natural, es decir, la fórmula química del producto sintético es C40 H56, pero las estructuras de los dos no son necesariamente idénticas. Los carotenoides con diferentes estructuras tienen diferentes tasas de absorción, tasas de conversión y solubilidad en el cuerpo, y hay posibles efectos secundarios tóxicos desconocidos. Por lo tanto, la síntesis química del beta-carotenno ha sido ampliamente promovida [9]. El método de biosíntesis se utiliza principalmente para preparar beta-carotena a través de bacterias, levaduras y otros hongos, así como otras bacterias genéticamente modificadas, como el hongo filamentoso Blakeslea trispora [10] y bacterias genéticamente modificadas como Escherichia coli.

Para el − -caroteno, diferentes métodos de preparación pueden afectar el color, los isómeros, el tamaño de las partículas en la dispersión del agua y la microestructura del − -caroteno [11]. Los carotenoides naturales son más seguros y más eficaces durante su uso, pero presentan problemas como procesos complejos y baja actividad biológica; La estructura y el contenido de cada componente del − -carotenpreparado químicamente son diferentes de los de las sustancias naturales, y es inestable durante el proceso de síntesis, lo que conduce a una mayor inestabilidad funcional [12]; La biosíntesis de − -caroteno tiene las ventajas de un ciclo de producción corto y fácil cultivo, y se espera que la producción a gran escala de − -caroteno se puede lograr a través de la síntesis microbiana. Para una comparación detallada de los tres métodos de extracción, véase la tabla 1.

2 el mecanismo metabólico del − -caroteno

El betacaroteno también se conoce como provitamina A porque tiene la estructura de dos moléculas de vitamina A. Debido a la existencia de un mecanismo de regulación de retroalimentación negativa, el betacaroteno se convierte en vitamina a en el ganado y las aves de acuerdo a sus propias necesidades, evitando así eficazmente el problema de la acumulación excesiva de vitamina a en el ganado y las aves de corral [13].

La mayor parte del beta-carotenen los organismos vivos existe en forma de un complejo proteico. El intestino es el órgano principal para absorber y convertir − -caroteno en los mamíferos [14], mientras que el hígado es el órgano principal para almacenar − -caroteno en el ganado [15]. Actualmente hay dos mecanismos metabólicos conocidos para el beta-carotenen el cuerpo. Una de ellas es la reacción de escisión simétrica que ocurre bajo la acción de − -caroten-15,15' monooxigenasa (BCMO1), esta reacción es la principal vía para la conversión de − -caroteno A vitamina A; El otro es una reacción de escisión asimétrica mediada por − -caroteno-9',10' monooxigenasa (BCMO1). El BCM1 y el BCO2 se encuentran en las células del hígado y en las células epiteliales de la mucosa del cuerpo [14].

BCMO1 tiene un alto grado de selectividad para el enlace químico en el 15,15' Posición del carotenoide [16]. Su mecanismo de acción es romper el doble enlace en el 15,15' Posición del − -caroteno para formar dos moléculas de retinaldehído (RAL). El retinaldehído es luego oxidado a ácido retinoico (RA) por aldehído deshidrogenasa (ALDH1) o retinal deshidrogenasa (RALDH). El RA es uno de los metaboliprincipales que puede reflejar la actividad de la vitamina A [17]. Mientras tanto, el retinoaldehído también puede ser reducido a retinol por la alcohol deshidrogenasa (ADH) yla retinol deshidrogenasa (RDH), y parte de ella es esterificada a ácido retinoico por la ligasa de ácido retinoico (LRAT) yla hidrohidrolasa de ácido retinoico (REH) [14]. El mecanismo de acción del BCO2 es causar que el caroteno se rompen en enlaces dobles distintos de los 15,15' Doble enlace, produciendo − -ionona y apocaroten. Los apocarotense pueden convertir en moléculas de la retina, pero el mecanismo aún no está claro. El proceso metabólico del beta-carotenen el cuerpo se muestra en la figura 2 [18].

BCMO1 también tiene un mecanismo regulador único: regulación de retroalimentación negativa tejido-específica [19]. Cuando el cuerpo ingiexceso de − -caroteno o endógeno − -carotenexcede el alcance de su propio metabolismo, las células epiteliintestinales secretan una gran cantidad de RA. La RA se une al Receptor receptorde ácido retinoico (RAR) unido al elemento de respuesta ácido retinoespecífico (raro) en la región promotora del gen BCMO1, activando el factor de transcripción homeobox específico para intestino delgado (ISX) [20]. ISX suprime la expresión del gen BCMO1 [21], y también puede suprimir indirectamente la expresión del gen BCMO1 A través del receptor de lipoproteínas de alta densidad (SR-BI) [20,22], evitando la aparición de acumulación excesiva de vitamina A e intoxicación [23]. El proceso específico se muestra en la figura 3.

3 actividad antioxidante y mecanismo de acción del − -caroteno

Tiene un buen antioxidanteCapacidad, que puede reducir la producción de oxidlipíintracintracy aliviar el estrés oxidativo [24]. Se ha encontrado que el beta-caroten, como aditivo alimenticio, tiene un efecto significativo en las propiedades antioxidantes y anticancerígenas del ganado y las aves de corrAl.■ la estructura de doble enlace se une a los radicales libres, reduciendo su actividad o eliminándolos; − extinción del oxígeno singlete mediante transferencia de electrones; Promueve la expresión de ARNm Nrf2, que activa la expresión de Nrf2 y promueve la expresión de enzimas antioxidantes.

3.1 eliminación de radicales libres

El betacaroteno tiene la capacidad de eliminar radicales libres debido a sus múltiples enlaces dobles polienos conjugados, y es un calmideal de radicales libres [25]. El exceso de radicales libres en el cuerpo puede alterar el equilibrio del sistema redox [26], inducir estrés oxidativo en el cuerpo animal, dañar las membranas celulares, dañar las proteínas y el ADN, e inducir una serie de enfermedades [2]. En la actualidad, se han descubierto tres vías de reacción en las que − -caroteno elimina o reduce la actividad de los radicales libres: [27] − transferencia de átomo de hidrógeno (HAT), en la que el átomo de hidrógeno sobre − -caroteno se transfiere al radical libre, debilitando así el efecto oxidante del radical libre [28]; − reacción de adición de radicales (RAF), los carotenoides sufren directamente reacciones de adición con radicales libres para formar radicales libres muy estables [29-30]; Y − es el mecanismo de transferencia de electrones (ET), en el que el grupo hidroxilo se activa bajo la influencia de − -caroteno, promoviendo la transferencia de hidrógeno al peróxido radical [31]. Wang Ying et al. [32] extrajo-carotende de la fermentación de Trichophora brasiliensis y midió la tasa de eliminación de radicales libres. Los resultados mostraron que, a la misma temperatura, cuanto mayor es la concentración de beta-caroten, más fuerte es la actividad antioxidante de la sustancia añadi. Yuan Lei et al. [33] usaron el método DPPH, el método del ácido salicílico y el método de autoxidación de hidroquinona para determinar la capacidad de cuatro carotenoides similares pero diferentes para eliminar radicales libres. El análisis mostró que el beta-carotentiene la capacidad de reducir o eliminar los radicales libres.

3.2. Oxígeno singlete apagado

Se ha demostrado experimentalmente que una molécula de beta-carotenpuede eliminar más de 1.000 moléculas de oxígeno singlete [34]. Dado que el -caroteno es muy similar en estructura al licopeny tiene una disposición similar de los electrones exteriores, es posible que el -carotenpueda extinguel oxígeno singlete por transferencia de energía de intercambio de electrones, es decir, los electrones del -caroteny el oxígeno singlete intercambian con electrones del -carotencon direcciones de espín opuestas [35], pero esto no ha sido confirmado. Al observar la relación cuantitativa entre − -caroteno y oxígeno singlete en un solo complejo, es decir, una disminución de 1 a 2 − -caroteno en el complejo, y un aumento significativo en el número de oxígeno singlete, Telfer et al. concluyeron que el − -caroteno puede actuar como un extintor eficaz de oxígeno singlete [36].

3.3 promover la expresión de enzimas antioxidantes

El betacaroteno es un tipo de antioxidante no enzimen el cuerpo que puede promover el proceso por el cual las enzimas antioxidantes funcionan [37]. El Keap1-Nrf2-AREvía es una vía clave que se ha observado en los últimos años para resistir el estrés oxidativo en las células. Nrf2 actúa como un interruptor para activar esta vía de señalización [38]. La concentración de Nrf2 disminuye después de un período de estrés oxidativo en el cuerpo [39]. − -caroteno tiene un efecto upregulatorio en la expresión relativa del ARNm Nrf2. El mecanismo de acción del beta-carotencomo antioxidante puede ser para activar el Nrf2 "interruptor" aumentando así la expresión de genes de enzimas antioxidantes [40]. Rocha et al. [37] demostraron que el − -caroteno puede cambiar la actividad de enzimas antioxidantes como la glutationa-s-transferasa al analizar las nanodispersiones del − -caroteno. Sowmyaet al. [41] el aislado de − -caroteno a partir de espinacas − -caroteno puede ejercer un efecto antioxidante al observar la expresión de proteínas marcadores antioxidantes en las células de cáncer de mama (MCF-7), lo que explica aún más la actividad anticancerosa del − -caroteno.

4 aplicación de β -caroténe's propiedades antioxidantes en la producción ganady económica de animales

En la producción real, las propiedades antioxidantes del beta-carotense utilizan principalmente para mejorar la inmunidad animal, mejorar la calidad de la carne, mejorar el crecimiento y el rendimiento de producción, y aliviar el daño al pulmón y el tracto respiry el daño a otros órganos [42]. Además, el -carotenes no genotóxico y es reconocido como un aditivo alimenticio no tóxico, seguro y nutritivo. Cuando el ambiente externo cambia rápidamente o cuando los animales están en una condición fisiológica especial, como el embarazo, son propensos a una serie de reacciones de estrés como el estrés oxidativo. El estrés oxidativo puede hacer que el ganado y las aves de corral coman menos, tengan menos resistencia, induzcan diversas inflamaciones e incluso mueran, causando ciertas pérdidas económicas a la industria de la acuicultura. Zhang Xianglun et al. [43] agregó − -caroteno a la dieta del ganado de carne, y encontró que la capacidad antioxidante total, el contenido de glutatión y la actividad total de superóxido dismutasa en el suero del ganado de prueba se incrementsignificativamente, y el contenido de malondialdehído se redujo, lo que demostró que el − -carotencomo aditivo alimenticio puede mejorar significativamente la función antioxidante del ganado de carne. En el tratamiento de la queratitis infecciosa bovina, el efecto terapéutico puede ser significativamente mejorado complementando la dieta con forraje verde alto en caroten[44].

Se encontró que el pre-tratamiento de las células epiteliintestinales porcinas (IPEC-J2) con diferentes dosis de ≤ -caroten(25, 50, 100, 150, 200 β mol/L) estimuluna respuesta inflamatoria, con la mayor viabilidad celular y resistencia transmembrana en el grupo de tratamiento. Indicando que el -carotentiene el efecto especial de mejorar la comunicación entre las células intestinales y reducir el daño intestinal, y juega un papel en el mantenimiento de la salud intestinal del ganado y las aves de corral [45]. Las propiedades antioxidantes de β -caroteno, su capacidad para mejorar el cuerpo 's la inmunidad y fortalecer las uniones gap entre las células son una de las razones por las que el beta-carotenes ampliamente aceptado como un agente antitumoral. Estudios previos han demostrado que a medida que la concentración de -caroteno aumenta, la tasa de inhibide la peroxidlipíaumenta significativamente [46]. − -caroteno puede ser transformado para ser compatible con los lípidos en las membranas celulares, y puede apagar los radicales libres antes de que causen daño al cuerpo, jugando así un papel clave en la protección de los lípidos de membrana [41].

Bi Yulenet al. [47] agregdiferentes concentraciones de − -caroteno a la alimentación de bovinos de carne y midieron cuantitlas concentraciones de glutatión sérico (GSH) y malondialdehído sérico (MDA). Encontraron que a medida que el nivel de − -carotenañadido aument, los indicadores medidos mostraron cambios lineales y cuadráticos significativos, lo que demuestra que el − -carotenpuede afectar en gran medida la función antioxidante, cambiar los indicadores fisiológicos de la sangre y la calidad de la carne. Wang Bo [48] encontró que el -carotenpuede reducir significativamente el tiempo hasta el estro después del parto en vacas lecheras, promover el estro, aumentar la tasa de concepción, no sólo mejorar la calidad de la leche, sino también reducir la incidencia de la enfermedad de la ubre en las vacas lecheras. Elomda et al. [49] verificaron que el retinol, un producto de descomposición del beta-caroten, tiene la capacidad de promover el desarrollo embriondurante el cultivo in vitro de embriones de conejo.

5 resumen

Como provitamina a, − -carotenno sólo puede resistir la oxid, sino también mejorar el cuerpo#39;s regular el metabolismo glicolipídico, o ser utilizado como un agente colornatural en los aditivos alimentarios, que puede desempeñar un cierto papel en la prevención del cáncer. También desempeña un papel importante en el mantenimiento del crecimiento normal y la reproducción de ganado y aves de corral. La investigación sobre la absorción, el metabolismo y la actividad biológica del caroteno se ha convertido en un foco de investigación en esta etapa, y se han logrado resultados relativamente sobresalientes. Sin embargo, todavía hay muchas cuestiones que requieren más investigación y exploración, como la tecnología y los procedimientos para la síntesis artificial de -caroteno, el cultivo y la cría de cepas de levde -caroteno de alto rendimiento, etc. Además, la actividad biológica potencial del beta-caroteny y la cantidad a ser añadia la alimentación también necesitan ser exploradas más a fondo.

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