Loading...

(מאמר דעה) שלכת | הקרוטנואידים בשירות הצומח והאדם

admin

הקרוטנואידים מהווים קבוצה גדולה של פיגמנטים צמחיים בצבעי צהוב, כתום ואדום, וניתן למצוא אותם בכל חלקי הצמח; שורש, גבעול, עלים, פרחים ופירות. בתוך התאים, הם מצויים בקרומי הפלסטידות, אותם אברוני תא המוקפים בקרום כפול, והכוללים כלורופלסטידות בהם מתבצע תהליך הפוטוסינתזה וכרומופלסטידות שהינם אברוני הצבע שבפרחים ובפירות.

עד היום זוהו לפחות 600 קרוטנואידים מסיסי שומן, ולכולם מבנה כימי בסיסי משותף הכולל שרשרת פחמימנית ארוכה המורכבת מ- 40 אטומי פחמן לפחות. הקרוטנואידים המפורסמים ביותר הינם ביתא-קרוטן וליקופן. הביתא-קרוטן מקנה את הצבע הכתום לגזר, לבטטה ולירקות כתומים אחרים, והליקופן מעניק לעגבנייה את צבעה האדום. גם בבעלי חיים דוגמת דגים, סרטנים וציפורים (פלמינגו) מצויים הקרוטנואידים כמרכיבים המעניקים צבעים לרקמות השונות.

התפקיד העיקרי של הקרוטנואידים בצמחים אינו רק ליצור רקמות בעלות צבע בפרחים (על מנת למשוך חרקים מאביקים) או בפירות (על מנת למשוך בעלי חיים מפיצי זרעים) אלא דווקא בהיותם חלק מהקומפלקסים הביוכימיים בכלורופלסטים שתפקידם לקלוט אור. תפקיד זה חיוני לתפקוד יעיל ותקין של התהליך החשוב ביותר בעולם הצמחים, הלא הוא הפוטוסינתזה.

למולקולות הקרוטנואידיות יש קשרים כפולים מצומדים רבים, וקשרים אלה מאפשרים בליעת אור. הקרוטנואידים, הצמודים לקרומי הכלורופלסט, מהווים למעשה חלק ממבנה המכונה אנטנה. תפקיד האנטנה הוא קליטת אנרגית אור ותיעולה למרכז הריאקציה, שם נמצא הכלורופיל. לאחר שהכלורופיל מעורר ע"י האור, הוא הופך למחמצן חזק ביותר (חזק אפילו יותר מהמים, שנחשבים לאחד המחמצנים החזקים ביותר בטבע). תהליך זה גורם למים להתפרק ולחזר את הכלורופיל שעבר עירור. הפיכתם של המים למחזרים הינו תהליך מאוד יוצא דופן בטבע, והדבר מתאפשר רק בצמחים ובחיידקים מסוימים במהלך הפוטוסינתזה ובעקבות עירור הכלורופיל ע"י האור. פירוק המים בתהליך זה הוא שמאפשר את המשך ההמרה של אנרגית האור לאנרגיה כימית, יצירה של חומרים אורגניים בעלי אנרגיה גבוהה (מזון) וכמובן פליטת חמצן (שמקורו במים שהתפרקו) לאטמוספירה.

בתהליך הפוטוסינתזה, יש לקרוטנואידים שני תפקידים חיוניים; מחד, הם קולטים עודפי אור בעוצמות גבוהות, הופכים אותו לחום ובכך שומרים על מולקולות הכלורופיל מפני חמצון; זהו מעין אפקט של מיסוך המגן למעשה לא רק על הכלורופיל אלא גם על חלבוני התא, על קרומי התא ועל המולקולות שלו. מאידך, הם משמשים כפיגמנטים המסייעים לכלורופיל; הם מסוגלים לאגור אנרגית אור עודפת ולהעבירה בעת הצורך למולקולות הכלורופיל. באופן זה הם משפרים באופן ניכר את יעילות תהליך האור של הפוטוסינתזה ומאפשרים ניצול רב בהרבה של האנרגיה המתניעה ומניעה את התהליך. יש לציין שהקרוטנואידים בעצמם אינם יכולים לתפוס את מקום הכלורופיל בתרגום אנרגיית האור לתהליכי חמצון\חיזור, אלא רק לסייע לו. הקרוטנואידים יותר יציבים מהכלורופיל, המתפרק בקלות ונבנה כל הזמן מחדש. אנו רואים זאת בתופעת השלכת, בה הכלורופיל מתפרק, הצבע הירוק נעלם, והעלה נותר עם צבעי האדום\כתום\צהוב המרהיבים שהוסתרו ושמקורם בקרוטנואידים.

הבליעה של הקרוטן היא באורכי הגל השונים מאלו של הכלורופיל; בליעה של הירוק\כחול והכחול בהיר, כפי שניתן לראות בעקומת הבליעה.

קרוטנואידים לעומת כלורופיל
עקומת הבליעה של קרוטנואידים לעומת כלורופיל

מבנה מולקולרי של קרוטנואידים ידועים
מבנה מולקולרי של קרוטנואידים ידועים

לצבע המזון ולטעמו חשיבות כלכלית רבה. צבעם של פירות וירקות קובע את איכותם ומשפיע על האטרקטיביות שלהם ועל מחירם. לרוב אנו מצפים שמזוננו יהיה בצבע מסוים אליו אנחנו רגילים; מיץ עגבניות – אדום, מיץ תפוזים –בצהוב או כתום, מיץ ענבים – סגול, משקה תות שדה או דובדבנים – אדום. קיים קשר מובהק בין צבע הפרי לטעמו. תהליך צבירת הצבע בפירות הינו חלק מתהליך הבשלת הפרי והוא מתרחש תוך כדי פירוק הטאנינים ביחד עם צבירת הסוכרים והחומצות אשר הינם מרכיבי טעם מרכזיים בפירות השונים. כאן, אולי, זהו המקום להזכיר כי בהיותם נמנים על הטרפנים, הקרוטנואידים מקורבים מבנית למונוטרפנים ולססקוויטרפנים אשר הינם אלה אשר מקנים ארומה לצמחי תבלין, לפירות ולפרחים רבים. המונוטרפנים הינן תרכובות בעלות 10 פחמנים (שתי יחידות של איזופנטאן), עליהן נמנים המנתול המקנה את הריח המיוחד למיני הנענע; התימול השכיח במינים רבים של צמחים שפתניים; הצינאול בעל ארומת האקליפטוס; הגרניול בעל ניחוח הוורדים ועוד. על הססקוויטרפנים, שהינם תרכובות הבנויות מ-3 יחידות איזופנטאן (15 פחמנים), נמנים הנוטקטון בעל ריח האשכוליות הטיפוסי והנרולידול אשר הינו רכיב חשוב בארומה של פרחים.

 

תפקידי הקרוטנואידים בתזונת האדם ובמניעת מחלות

עד סוף המאה הקודמת היה ידוע שהקרוטנואידים מהווים מקור לפרו-וויטמין A (חומר המוצא לוויטמין A בגוף האדם). המקורות למרכיב זה הינם אלפא-קרוטן, ביתא-קרוטן, גאמא-קרוטן, ביתא-קריפטוקסנטין וביתא – זאקרוטן. לליקופן אין תכונות של פרו-ויטמין A. בשנים האחרונות מצטבר מידע רב המלמד שיש לקרוטנואידים חשיבות נוספת בתזונת האדם, באשר מיוחסת להם פעילות נוגדת חמצון משמעותית וכיום כבר ברור שנוכחות קרוטנואידים במזון מעלה את ערכו התזונתי והבריאותי.

המבנה המולקולארי של הקרוטנואידים מאפשר להם ללכוד מולקולות של רדיקלים חופשיים הנוצרות בתהליכים מטבוליים בגוף וכאלו המגיעות מבחוץ. בכך, הם מהווים את אחד המקורות החשובים ביותר של נוגדי חמצון בתזונה אשר משפרים את התמודדות הגוף כנגד מחלות דוגמת מחלות לב, מחלות אוטו-אימוניות, כשלים חיסוניים, ניוון רשתית העין וכמובן מחלות ממאירות. ליקופן למשל, בנוסף להיותו נוגד חמצון, נמצא כבעל השפעה מיטיבה במקרים של יתר לחץ דם, וכן נמצאה במחקרים רבים יעילותו במניעת התפתחות מחלות ממאירות שונות ובמיוחד סרטן הערמונית. מחקרים אפידמיולוגיים, עבודות בתרביות רקמה ואף מחקרים קליניים תומכים כולם בכך שיש לקרוטנואידים פעילות משמעותית במניעת מחלות כרוניות דוגמת אלה הנזכרות וכן גם בסוכרת ואוסטיאופורוזיס. בנוסף לפעילות נוגדת החמצון שלהם ולפעילותם המשפרת את תפקוד מערכת החיסון, נמצא שיש לקרוטנואידים יכולת לשפר את התקשורת הבין תאית ובכך למנוע מצבים של בקרה תאית לקויה וגידול יתר של תאים; מצבים המובילים להתפתחות גידולים ממאירים. מחקרים מצאו גם השפעה חיובית שיש לקרוטנואידים על פוריות האישה.

כאמור, הבסיס לצבעוניות של הקרוטנואידים ולפעילות נוגדת החמצון שלהם הינה המבנה המולקולארי שלהם; הקשרים הכפולים והמצומדים הרבים שבמולקולה. חמצון הקרוטנואידים, באותם אתרים של קשרים כפולים, מביא ליצירה של חומצות וכהלים שונים אשר לרבים מהם זוהתה פעילות אנטי סרטנית במגוון מנגנונים. אחת הפעילויות שנמצאה היא עיכוב ריבוי בלתי מבוקר של תאים. פעילות אנטי סרטנית נוספת שנמצאה הינה בויסות והסדרה של מערכות שעתוק שונות, אשר הינן בעלות חשיבות עבור התהליך הממאיר. מערכות אלו כוללות רצפטורים גרעיניים המשופעלים ע"י ליגנדים, לדוגמא רצפטור לאסטרוגן והפקטור הגרעיני קאפא B. מכאן שהקרוטנואידים המגיעים ממזון וצמחי מרפא הינם בעלי מספר תפקידים במערכות בקרה שונות, ולהם חשיבות גדולה במניעת מחלות ממאירות ומחלות נוספות כגון אוסטיאופורוזיס, מחלות לב, אלצהיימר, לחץ דם גבוה ועקרות זכרית; כל אלה מחלות המראות קשר למצבים חמצוניים של התאים.

כשם שהקרוטנואידים מהווים מיסוך לקרינת שמש עודפת בצמחים, נמצא שלוטאין וזיאקסנטין, בהיותם חלק מהפיגמנטים המרכיבים את רשתית העין, מגנים על העיניים ועל הראיה בכך שהם סופחים את אורכי הגל הכחולים המזיקים לעין. נמצאו עדויות לכך שהלוטאין והזאקסנטין יכולים להגן בפני ניוון רשתית (AMD), מחלה הנפוצה למדי בגיל השלישי והמואצת ע"י קרינת השמש. לא נמצאו תופעות לוואי לצריכת יתר של קרוטנואידים אצל אנשים בריאים, אם כי מחקר מסוים מצא עליה בתחלואה בסרטן הריאות אצל מעשנים כבדים או אנשים שהיו חשופים לאסבסט והיו בעלי צריכת קרוטנואידים גבוהה.

מקורות המזון העיקריים לאספקת קרוטנואידים הינם; מן החי - חלמון הביצה כמקור ללוטאין וזיאקסנטין ומהצומח - גזר, בטטה, תרד, כרוב, פאפאיה, פלפלים צבעוניים ועגבניות. יש להעדיף אכילתם טריים או מאודים קלות.

תפקידי הקרוטנואידים ברפואת האדם

בנוסף לפעילות המניעתית החשובה של הקרוטנואידים, מיוחסות להם פעילויות ריפוי שונות ושיפור במצבי מחלה. צמחי רפואה רבים מכילים קרוטנואידים המהווים חלק ממאגר חומרי הרפואה שלהם. ניתן למצוא קרוטנואידים בקבוצה גדולה של צמחים בעלי פעילות נוגדת דלקת מובהקת או פעילות אנטי סרטנית. להלן דוגמאות מייצגות לצמחים שכאלה:

Tabebuia impetiginosa (לאפאשו), Phytolacca spp (פיטולקה), Camellia sinensis (תה ירוק), Larrea Mexicana (צ'פארל), Calendula Officinalis (ציפורני החתול),Curcuma longa (כורכום), Capsicum spp (פלפלת), Taraxacum officinalis (שינן רפואי), Centella asiatica (ספלילה),  Solanum dulcamara (סולנום עדין). צפוי כמובן למצוא את הקרוטנואידים בחלקי צמח צבעוניים המהווים מקור לחומרי מרפא דוגמת פירות (Citrus reticulate - קליפת מנדרינה), פרחים
(Calendula Officinalis - ציפורני החתול) ונוף הצמח הססגוני (Tussilago farfara- פרפרה).

בין הצמחים נוגדי החמצון המובהקים המכילים קרוטנואידים נמצאים Cynara scolymus (קנרס תרבותי), Larrea mexicana (צ'פארל) ו- Rubus idaeus (פטל אדום). קרוטנואידים נמצאים גם בצמחי מרפא דגניים כגון Zea mays (זקן תירס) ו- Avena sativa (שיבולת שועל). וכן באצות Fucus vesiculosus (אצה חומית) ו- Laminaria spp (למינריה) השייכות שתיהן לקבוצת האצות החומיות.

סוף דבר

קבוצת הקרוטנואידים הינה קבוצת מטבוליטים צמחיים משניים בעלת תפקידים חיוניים ביותר בתהליכי חיים שונים בחיי הצמחים. הם מהווים מרכיב חשוב בתזונת האדם, כמקור לויטמין A וכמקור למולקולות המשתתפות במניעת מחלות שונות ובריפוין.

מאמרים נוספים בנושא:

1.Sharoni, Y.et al., Carotenoids and apocarotenoids in cellular signaling related to cancer: A review, Mol Nutr Food Res. 2012:56(2) 256-259


2.Bartley, G.E. and Scolnik, P.A., Plant Carotenoids: Pigments for photoprotection, Visual Attraction and Human Health, The Plant Cell, 1995 Vol. 7, 1027-1038.


3.קיים בסיס כימי לקשר בין צבע לארומה בעגבנייה ובאבטיח. מאמר מאת א. לוינסון, י. תדמור, מרכז מחקר נווה יער, מינהל המחקר החקלאי, 2002.


4.Mozaffarieh, M., Sacu, S. and Wedrich, A., The role of the carotenoids, lutein and zeaxanthin, in protecting against age-related macular degeneration: A review based on controversial evidence, Nutrition Journal 2003, 2:20.


5.Rao, A.V. and Rao, L.G., Carotenoids and Human Health, Review, Pharmacological Research 2007, 66:207-216.

לכל המאמרים