РАСПРОСТРАНЕНИЕ КАРОТИНОИДОВ В БАКТЕРИАЛЬНОМ, РАСТИТЕЛЬНОМ И ЖИВОТНОМ МИРЕ.

Высшие растения.

Фотосинтезирующие ткани. Все зеленые ткани высших растений содержат одни и те же каротиноиды, которые локализованы в хлоропластах. К ним принадлежат -каротин (2.3), лютеин (2.6), виолаксантин (2.8) и неоксантин [5,6-эпокси-6,7-дидегидро-5,6,5-6-тетрагидро--каротин-3,5,3-триол (2.32)]. Они часто содержатся в хлоропластах вместе с меньшими количествами а-каротина (2.4), зеаксантина (2.7), криптоксантина (2.28) и антераксантина [5,6-эпокси-5,6-дигидро-каротин-3,3-диола (2.33) ].

Каротиноиды локализованы в гранах хлоропластов в виде хромопротеинов. Некоторые хлоропластные каротиноиды могут присутствовать in vivo в различных формах в разных участках хлоропласта.

Нефотосинтезирующие ткани. Многие желтые цветки и оранжево-красные плоды обязаны своей окраской каротиноидам, которые обычно локализованы в хромопластных структурах. Желтые цветки, например у нарцисса и одуванчика, часто содержат большие количества каротиноидных эпоксидов, таких, как виолаксантин -(2.8), в то время как оранжевые (например, у абрикоса) и красные (например, у томата) плоды часто окрашены соответственно -каротином и ликопином или их простыми гидроксипроизводными.

В некоторых случаях пигментация обусловлена присутствием каротиноидов, которые вcтречаются только у одного или у очень небольшого числа видов. Так, цветки эшшольции калифорнийской (Eschscholtzia califarnica) содержат ретро-каротиноид эшшольцксантин (4,5-диде-гидро-4,5-ретро-каротин-3,3-диол (2.34), ягоды тисса (Taxus baccata) содержат ретро-каротиноидный кетон родоксантин (2.10), а знакомая нам окраска красного перца (Capsicum annuum) обусловлена циклопентановыми каротиноидами капсантином [3,3-дигидрокси-каротин-6-оном (2.35)] и капсорубином [3,3-дигидрокси-каротин-6,6-дионом (2.36)].

В цветках и плодах, а также в стареющих осенних листьях гидроксикаротиноиды обычно этерифицированы жирными кислотами (например, пальмитиновой кислотой).

Хотя в корнях каротиноиды обычно не встречаются, в корнях моркови (Dauctis carota) содержится большое количество - и а-каротина, и именно от моркови этот класс пигментов и. получил свое название.

Водоросли

Каротиноиды обычно содержатся в хлоропластах водорослей, в том числе и у обычных морских водорослей. Между хлоропластными каротиноидами разных классов водорослей наблюдаются значительные качественные различия, и поэтому состав каротиноидов учёные пытаются использовать для решения некоторых проблем в систематике и эволюции водорослей.

Каротиноиды иногда присутствуют также вне хлоропласта, например в пресноводной водоросли Euglena и в репродуктивных участках у колониальных видов, таких, как Ulva - зеленого "морского салата", обычно обнаруживаемого в прибрежных водах или в мелководье между скалами. Кетокаротиноиды, в том числе и астаксантин (2.9), могут накапливаться вне хлоропласта у некоторых зеленых водорослей (Chlorophyta) при неблагоприятных условиях культивирования, главным образом при недостатке минеральных веществ или азота.

Состав каротиноидов в хлоропластах зеленых водорослей обычно сходен с их составом в хлоропластах высших растений, что предполагает явную эволюционную связь. Большинство других классов водорослей образуют ацетиленовые или алленовые каротиноиды. Годовой природный синтез фукоксантина (2.37) -характерного каротиноида бурых морских водорослей (Phaeophyta) - оценивается в несколько миллионов тонн.

Примитивные прокариотические сине-зеленые водоросли, или бактерии (Cyanophyta, или Cyanobacteria), синтезируют каротин и несколько его простых гидрокси- и кетопроизводных, но многие виды также накапливают миксоксантофилл (2.38) и другие гликозиды каротиноидов, которые более типичны для нефотосинтезирующих бактерий.

Грибы

Большинство каротиногенных грибов накапливают только каротины, особенно -каротин и у-каротин; ксантофиллы являются редкостью. Очень немногие из макроскопических грибов, съедобных и ядовитых, окрашены каротиноидами. К ним относится съедобный гриб лисичка (Cantharellus cibarius), который окрашен в желтый цвет кантаксантином (2.27).

Красные дрожжи (Rhodotorula spp.) образуют характерную для них кароти-ноидную кислоту торулародин [3,4-дидегидро-каротин-16-карбоновую кислоту (2.39).

Бактерии

Если даже кратковременно экспонировать агаровую пластинку на открытом воздухе, то можно увидеть рост на ней микробных колоний, в том числе многих желтых, оранжевых и красных бактерий и дрожжей. Пигменты, обусловливающие их окраску, во многих случаях являются каротиноидами. И, хотя распространение каротиноидов у бактерий систематически не изучалось, все же можно сделать некоторые обобщения.

Нефотосинтезирующие бактерии. Каротиноиды, найденные у представителей многих классов и семейств нефотосинтезирующих бактерий, обычно локализованы в клеточных мембранах или в клеточной стенке. Часто биосинтез каротиноидов индуцируется светом. Многие виды накапливают простые каротиноиды, такие, как -каротин, у-каротин и их производные. Некоторые бактерии синтезируют С45- и С50-структуры. Так, характерным каротиноидом галофильных Halobacleria является ациклический C50-пигмент бактериоруберин (2.12), в то время как некоторые виды Flavobacteriutn, Sarcina и Corinebacterium, в том числе некоторые обычные загрязнители воздуха и растительные и животные патогены, содержат циклические С50-каротиноиды, такие, как декапреноксантин (2.11) и сарцинаксантин (2.40). Недавно у некоторых патогенных видов Streptococcus и Staphylococcus был обнаружен ряд С30-тритерпеноидных каротиноидов. И, хотя они названы "диапокаротиноидами", эти соединения, например диапонейроспорин (2.42), являются истинными тритерпеноидами, образующимися из фарнезилпирофосфата через С30-аналог фитоина. У нефотосинтезирующих бактерий обычно встречаются также гликозиды С30, C40- и С50-каротиноидов.

Фотосинтезирующие бактерии. Каротиноиды обнаружены у всех фотосинтезирующих бактерий, у которых они являются важными компонентами фотосинтетического аппарата. Пурпурные несерные бактерии (Rhodospirillaceae) характеризуются присутствием ациклических пигментов с третичными гидрокси- или метоксигруппами при С-1 атоме, примером чему служат спириллоксантин (2.43) из Rhodospiritlum rubrum и гидроксисфероидин (2.44) из Rhodopseudotnonas sphaeroides. В пурпурных и зеленых серных бактериях (Chromatiaceae и Chlorobiaceae) обычно содержатся ароматические каротиноиды, такие, как хлоробактин (2.45) и окенон (2.46).

Животные

Каротиноиды обусловливают окраску наружных покровов у многих животных, принадлежащих ко всем классам, кроме млекопитающих.

Позвоночные; млекопитающие. Хотя каротиноиды чрезвычайно важны для млекопитающих как предшественники витамина А и часто присутствуют в небольших количествах в печени и жировых тканях, не известно ни одного случая, когда бы эти соединения в сколько-нибудь заметной степени участвовали в формировании нормальной окраски наружных покровов у какого-либо вида млекопитающих. Правда, известны случаи, когда люди, в рацион питания которых входили в чрезмерно -большом количестве морковь или апельсины, обладали столь высокой подкожной концентрацией каротиноидов, что их кожа, особенно на ладонях и на ступнях, приобретала оранжевый оттенок.

Птицы. Самая обычная желтая окраска яичного желтка свидетельствует об универсальной важности каротиноидов для птиц. Кроме того, не является необычным окрашивание у них каротиноидами кожи и особенно оперения. Желто-красные перья у многих видов птиц пигментированы каротиноидами. В качестве наиболее известного примера можно привести розово-красноватую окраску перьев фламинго, обусловленную кетокаротиноидами, главным образом кантаксантином (2.27).

У многих птиц зеленая окраска перьев является результатом комбинации основной голубой структурной окраски и фоновой желтой, обусловленной каротиноидами.

Рыбы, амфибии и рептилии. Каротиноиды могут окрашивать кожу (например, у золотой рыбки) или мышцы (например, у лосося) рыб. У рыб чаще других встречаются такие каротиноиды, как астаксантин и его сложные эфиры. Обусловленная каротиноидами желтая окраска иногда встречается у амфибий и рептилий.

Насекомые. Каротиноиды ответственны за окраску некоторых желтых, оранжевых и красных насекомых. Хорошо известными примерами являются саранча Schistocerca (каротин), колорадский жук Leptinotarsa decemlineata (кантаксантин) и божья коровка Coccinella septempunctata, содержащая большое число каротинов, главным образом редко встречающийся .каротин (2.47) и родственные ему соединения, содержащие -у-кольцо.

Морские беспозвоночные. Обусловленная каротиноидами пигментация особенно характерна и важна почти для всех классов морских беспозвоночных. Типичными каротиноидами для них являются кетосоединения, такие, как кантаксантин и астаксантин. Иногда обнаруживают и другие необычные каротиноиды. У широко размножившихся в тропических морях окрашен-ных в разные цвета губок (Porifera) преобладают арильные каротиноиды, такие, как реньератин (2.48). Актиния (Actinia equina) -обычный обитатель скальных вод; окрашена в пурпурный цвет нор-каротиноидным эфиром актинио-эритрином (2.14).

У многих морских беспозвоночных преобладающий каротиноид присутствует не в свободной форме, а в виде комплекса с белком.

Каротиноиды и каротинопротеины чаще всего содержатся в эпидермисе или в панцире беспозвоночных животных, а также в репродуктивных органах и яйцах. Их значение и присутствие в последних остается не выясненным феноменом.

ЛИТЕРАТУРА.

Britton G. (1976). Biosynthesis of carotenoids. In: Chemistry and biochemistry o! plant pigments, 2nd edition, vol. 1, ed. T. W. Goodwin, p. 262, London, New York and San Francisco, Academic Press.

Britton G. (1979). Carotenoids and polyterpenoids. In: Specialist Periodical Reports: Terpenoids and steroids, vol. 9, ed. J. R. Hanson, p. 218, London, The Chemical Society.

Britton G., Goodwin T. W. (1981). Biosynthesis of carotenoids, Methods Enzymol., 180, 654.

Checsman D. F., Lee W. L., Zagalsky P. F. (1967). Carolenoproteins in invertebrates, Biol. Rev., 42, 131.

Dames В. Н. (1976). Carotenoids. In: Chemistry and biochemistry of plant pigments, 2nd edition, vol. 2, ed. T. W. Goodwin, p. 38, London, New York and San Francisco, Academic Press.

Fox D. L. (1953). Animal biochromes and structural colours. Cambridge University Press.

Goodwin T. W. (1952). The comparative biochemistry of carotenoids, London, Chapman and Hall.

Goodwin T. W. (1976). Distribution of carotenoids. In: Chemistry and biochemistry of plant pigments, 2nd edition, vol. 1, ed. T. W. Goodwin, p. 225, London, New York and San Francisco, Academic Press.

Goodwin T. W. (1980). The comparative biochemistry of the carotenoids, 2nd Edition, vol. 1, London, Chapman and Hall. (Vol. 2, in press.)

Isler 0. (ed.) (1971). Carotenoids, Basel and Stuttgart, Birkhauser-Verlag.

Karrer P., Sucker E. (1950). Carotenoids (trans. E. A. Braude), Amsterdam, Elsevier.

Lee W. L. (1977). Carotenoproteins in animal coloration, Stroudsberg, USA, Dowdcn, Hutchinson and Ross.

Liaaen-Jensen S., Jensen A. (1965). Recent Progress in carotenoid chemistry, Prog. Chem. Fats other Lipids, 8, 129.

Moss G. P., Weedon В. С. L. (1976). Chemistry of the carotenoids. In: Chemistry and biochemistry of plant pigments, 2nd edition, vol. 1, ed. T. W. Goodwin, p. 149, London, New York and San Fancisco, Academic Press.

Peto R., Doll R., Buckley J. E., Sporn M. B. (1981). Can dietary bets-carotene materially reduce human cancer rates? Nature, 290, 201.

Plenary and Session Lectures, First International Symposium on Carotenoids other than vitamin A 1966(1967), Pure Applied Chem., 14, 227. Also published as Carotenoids other than vitamin A-L, London, Butterworth.