Каротиноиды представляют собой наиболее многочисленную и широко распространенную группу микробных пигментов. Их образуют все фототрофные бактерии и представители некоторых семейств не фотосинтезирующих бактерий (Mucoraceae, Choanephoraceae и т. д.), дрожжей (Criptococaceae) и актиномицеты (Actinomycetaceae). Название «каротиноиды» было дано этой группе пигментов в 1911 году русским ученым Цветком.
Каротиноиды, равно как и изомеры каротина, принадлежат к полиеновым природным красящим веществам. Их молекулы построены по аналогичному с каротином структурному принципу – циклы или псевдоциклы соединены алифатической группировкой из изопреновых остатков. Между каротином и каротиноидами существует, также и определенная генетическая связь.
Следует отметить, что некоторые растительные продукты накапливают в себе, наряду с каротином, преимущественные количества какого-либо или нескольких каротиноидов (например: ликопин в томатах, криптоксантин в желтой кукурузе и др.). Количество различных каротиноидов, образующихся в органах растений, может быть чрезвычайно разнообразно и насчитывает иногда несколько десятков отдельных представителей. Каротиноиды в настоящее время еще далеко не полностью изучены. Более менее точные данные о строении и свойствах известны лишь для основных пигментов данной группы. Из каротиноидов углеводородного характера известен один ликопин, широко распространенный в природе (томаты, некоторые фрукты и ягоды), По своей структуре он отличается от бета-каротина наличием на концах молекулы не бета-ионных циклов, а псевдоионновых.
Наиболее распространенным и известным представителем каротиноидов является бета-каротин, выделенный в 1936 году в виде химически чистого соединения из гриба Phycomyces blakesleeanus. Через 14 лет в трех независимых исследованиях было совершено химический синтез бета-каротина. Сверхсинтетиками каротина в настоящее время являются гетероталичные грибы Blakeslea trispora и Chonephoraceae cucurbitarum. Все каротиноиды делятся на 2 группы:
- Каротины.
- Ксантофил (производные каротинов, которые содержат кислород).
Молекулярная масса бета-каротина равен 536,86; Температура плавления-181-1830С. Бета-каротин содержится в хромопластах зеленых растений и участвует в фотосинтезе, обусловливает окраску многих плодов и цветов. Этот пигмент обнаружен в фото- и нефотосинтезирующих бактериях, у некоторых видов грибов и животных всех классов. У млекопитающих он принимает участие в окрашивании внешних покровов, выполняет другие важные функции.
Бета-каротин синтезируется только растениям и микроорганизмами, животные должны получать его с пищей. Физиологические функции бета-каротина обусловлены его способностью поглощать свет и присоединять свободные радикалы. Широкое использование бета-каротина обусловлено тем, что при его распаде образуется 2 молекулы витамина А, а другие каротиноиды дают только 1 молекулу витамина.
Провитаминная функция бета-каротина основана на его способности под действием бета -, 1,5 — диоксигеназы превращаться в ретиналь. Этот фермент катализирует в клетках кишечника окислительное расщепление бета-каротина на две молекулы ретиналя, которые благодаря действию цинк зависимой ретинолдегидрогеназы и НАД*Н превращаются в ретинол – основную метаболическую форму витамина А.
Значение монооксигеназного пути окисления бета-каротина заключается в том, что апокаротиновые кислоты, при стимуляции роста животных, не накапливается в них в организме. Каротиноиды, обладая относительно высокой биологической активностью, вызывают незначительное накопление витамина А в печени, поэтому гипервитаминоз не развивается.