Étude sur l’antioxydant bêta-carotène

Le stress oxydatif (OS) est un étÀ propos dede déséquilibre dans lequel lA aproductiSur led’espèces réactives d’oxygène (ROS) et le dégagement des mécanismes de protectiSur lene peuvent être compensés [1]. Une quantité appropriée de radicaux libres aide à maintenir les activités normales de la vie chez les animaux, mais lorsque le système de clairance endogène ne peut éliminer les radicaux libres excessifs à temps, le stress oxydatif se produit dans le corps [2]. Le stress oxydatif peut entraîner une diminution de la fonction immunitaire, une inflammation chronique et même des lésions aux organes [3] [traduction]. Elle peut également nuire à la production et à la performance de reproduction, ce qui nuit gravement à l’efficacité économique. Le bêta-carotène est abondant dans la nature eta une valeur de recherche extrêmement élevée pour son activité biologique. Sa fonction est similaire à celle de la vitamine A Aet c’est un précurseur de la vitamine A [4] [traduction].

Il est abondant dans les fruits et légumes verts à rouges, et le produit pur est un hexaèdre rouge foncé brillant ou une substance poudreuse cristalline. À ce jour, plus de 600 caroténoïdes naturels ont été découverts. Le β-carotène a de bonnes propriétés antioxydantes et est un bon additif antioxydant. Il peut réduire les dommages d’organe causés par le stress oxydatif en inhibant l’oxydation des lipides et en favorisant la cellule et#39; L lsystème de défense antioxydante [5]. Cet article décrit principalement la structure, les types, les sources et le métabolisme du β-carotène, ainsi que son mécanisme d’action antioxydant et son application dans la production de bétail et de volaille.

1 Structure, types et sources de β-carotène

1.1 Structure du β-carotène

La formule moléculaire deβ-carotèneEst C40 H56, avec un poids moléculaire relatif d’environ 537. Il contient 15 doubles liaisons insaturées conjuguées et deux anneaux β-ionone aux deux extrémités. La structure est représentée à la Figure 1.

La structure du carotène contient de multiples liaisons doubles conjuguées, ce qui lui permet de former de multiples isomères cis-trans, y compris le β-carotène all-trans, le 9-cis β-carotène, le 13-cis β-carotène et le 15-cis β-carotène. Le β-carotène All-trans, le β-carotène 9-cis, le β-carotène 13-cis et le β-carotène 15-cis sont quelques-uns des isomères les plus courants dans la nature, le β-carotène All-trans ayant la biodisponibilité la plus élevée parmi tous les isomères [6].

1.2 Types et sources de β-carotène

Le bêta-carotène peut être divisé en trois catégories principales selon sa source: l’extraction naturelle, la préparation chimique et la biosynthèse [7] [traduction]. L’extraction du β-carotène des plantes naturelles a été l’une des premières méthodes d’obtention du β-carotène et a joué un rôle clé dans l’extraction précoce du β-carotène [8] [traduction]. Le β-carotène naturel est principalement extrait des fruits et légumes comme les carottes, et des microalgues comme la Dunaliella.

La synthèse chimique du β-carotène implique l’utilisation de précurseurs ayant une structure chimique similaire au β-carotène, et la synthèse du nouveau β-carotène par de multiples réactions chimiques dans des conditions appropriées. La formule chimique du β-carotène synthétisé chimiquement est la même que celle du β-carotène naturel, c’est-à-dire que la formule chimique du produit synthétique est C40 H56, mais les structures des deux ne sont pas nécessairement identiques. Les caroténoïdes avec des structures différentes ont différents taux d’absorption, taux de conversion, et la solubilité dans le corps, et il ya des effets secondaires toxiques potentiels inconnus. Par conséquent, la synthèse chimique du β-carotène n’a pas été largement promue [9] [traduction]. La méthode de biosynthèse est principalement utilisée pour préparer le β-carotène à travers des bactéries, des levures et d’autres champignons, ainsi que d’autres bactéries génétiquement modifiées, comme le champignon filamenteux Blakeslea trispora [10] [traduction] et des bactéries génétiquement modifiées comme Escherichia coli.

Pour le β-carotène, différentes méthodes de préparation peuvent influer sur la couleur, les isomères, la taille des particules dans la dispersion de l’eau et la microstructure du β-carotène [11]. Les caroténoïdes naturels sont plus sûrs et plus efficaces lors de leur utilisation, mais ils ont des problèmes tels que des processus complexes et une faible activité biologique; La structure et le contenu de chaque composant du β-carotène préparé chimiquement sont différents de ceux des substances naturelles, et il est instable pendant le processus de synthèse, ce qui conduit à une plus grande instabilité fonctionnelle [12]; La biosynthèse du β-carotène présente les avantages d’un cycle de production court et d’une culture facile, et on s’attend à ce que la production à grande échelle de β-carotène puisse être obtenue par synthèse microbienne. Pour une comparaison détaillée des trois méthodes d’extraction, voir le tableau 1.

2 le mécanisme métabolique du β-carotène

Le bêta-carotène est également connu sous le nom de provitamine A parce qu’il A la structure de deux molécules de vitamine A. En raison de l’existence d’un mécanisme de régulation de rétroaction négative, le bêta-carotène est converti en vitamine a chez le bétail et la volaille en fonction de leurs propres besoins, évitant ainsi efficacement le problème de l’accumulation excessive de vitamine a chez le bétail et la volaille [13].

La majeure partie du β-carotène présent dans les organismes vivants se présente sous la forme d’un complexe protéique. L’intestdansest le principal organe pour absorber et convertir le β-carotène chez les mammifères [14], tandis que le foie est le principal organe pour stocker le β-carotène chez le bétail [15]. Il existe actuellement deux mécanismes métaboliques connus pour le β-carotène dans le corps. L’une est la réaction de clivage symétrique qui se produit sous l’action du β-carotène 15,15' -monooxygénase (BCMO1), cette réaction est la principale voie de conversion du β-carotène en vitamine A; L’autre est une réaction de clivage asymétrique médiée par le β-carotène 9',10' -monooxygénase (BCMO1). Le BCM1 et le BCO2 sont présents dans les cellules du foie et les cellules épithéliales muqueuses du corps [14].

BCMO1 a un degré élevé de sélectivité pour la liaison chimique au 15,15' Position du caroténoïde [16]. Son mécanisme d’action est de briser la double liaison au 15,15' Position du β-carotène pour former deux molécules de rétinaldéhyde (RAL). Le rétinaldéhyde est ensuite oxydé en acide rétinoïque (RA) par l’aldéhyde déshydrogénase (ALDH1) ou la rétine déshydrogénase (RALDH). Le Pr Est l’un des métabolites clés qui peuvent refléter l’activité de la vitamine A [17]. Pendant ce temps, le rétinoaldéhyde peut également être réduit en rétinol par l’alcool déshydrogénase (ADH) et le rétinol déshydrogénase (RDH), et une partie de celui-ci est estérifiée en acide rétinoïque par la ligase de l’acide rétinoïque (LRAT) et l’hydroxylase de l’acide rétinoïque (REH) [14]. Le mécanisme d’action du BCO2 est de provoquer la rupture du β-carotène à des liaisons doubles autres que le 15,15' Double liaison, produisant β-ionone et apocaroténoïdes. Les apocaroténoïdes peuvent être convertis en molécules rétiniennes, mais le mécanisme n’est pas encore clair. Le processus métabolique du β-carotène dans le corps est illustré à la Figure 2 [18].

La BCMO1 possède également un mécanisme de régulation unique: la régulation de la rétroaction négative propre aux tissus [19]. Lorsque le corps ingère un excès de β-carotène ou que le β-carotène endogène dépasse la portée de son propre métabolisme, les cellules épithéliales intestinales sécrètent une grande quantité de RA. La polyarthrite rabique se lie au récepteur de l’acide rétinoïque (RAR) lié à l’élément de réponse spécifique de l’acide rétinoïque (RARE) dans la région promotrice du gène BCMO1, activant le facteur de transcription homeobox (ISX) spécifique de l’intestin petit [20]. ISX supprime l’expression du gène BCMO1 [21], et peut également indirectement supprimer l’expression du gène BCMO1 par le récepteur de la lipoprotéine de haute densité (SR-BI) [20, 22], empêchant l’apparition d’une accumulation excessive de vitamine A et d’empoisonnement [23]. Le procédé spécifique est représenté à la Figure 3.

3 activité antioxydante et mécanisme d’action du β-carotène

β-carotène a un bon antioxydantCapacité, qui peut réduire la production d’oxydation lipidique intracellulaire et soulager le stress oxydatif [24]. Il a été constaté que le β-carotène, en tant qu’additif alimentaire, a un effet significatif sur les propriétés antioxydantes et anticancéreuses du bétail et de la volaille. Le stade actuel de la recherche a révélé que le mécanisme antioxydant du β-carotène peut inclure les éléments suivants: ① la structure de double liaison se lie aux radicaux libres, réduisant leur activité ou les éliminant; ② éteindre l’oxygène singlet par transfert d’électrons; ③ promouvoir l’expression de l’arnm Nrf2, qui active l’expression de Nrf2 et favorise l’expression des Les enzymesantioxydantes.

3.1 élimination des radicaux libres

Le bêta-carotène a la capacité de récupérer les radicaux libres en raison de ses multiples liaisons doubles conjuguées en polyène, et est un trempeur idéal pour les radicaux libres [25]. L’excès de radicaux libres dans le corps peut perturber l’équilibre du système redox [26], induire un stress oxydatif dans le corps animal, endommager les membranes cellulaires, endommager les protéines et l’adn, et provoquer une série de maladies [2]. Actuellement, trois voies de réaction ont été découvertes dans lesquelles le β-carotène élimine ou réduit l’activité des radicaux libres: [27] [traduction] ① transfert de l’atome d’hydrogène (HAT), dans lequel l’atome d’hydrogène sur le β-carotène est transféré au radical libre, affaiblissant ainsi l’effet oxydant du radical libre [28] [traduction]; ② réaction d’Ajout:radicale (RAF), caroténoïdes subissent directement des réactions d’addition avec des radicaux libres pour former des radicaux libres très stables [29-30]; ET ③ est le mécanisme de transfert d’électrons (ET), dans lequel le groupe hydroxyle devient activé sous l’influence du β-carotène, favorisant le transfert d’hydrogène vers le radical peroxyde [31]. Wang Ying et Al., et al.[32] ont extrait le β-carotène de la fermentation de Trichophora brasiliensis et mesuré le taux de récupération des radicaux libres. Les résultats ont montré qu’à la même température, plus la concentration de β-carotène est élevée, plus l’activité antioxydante de la substance ajoutée est forte. YuunLei et al. [33] ont utilisé la méthode DPPH, la méthode de l’acide salicylique et la méthode de l’hydroquinone pour déterminer la capacité de quatre caroténoïdes semblables mais différents à récupérer les radicaux libres. L’analyse a montré que le β-carotène a la capacité de réduire ou d’éliminer les radicaux libres.

3.2. Trempe à l’oxygène singlet

Il a été prouvé expérimentalement qu’une molécule de β-carotène peut éliminer plus de 1000 molécules uniques d’oxygène [34]. Étant donné que le β-carotène est de structure très semblable au lycopène et a une disposition similaire d’électrons externes, il est possible que le β-carotène puisse étanchez l’oxygène singlet par le transfert d’énergie d’échange électronique, c’est-à-dire, les électrons du β-carotène et l’échange d’oxygène singlet avec les électrons du β-carotène avec des directions opposées de spin [35] [traduction], mais cela n’a pas été confirmé. En observant la relation quantitative entre le β-carotène et l’oxygène singlet dans un seul complexe, c’est-à-dire une diminution de 1 à 2 β-carotène dans le complexe, et une augmentation significative du nombre d’oxygène singlet, Telfer et al. ont conclu que le β-carotène peut agir comme une quenouille efficace de l’oxygène singlet [36] [traduction].

3.3 promotion de l’expression des enzymes antioxydantes

Le bêta-carotène est un type d’antioxydant non enzymatique dans le corps qui peut favoriser le processus par lequel les enzymes antioxydantes agissent [37]. La voie Keap1-Nrf2-ARE Eest une voie clé qui a été noté ces dernières années pour résister au stress oxydatif dans les cellules. Nrf2 agit comme interrupteur pour activer cette voie de signalisation [38]. La concentration de Nrf2 diminue après une période de stress oxydatif dans le corps [39]. Le β-carotène a un effet régulateur sur l’expression relative de l’arnm Nrf2. Le mécanisme d’action du β-carotène en tant qu’antioxydant peut être de déclencher le «commutateur» Nrf2 augmentant ainsi l’expression des gènes enzymatiques antioxydants [40] [traduction]. Rocha et al. [37] ont démontré que le β-carotène peut modifier l’activité des enzymes antioxydantes telles que la glutathion-s-transférase en analysant les nano-dispersions de β-carotène. Sowmyaet al. [41] [traduction] le β-carotène isolé des épinard peut exercer un effet antioxydant en observant l’expression de protéines marqueuses antioxydantes dans les cellules cancéreuses du sein (MCF-7), ce qui explique en outre l’activité anticancéreuse du β-carotène.

4 Application de β-carotene' S propriétés antioxydantes dans la production de bétail et d’animaux économiques

Dans la production réelle, les propriétés antioxydantes du β-carotène sont principalement utilisées pour améliorer l’immunité des animaux, améliorer la qualité de la viande, améliorer la croissance et la performance de production, et atténuer les dommages des poumons et des dommages des voies respiratoires et des dommages à d’autres organes [42]. De plus, le β-carotène n’est pas génotoxique et est reconnu comme un additif alimentaire non toxique, sûr et nutritif. Lorsque l’environnement externe change rapidement ou lorsque les animaux sont dans une condition physiologique particulière, comme la grossesse, ils sont sujets à une série de réactions de stress telles que le stress oxydatif. Le stress oxydatif peut amener le bétail et la volaille à manger moins, à diminuer la résistance, à provoquer diverses inflammations et même à mourir, ce qui entraîne certaines pertes économiques pour l’industrie aquacole. Zhang Xianglun et al. [43] ont ajouté du β-carotène au régime alimentaire des bovins de boeuf et ont constaté que la capacité antioxydante totale, la teneur en glutathion et l’activité totale de superoxyde dismutase dans le sérum des bovins testés étaient considérablement augmentées, et que la teneur en malondialdéhyde était réduite, ce qui a prouvé que le β-carotène en tant qu’additif alimentaire pouvait améliorer considérablement la fonction antioxydante des bovins de boeuf. Dans le traitement de la kératite infectieuse bovine, l’effet thérapeutique peut être considérablement amélioré en ajoutant au régime alimentaire du fourrage vert riche en carotène [44].

Le prétraitement des cellules épithéliales intestinales porcines (IPEC-J2) avec différentes Les dosesde β-carotène (25, 50, 100, 150, 200 μmol/L) a été trouvé pour stimuler une réponse inflammatoire, avec la viabilité cellulaire et la résistance transmembranaire les plus élevées dans le groupe traité. Ce qui indique que le β-carotène a pour effet particulier d’améliorer la communication entre les cellules intestinales et de réduire les dommages intestinaux, et joue un rôle dans le maintien de la santé intestinale du bétail et de la volaille [45]. Les propriétés antioxydantes du β-carotène, sa capacité à améliorer le corps et#39; S l’immunité et renforcer les jonctions entre les cellules sont l’une des raisons pour lesquelles le β-carotène est largement accepté comme agent antitumoral. Des études antérieures ont montré que lorsque la concentration de β-carotène augmente, le taux d’inhibition de la peroxydation lipidique augmente significativement [46]. Le β-carotène peut être transformé pour être compatible avec les lipides dans les membranes cellulaires, et il peut éteint les radicaux libres avant qu’ils ne causent des dommages au corps, jouant ainsi un rôle clé dans la protection des lipides membranaires [41].

Bi Yulin et al. [47] ont ajouté différentes concentrations de β-carotène dans l’alimentation des bovins de bouchage et ont mesuré quantitativement les concentrations sériques de glutathion (GSH) et de malondialdéhyde (MDA). Ils ont découvert que lorsque le niveau de β-carotène ajouté augmentait, les indicateurs mesurés montraient des changements linéaires et quadatiques significatifs, prouvant que le β-carotène peut grandement affecter la fonction antioxydante, changer les indicateurs physiologiques du sang et la qualité de la viande. Wang Bo [48] a constaté que le β-carotène peut réduire significativement le temps de mise à l’oestrus après le vêlement chez les vaches laitières, favoriser l’oestrus, augmenter le taux de conception, non seulement améliorer la qualité du lait, mais aussi réduire l’incidence de la maladie des mamelles chez les vaches laitières. Elomda et al. [49] ont vérifié que le rétinol, un produit de décomposition du β-carotène, a la capacité de favoriser le développement embryonnaire pendant la culture in vitro d’embryons de lapins.

5 résumé

En tant que provitamine a, le β-carotène peut non seulement résister à l’oxydation, mais également améliorer le corps et#39; S immunité, réguler le métabolisme des glycolipides, ou être utilisé comme colorant naturel dans les additifs alimentaires, qui peuvent jouer un certain rôle dans la prévention du cancer. Elle joue également un rôle important dans le maintien de la croissance et de la reproduction normales du bétail et de la volaille. La recherche sur l’absorption, le métabolisme et l’activité biologique du β-carotène est devenue à ce stade un point critique de la recherche et des résultats relativement remarquables ont été obtenus. Cependant, il reste encore beaucoup de questions qui nécessitent des recherches et des explorations plus poussées, comme la technologie et les procédures pour la synthèse artificielle du β-carotène, la culture et la sélection de souches de levure de β-carotène à haut rendement, etc. En outre, l’activité biologique potentielle du β-carotène et la quantité à ajouter à l’aliment doivent également être explorées davantage.

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