Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Antocyjany: występowanie, biosynteza i wpływ na zdrowie człowieka
03.03.2008



Antocyjany to naturalne barwniki roślinne nadające różnorodne barwy kwiatom i owocom. Ich barwa zależy od pH środowiska i od chelatacji przez jony metali [1]. Dzięki swoim niezwykłym właściwościom antocyjany znalazły powszechne zastosowanie jako barwniki w farmacji i przemyśle spożywczym, gdzie oznaczane są jako E 163.

Ze względu na swoją wszędobylskość antocyjany stanowią ważny składnik naszej codziennej diety. Ich powszechne występowanie w różnego rodzaju produktach spożywczych skłania więc do bliższego przyjrzenia się tym związkom i ich wpływowi na nasze zdrowie.



WYSTĘPOWANIE

Antocyjany występują szeroko w całym świecie roślin z wyjątkiem glonów i rodzin takich jak kaktusowate oraz komosowate. Występują głównie w kwiatach, owocach i nasionach, ale także w liściach roślin. Warzywa i owoce oraz inne szczególnie bogate w antocyjany zamieszczone zostały w tabeli 1. Stężenie antocyjanów w owocach związane jest ze stopniem ich dojrzałości i najczęściej rośnie w miarę dojrzewania owocu.

STRUKTURA

Pod względem struktury chemicznej antocyjany to glikozydy, zawierające w części aglikonowej szkielet antocyjanidyny (C6-C3-C6) złożony z dwóch pierścieni fenylowych,  połączonych trójwęglowym łańcuchem alifatycznym (pozbawiony reszty glikonowej szkielet antocyjanidyny nazywany jest również kationem 2-fenylobenzopiryliowym lub flawilowym.

Do tej pory zidentyfikowano kilkaset różnych antocyjanin różniących się przede wszystkim modyfikacjami szkieletu antocyjanidyny (np. stopniem hydroksylacji i metylacji), rodzajem, liczbą cząstek i pozycją cząsteczek cukru wchodzącego w skład glikonu oraz stopniem acetylacji glikonu i rodzajem acetylujących cząsteczek [2].W tkankach roślinnych występuje sześć głównych antocyjanidyn spełniających rolę głównych chromoforów antocyjanów:pelargonidyna, cyjanidyna, peonidyna, delfinidyna, petunidyna oraz malwidyna różniących się głównie stopniem hydroksylacji i metylacji pierścienia B [Rys.1]


Część glikonową antocyjanów najczęściej budują takie cukry jak glukoza, galaktoza, ramnoza i arabinoza, które tworzą wiązanie O-glikozydowe z grupą hydroksylową przy 3 atomie węgla (3-O-glikozydy). Antocyjany często występują w również w formie 3,5-O-diglikozydów, rzadziej w formie 3,7-O-diglikozydów [Rys.2].


Reszty glikonowe antocyjanów mogą przyjmować również formę rutynozydów (6-O-a-L-ramnozylo-D-glukozydów), soforozydów (2-O-b-D-glukozylo-D-glukozydów) oraz sambubiozydów (2-O-b-D-ksylozylo-D-glukozydów). Cukry budujące resztę glikonową antocyjanów mogą być acetylowane przez dużą grupę kwasów organicznych. Najszerzej rozpowszechniona jest acetylacja antocyjanów przez kwas cynamonowy i jego pochodne: (kwas ferulowy, kawowy, p-kumarowy, synapinowy), ale również przez wiele kwasów alifatycznych (kwas octowy, jabłkowy, malonowy, szczawiowy, bursztynowy)[2].

SZLAK BIOSYNTEZY

Szlak biosyntezy antocyjanów stanowi element szlaku biosyntezy flawonoidów i jest ściśle powiązany z dwoma innymi szlakami metabolicznymi: szlakiem kwasu szikimowego oraz szlakiem kwasu malonowego [4]. Prekursorami flawonoidów są malonylo-CoA oraz p-kumaroilo-CoA. Pierwszą reakcją szlaku biosyntezy flawonoidów jest synteza z 3 cząsteczek malonylo-CoA i jednej cząsteczki p-kumaroilo-CoA – 4,2,4,6-tetrahydroksychalkonu. Reakcja ta katalizowana przez syntazę chalkonową (CHS). W kolejnym etapie następuje, katalizowana przez izomerazę chalkonową, cyklizacja chalkonu do naringeniny. Naringenina podlega  następnie hydroksylacji do dihydroflawonoli. W procesie tym mogą uczestniczyć trzy różne enzymy: hydroksylaza 3 flawononowa (F3H), 3’ – hydroksylaza  flawonoidowa (F3’H) oraz 3’5 – hydroksylaza flawonoidowa (F3’5’H). Na tym etapie określony zostaje stopień hydroksylacji pierścienia B antocyjanidyny. Końcowym produktem etapu hydroksylacji jest jeden z trzech dihydroflawonoli: dihydrokempferol, dihydrokwercytyna lub dihydromyrycytyna. Dihydrofalwonole są następnie przekształcane do leukoantocyjanidyn, w reakcji katalizowanej przez 4-reduktazę dihydroflawonolu. W kolejnym etapie syntaza antocyjanidynowa (ANS) przekształca leukoantocyjanidyny do antocyjanidyn. W ten sposób w sekwencji dwóch reakcji z dihydrokempferolu powstaje pelargonidyna, z dihydrokwercytyny- cyjanidyna, a z dihydromyrycytyny- delfinidyna. Antocyjanidyny podlegają następnie glikozylacji przez 3-glukozylotransferazy tworząc antocyjany, które następnie mogą podlegać dalszym modyfikacjom przez glukozylotransferazy, metylotransferazy czy acetylotransferazy .


ROLA

W świecie roślinnym antocyjany pełnią istotną rolę sygnalizacyjną w oddziaływaniach roślin z innymi organizmami. Polega ona między innymi na przyciąganiu ptaków, małych ssaków czy owadów, które odgrywają istotną rolę zapylaniu roślin. Niektóre antocyjany silnie absorbują fragment widma energetycznego światła słonecznego odpowiadający UV. Światło o tej długości fali, niewidzialne dla człowieka, jest doskonale rozpoznawane przez owady. Antocyjany silnie absorbujące UV służą owadom jako drogowskazy umożliwiające szybką lokalizację centrum kwiatu i zebranie nektaru, przez co ułatwiają zapylenie rośliny. 

Drugą istotną rolą antocyjanów jest ochrona tkanek przed szkodliwymi skutkami promieniowania UV. Pochłaniając promieniowanie UV antocyjany obniżają ryzyko uszkodzeń struktury podwójnej helisy DNA, obniżając tym samym ryzyko powstawania krzyżowych połączeń nici DNA, które uniemożliwiają prawidłową syntezę białek i podział komórek. Istnieje także wiele dowodów wskazujących na przeciwbakteryjną i antyoksydacyjną funkcję antocyjanin w tkankach roślinnych [3].

ANTOCYJANY I ZDROWIE
 

            W medycynie ludowej powszechnie przypisywano antocyjanom właściwości lecznicze. Niektóre z tych właściwości zostały potwierdzone przez współczesne badania naukowe[5]. Wykazano między innymi, że antocyjany występujące w kwiatach hibiskusa (Hibiscus sp.) mogą zapobiegać schorzeniom wątroby [6]. Potwierdzono również, że antocyjany występujące w borówce kanadyjskiej (Vaccinium angustifolium) chronią przed chorobami układu krążenia [7] natomiast sok z winogron i czerwone wino obniżają ryzyko zawału [8,9]. Pozytywny wpływ antocyjanów na układ krążenia związany jest prawdopodobnie z ich zdolnością do ograniczania stanów zapalnych, wzmacnianiem naczyń włosowatych oraz przeciwdziałania agregacji płytek krwi. Zawarte w soku z winogron i czerwonym winie antocyjaniny wpływają również na zwiększenie wydzielania tlenku azotu (NO), którego  rola w zapobieganiu chorobom krążenia została dobrze udokumentowana [10].

Współczesna medycyna zainteresowała się farmakologicznymi właściwościami antocyjanów stosunkowo niedawno. Dopiero w ciągu ostatnich kilkunastu lat rozpoczęto badania nad leczniczymi właściwościami poszczególnych, wyizolowanych antocyjanów. Badania te wykazały, że dieta wzbogacona w 3-O-β-D-glukozyd cyjanidyny może zapobiegać otyłości i cukrzycy [11]. Pojawiły się również doniesienia wskazujące na wpływ antocyjanów na ostrość wzroku. W części prac wykazano pozytywny wpływ ekstraktu antocyjanów z czarnej porzeczki na ostrość wzroku, podobny efekt zaobserwowano w pracy prowadzonej na owocach borówki czarnej (Vaccinium myrtillus L) [12,13]. Efekt ten wydaje się być związany z wpływam antocyjanów na przyspieszenie regeneracji rodopsyny lub aktywacją przez nie enzymów związanych z jej syntezą. Istnieją jednak również doniesienia sugerujące brak korelacji pomiędzy obecnością antocyjanin w diecie a ostrością wzroku [14].

            Wiele doniesień wskazuje na przeciwnowotworowe działanie antocyjanów[5].  Wydaje się, że takie działanie antocyjanów związane jest z ich właściwościami antyoksydacyjnymi, a także z negatywnym wpływem na aktywność cyklooksygenazy – enzymu, który ulega nadekspresji w wielu nowotworach nabłonkowych [15]. Wykazano, że molekularny mechanizm antynowotworowego działania antocyjanów może być związany z blokowaniem przez nie kaskady fosforylacjnej związanej z kinazą MAPK. W ostatnich latach wykazano również, że antocyjany hamują związane z wiekiem zaburzenia pamięci i funkcji motorycznych [16].

Wyraźnie widoczna zależność pomiędzy obecnością antocyjanin w diecie a zdrowiem człowieka spowodowała znaczny wzrost zainteresowania ich właściwościami. Jest więc bardzo prawdopodobne, że w niedługim czasie pojawią się nowe doniesienia o ich wpływie na nasze zdrowie.

 
Literatura

1.             Shiono M, Matsugaki N, Takeda K. (2005) Structure of the blue cornflower pigment. Nature 436:791 – 791 

2.             Clifford M.N. (2000) Anthocyanins – nature, occurrence and dietary burden. J. Sci. Food Agric. 80: 1063 – 1072

3.             Steyn W.J, Wand S.J.E, Holcroft D.M, Jacobs G. Anthocyanins in vegetative tissues: a proposed unified function in photoprotection. New Phyto. 155: 349 – 361

4.             Grotewold E. (2006) The Science of Flavonoids. Chopra S, Hoshino A, Boddu J, Iida S. Flavonoid pigments as tool in molecular genetics. pp. 147-173 Springer, New York  

5.             Lila M.A. (2004) Anthocyanins and human health: An in vitro investigative approach. J. Biomed. Biotechnol. 5: 306 – 313

6.             Wang C, Wang J, Lin W, Chu C, Chou F, Tseng T. (2000) Protective effect of Hibiscus anthocyanins against tert-butyl hydroperoxide-induced hepatic toxicity in rats. Food Chem Toxicol. 38: 411–416.

7.             Smith M, Marley K, Seigler D, Singletary K, Meline B. (2000) Bioactive properties of wild blueberry fruits. J. Food Sci. 65:352–356.

8.             Andriambeloson E, Magnier C, Haan-Archipoff G, Lobstein A, Anton R, Beretz A, Stoclet JC, Andriantsitohaina R. (1998) Natural dietary polyphenolic compounds cause endothelium-dependent vasorelaxation in rat thoracic aorta. J Nutr. 128: 2324–2333.

9.             Folts J. (1998) Antithrombotic potential of grape juice and red wine for preventing heart attacks. Pharm Biol. 36:21–27.

10.          Naseem K.M. The role of nitric oxide in cardiovascular diseases. Mol Aspects Med. 26: 33-65.

11.          Tsuda T, Horio F, Uchida K, Aoki H, Osawa T. (2003) Dietary cyanidin 3-O-beta-D-glucoside-rich purple corn color prevents obesity and ameliorates hyperglycemia in mice. J Nutr. 133: 2125–2130.

12.          Nakaishi H, Matsumoto H, Tominaga S, Hirayama M. (2000) Eects of black currant anthocyanoside intake on dark adaptation and VDT work-induced transient refractive alteration in healthy humans. Altern Med Rev. 5:553–562.

13.          Matsumoto H, Nakamura Y, Tachibanaki S, Kawamura S, Hirayama M. (2003) Stimulatory eect of cyanidin 3-glycosides on the regeneration of rhodopsin. Agric Food Chem. 51:3560–3563.

14.          Muth ER, Laurent J, Jasper P. (2000) The effect of bilberry nutritional supplementation on night visual acuity and contrast sensitivity. Altern Med Rev. 5:164–173.

15.          Hou DX, Kai K, Li JJ, et al. Anthocyanidins inhibit activator protein 1 activity and cell transformation:structure-activity relationship and molecular mechanisms. Carcinogenesis. 2004;25(1): 29–36.

16.          Joseph J.A, Shukitt-Hale B, Denisova N.A, Bielinski D, Martin A, McEwen J.J, Bickford P.C. (1999)Reversals of age-related declines in neuronal signal transduction, cognitive, and motor behavioral deficits with blueberry, spinach, or strawberry dietary supplementation. J Neurosci. 19: 8114–8121.

 
 
Tab.1 (w oparciu o[2])
warzywa i owoce
stężenie antocyjanów (mg/kg świeżej masy)
aronia
5060-10 000
bakłażan
7500
borówka
825 – 4200
ciemne winogrona
300 – 7500
czarna porzeczka
1300 – 4000
czereśnia
20 – 4500
czerwona kapusta
250
jeżyna
1150
truskawka
150 – 350
rabarbar
do 2000
śliwka
20 – 250
żurawina
600 – 2000
borówka brusznica
1000
bez czarny
2000 – 10 000   
czarna malina
1700 – 4277
malina
100 – 600
tarnina
1600
cebula
do 250
 
 
 
 
 


Małgorzata Adamiec
KOMENTARZE
news

<Wrzesień 2019>

pnwtśrczptsbnd
26
27
28
29
30
31
1
2
3
4
5
6
7
8
9
12
13
14
15
17
Biznes w Genach
2019-09-17 do 2019-09-17
18
Cancer Prevention 2020
2019-09-18 do 2019-09-18
21
22
27
28
29
2
Business Insider Trends Festival
2019-10-02 do 2019-10-03
4
BioNinja Challenge 2019
2019-10-04 do 2019-10-06
5
6
Newsletter