в 1056 формах, а для несимметричных каротиноидов возможно наличие еще большего числа изомеров. К счастью, для практической реализации многих потенциальных изомеров существуют пространственные препятствия, и поэтому они образуются с трудом. Тем не менее имеется 72 возможных стерически «не-запрещенных» изомера ликопина (о которых не следует забывать) (рис. 2.2). По соглашению термины цис- и транс- в применении к каротиноидам используются для обозначения относительного расположения тех заместителей при двойной связи, которые образуют часть главной цепи углеродных атомов.

В природе большинство каротиноидов существует исключительно или главным образом в полностью транс-(полностью Е) форме. Имеется, однако, несколько важных исключений. Фито-ин (7,8Д Мг/Г^П'Дг'-октагидро-ад-каротин), обычно рассматриваемый в качестве первого С4<гуглеводородного промежуточного продукта биосинтеза каротиноидов (разд. 2.6.3), как

Рис. 2.2, Стерически «затрудненные» и стерически «незатрудненные» цисдвойные связи.

правило, выделяют в виде 15-^wc(Z)-изомера (2.15). Возможно, что самым замечательным ц«с-каротиноидом является проликопин —? поли-^ш;-изомер ликопина, встречающийся в природе у ряда растений. Структура проликопина недавно была установлена; было показано, что он представляет собой 7,9,7/,9/-тетрац«с-ликопин (2.16).

В общем же следовые количества цис-изомеров, присутствующие в экстрактах природных объектов, обычно рассматриваются как артефакты, образующиеся в результате стерических изменений природных полностью граис-каротиноидов.

Одинарные связи, входящие в состав полиенового хромофора, имеют конформацию s-транс. В циклических каротиноидах связь С-6,7 обычно принимает s-цис-конформацию как в кристаллическом состоянии, так и в растворе. Другие детали кон-формации каротиноидов будут обсуждаться позже в связи с их светопоглощающими свойствами (разд. 2.3.3).

Абсолютная конфигурация. Многие органические молекулы являются хиральными. Это значит, что они существуют только в виде одного из двух возможных энантиомеров — стереоизомео о

(2.19) (ЗК)-Концевая группа (2.20) (35)-Концевая группа

астаксантина (2.9) астаксзнтина (2.9)

ров, несовместимых со своим зеркальным отражением. Наиболее распространенный тип хиральности наблюдается при наличии асимметрического атома углерода, который теоретически может существовать в двух пространственных конфигурациях. Хиральность часто наблюдается у каротиноидов, и обычно она обусловлена присутствием асимметрического атома углерода в молекуле. Примером хиральных центров является атом С-6 в Ё-кольце каротиноидов (2.17) и атом С-3 в обычных циклических каротин-3-олах (2.18).

Абсолютная конфигурация многих хиральных каротиноидов была определена главным образом с помощью оптических методов [дисперсии оптического вращения (ДОВ), кругового дихроизма (КД)] и ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Недавно было обнаружено, что у разных живых организмов встречаются различные оптические изомеры каротиноидов. Так дрожжи Phaffia rhodozyma образуют (3R, 3rR)-астаксантин (2.19), в то время как омар накапливает преимущественно (3S, 5-5)-изомер (2.20) наряду с (3R, 3'R)- и мезо-{ЗР, 3'S)-формами в меньших количествах.

2.3. Свойства

2.3.1. Общие физические свойства

Каротиноиды являются липидами. Они растворимы в органических растворителях и могут быть экстрагированы из природных объектов полярными растворителями, такими, как ацетон и спирты. Даже ксантофиллы с четырьмя и более гидроксигруппами в молекуле практически нерастворимы в воде. Однако они становятся растворимыми после гликозилирования или образования комплексов с белками. In vivo каротиноидьь обычно локализованы в липофильных, гидрофобных районах, клетки, таких, как липидные глобулы, кристаллические структуры и мембраны (в последних они находятся в комплексе с белками).

За исключением таких промежуточных продуктов в биосинтезе, как фитоин, фитофлуин и обычно ^-каротин, каротиноиды при комнатной температуре представляют собой твердые вещества. Большинство из них может быть получено в кристаллическом виде при использовании соответствующих смесей растворителей.

2.3.2. Стабильность

Выделенные каротиноиды как без растворителя, так и в растворе очень чувствительны к свету и теплу (которые вызывают цас-траяс-изомеризацию), к кислотам (которые такРис. 2.3. Катализируемая кислотой изомеризация 5,6-эпоксикаротиноида в

5,8-фураноидный оксид.

же вызывают ^«с-транс-изомеризацию и особенно превращение 5,6-эпоксидов в 5,8-фураноидные оксиды; рис. 2.3) и в некоторых случаях к основаниям (которые вызывают аутоокисление З-гидрокси-4-кето-концевых групп, как, например, у астаксанти-на; рис. 2.4). Система сопряженных двойных связей делает каротиноиды чрезвычайно подверженными окислительному обесцвечиванию кислородом воздуха.

In vivo каротиноиды обычно являются составной частью структуры клетки или органеллы и находятся в ассоциации или с белками, или с другими клеточными липидами. В этих условиях каротиноиды стабилизированы и защищены от перечисленных выше вредных влияний.

Рис. 2.4. Окисление (З-гидрокси-4-кето)-концевой группы каротиноидов.

In vitro каротинопротеины, особенно астаксантин-белковые комплексы беспозвоночных (разд. 2.5), также значительно более стабильны, чем свободные каротиноиды.

2.3.3. Поглощение света

Хромофор, ответственный за поглощение каротиноида-ми видимого света, представляет собой систему сопряженных двойных связей (гл. 1). С увеличением длины полиеновой л;-электронной системы стабильность первого возбужденного состояния повышается; при этом электронное возбуждение происходит легче, оно требует меньше энергии и осуществляется светом с большей длиной волны.

Такой возрастающий батохромный эффект (сдвиг в длинноволновую сторону) может быть проиллюстрирован спектрами поглощения биосинтетического ряда (разд. 2.6.4) ациклических

(2.21) _Фитофлуин

каротиноидов с возрастающей длиной хромофора (рис. 2.5). Так, фитоин (2.15) [3 сопряженные двойные связи (с.д.с.)] и фитофлуин [7,8,11,12,7',8/-гексагидро-гр,г|)-каротин (2.21)] (5 с д. с), имеющие при 275, 285, 296 и 331, 348, 367 нм соответственно, бесцветны; ^-каротин [7,8,7/,8/-тетрагидро-гЬ,,1[)-каротин (2.22)] (7 с. д. с.) имеет слабое поглощение в голубом участке спектра (л.тах = 378, 400 и 425 нм) и потому выглядит слегка желтоватым, а нейроспорин [7,8-дигидро-'ф,'ф-каротин

(2.23)] (9 с. д. с.) и ликопин (2.2) (11 с. д. с.) сильно поглощают в видимом диапазоне при 414, 439, 467 и 444, 470, 502 нм соответственно и обладают характерной желтой и оранжевой окраской. Все эти соединения имеют типичный трехпиковый ка-ротиноидный спектр поглощения с четко выраженными максимумами и минимумами.

(2.23) Нейроспорин

На максимумы поглощения, а иногда на степень выявления тонкой структуры спектра большое влияние оказывает используемый растворитель. Максимумы поглощения наблюдаются при большей длине волны, если спектры определяют в ароматических или галогенированных растворителях, а также в CS2, чем в тех случаях, когда в качестве растворителей используют петролейный эфир, гексан или этанол (рис. 2.6).

двойные связи внутри кольца сопряжены со связями главной полиеновой цепи. Однако из-за пространственных ограничений между метильными заместителями в кольце и главной полиеновой цепью молекула изгибается относительно одинарной связи С-6,7 таким образом, что я-орбиталь 5,6-двойной связи кольца не лежит в одной плоскости с я-электронной системой полнена. Наблюдающееся при этом уменьшение степени перекрывания

о

я-орбиталей означает, что эффективная длина хромофора меньше, чем полная длина системы из И сопряженных двойных связей, и, следовательно, максимум поглощения имеет место при более короткой длине волны, чем в случае ликопина. Изгиб молекулы приводит также к ослаблению тонкой структуры, т. е. к менее выраженным максимумам и минимумам в спектре. На рис. 2.7. сравниваются спектры ликопина, у-каротина (р;ф-каротина) и р-каротина.

Влияние на тонкую структуру спектров еще более заметно у каротиноидов, содержащих в сопряжении с полиеновой системой карбонильную группу. Сопряженная группа С = 0 эффективно удлиняет хромофор так, что максимум поглощения сдвигается в более длинноволновую область, однако при этом

it

350 400 450 500

Длина вопны, нм

Рис. 2.8. Влияние сопряженных карбонильных групп на спектры поглощения света каротиноидами (в петролейном эфире). / — р-каротин (2.3), // — эхи-ненон (2.26) (одна группа С —О), ///—кантаксантин (2.27; две группы

С=0).

почти полностью утрачивается тонкая структура спектра. На рис. 2.8 сравниваются спектры fj-каротина, эхиненона [р\р"-ка-ротин-4-она (2.26)] и кантаксантина [р,|3-каротин-4,4'-диона (2.27)].

350

Другие заместители, например ОН-группа, обычно оказывают незначительное влияние на спектр поглощения либо не ока

зывают его вовсе. Так, спектры р-каротина, [3-криптоксантина [Р,р-каротин-3-ола (2.28)], изокриптоксантина [р,р-каротин-4-ола (2.29)], зеаксантина (2.7) и изозеаксантина [р,р-каротин-4,4'-диола (2.30)] практически идентичны как по положению* Яшах, так и по форме.

(2.28) Р-Криптоксантин

Oil

(2.29) Изокриптоксантин

ОН

4—14

Полоса поглощения ^«с-изомеров менее интенсивна и сдвинута в более коротковолновую область, чем у соответствующих, полностью трсшс-соединений (рис. 2.9). Это обусловлено искаДлина волны,нм

Рис. 2.11. Спектроскопическая проба на 5,6-эпоксигруппы в циклических каро-тиноидах. Спектры поглощения света сняты в этаноле. / — диэпоксикароти-«оид виолаксантии (2.8); //— ауроксаитии (2.31), фураноидный оксид, образующийся в результате добавления капли разбавленной НС1.

жегшем расположенной в одной плоскости полиеновой системы из-за поворота части молекулы вокруг одинарной связи, примыкающей к ц«с-двойной связи; при этом уменьшаются стери-ческие препятствия между двумя атомами водорода («незатрудненная ц«с-конфигурация») или между водородным атомом и метальной группой («затрудненная ^«с-конфигурация») (рис. 2.2).

Сдвиги максимума поглощения, происходящие