CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. LYCOPEN VÀ VAI TRÒ SINH HỌC Lycopen là một chất hóa thực vật có màu đỏ sáng, thuộc họ carotenoid, có trong một số loại rau, quả, như cà chua, dưa hấu… Thực vật và vi sinh vật tự tổng hợp được lycopen nhưng động vật và con người thì không tự tổng hợp được [133]. Cà chua và các sản phẩm được chế biến từ cà chua được coi là nguồn lycopen quan trọng nhất trong chế độ ăn của con người. Lycopen không đơn thuần chỉ là một chất màu, nó còn là một chất chống oxy hóa nhờ khả năng làm vô hiệu các gốc tự do, đặc biệt là các oxy nguyên tử, do đó lycopen có tác dụng bảo vệ chống lại các bệnh ung thư, xơ vữa động mạch và các bệnh liên quan đến động mạch vành.
Lycopen làm giảm sự oxy hóa LDL-C và giúp làm giảm mức cholesterol trong máu. Cấu trúc và đặc tính sinh học của lycopen Hình 1. Cấu trúc phân tử của lycopen Lycopen là một tecpen được tập hợp từ 8 isoprene. Công thức phân tử của lycopen là C40H56 và có khối lượng phân tử là 536,88 dalton.
Cấu trúc phân tử của lycopen là một chuỗi hydrocacbon mạch thẳng không bão hòa chứa 11 nối đôi liêp hợp và 2 nối đôi không liên hợp. Khác với các carotenoid khác hai vòng cacbon ở hai đầu mạch của lycopen không kín [90], [133]. Các dạng đồng phân all-trans và cis của lycopen Vì cấu trúc của lycopen có các nối đôi nên lycopen có thể tồn tại ở cả hai dạng đồng phân cis và trans (hình 1. Lycopen ở dạng đồng phân all-trans là dạng đồng phân hình học chiếm ưu thế hơn được tìm thấy trong thực vật.
Tuy nhiên, lycopen có thể bị đồng phân hóa do ánh sáng, năng lượng nhiệt và các phản ứng hóa học thành đồng phân dạng cis. Đồng phân dạng cis của lycopen cũng được tìm thấy trong tự nhiên, bao gồm dạng đồng phân 5-cis, 9-cis, 13-cis và 15-cis. Mặc dù đồng phân hình học dạng all-trans của lycopen chiếm ưu thế trong thực vật, nhưng trong huyết thanh người, đồng phân dạng cis của lycopen chiếm 50% [74]. Động vật ăn lycopen vào chủ yếu dạng đồng phân all-trans, nhưng trong huyết thanh và mô lycopen có ở dạng cis.
Kết quả tương tự đã được tìm thấy trong huyết thanh người. Lycopen trong các thực phẩm chế biến chủ yếu ở dạng đồng phân cis [74], [147]. 7 Lycopen là một chất hòa tan trong chất béo và không hòa tan trong nước. Lycopen được biết nhiều như là một chất chống oxy hóa.
Cả hai cơ chế oxy hóa và không oxy hóa đều liên quan đến hoạt tính bảo vệ sinh học của nó. Do cấu trúc của lycopen thiếu vòng beta-ionone nên nó không thể tạo nên vitamin A và tác dụng sinh học của nó trong cơ thể người có cơ chế khác với vitamin A. Do vậy, khác với beta-caroten, lycopen không có hoạt tính của vitamin A, nó không phải là tiền tố của vitamin A [59], [133]. Với công thức cấu tạo của lycopen cho phép nó khử hoạt tính của các gốc tự do.
Do các gốc tự do là các phân tử không cân bằng điện hóa, chúng có khả năng phản ứng cao với các thành phần tế bào và gây ra sự phá hủy thường xuyên. Các oxy nguyên tử là dạng hoạt động nhất. Các chất hóa học không tốt này được tạo nên trong tự nhiên như là sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa trao đổi chất của các tế bào. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng lycopen có hoạt tính chống oxy hóa cao nhất trong số các carotenoid [59], [70].
Hệ số chống oxy hóa của một số carotenoid [70] Carotenoid Hệ số chống oxy hóa Lycopen 31 γ-caroten 25 Astaxanthin 24 Canthaxanthin 21 α-caroten 19 β-caroten 14 Zeaxanthin 10 Lutein 8 Lycopen có khả năng vô hiệu hóa oxy nguyên tử, “bẫy” gốc tự do peroxyl, ức chế oxy hóa DNA, ức chế peroxyt hóa lipid và trong một vài nghiên cứu cho 8 thấy lycopen có khả năng ức chế oxy hóa LDL-C. Khả năng vô hiệu hóa các oxy nguyên tử của lycopen cao gấp 2 lần so với beta-caroten và cao hơn gấp 10 lần so với alpha-tocopherol [70]. Do lycopen có chuỗi nối đôi liên hợp, chúng có khả năng đặc biệt vô hiệu hóa các gốc tự do (R• ), trong đó có oxy nguyên tử. Lycopen có thể vô hiệu hóa các gốc tự do theo 3 phản ứng sau: (1) hình thành sản phẩm cộng, (2) nhường electron thành gốc tự do và (3) tách hydro allyl.
Hình thành sản phẩm cộng: Lycopen + R • → R-Lycopen• - 2. Nhường electron: Lycopen + R• → Lycopen•+ + R 3. Tách hydro allyl: Lycopen + R• → Lycopen• + RH Oxy nguyên tử là gốc tự do có hoạt tính cao được tạo thành trong quá trình chuyển hóa, chúng phản ứng với các axit béo không no, là thành phần chính của màng tế bào. Do đó, lycopen có trong màng tế bào đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa tác hại của việc oxy hóa màng lipid, vì vậy ảnh hưởng đến độ dày, độ bền của màng.
Màng tế bào là “người gác cổng” cho tế bào, nó cho phép các chất dinh dưỡng đi vào và ngăn ngừa không cho các chất độc đi vào tế bào. Vì vậy, việc duy trì sự nguyên vẹn của màng tế bào là yếu tố then chốt trong việc phòng ngừa bệnh tật [133]. Có nhiều yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của lycopene trong thực phẩm. Lycopene có trong màng tế bào của thực phẩm.
Lycopene được giải phóng ra khỏi thực phẩm trong quá trình tiêu hóa, cũng như trong quá trình nấu nướng và chế biến. Vì vậy, loại thực phẩm chứa lycopene là một yếu tố quyết định quan trọng về khả năng sinh học của lycopene [137]. Nghiên cứu của Stahl và cộng sự (1992) cho thấy rằng các đồng phân dạng cis của lycopen dễ hấp thu hơn đồng phân dạng all-trans. Hàm lượng lycopen trong nước quả cà chua có chỉ 20% đồng phân dạng cis, trong khi trong huyết thanh người có tới 50% đồng phân dạng cis sau khi sử dụng nước quả cà chua.
Trong nghiên 9 cứu này cũng cho thấy các đồng phân dạng cis được hấp thu trong cơ thể người tốt hơn đồng phân dạng all-trans. Đồng phân dạng cis hòa tan trong chất béo tốt hơn [148]. Cà chua sống Sốt cà chua Huyết thanh Tuyến tiền liệt Thời gian lưu (phút) Thời gian lưu (phút) Hình 1. Sắc ký đồ của các đồng phân cis và all-trans lycopen trong cà chua tươi, nước sốt cà chua, huyết thanh và tuyến tiền liệt [148] 1.
Hấp thu và phân phối của lycopen trong cơ thể Hấp thu lycopen từ thực phẩm bị ảnh hưởng bởi cấu trúc của thực phẩm chứa lycopen bị phá vỡ, nhiệt độ nấu, sự có mặt của chất béo và hợp chất hòa tan chất béo khác như các carotenoid khác. Tương tự như hấp thu các hợp chất hòa tan chất béo khác, lycopen được hấp thu qua bộ máy tiêu hóa theo cơ chế trung gian chylomicron [58], [130]. 10 Tế bào niêm Bạch huyết Khoang ruột Diềm bàn chải mạc ruột mạc treo ruột Lycopen Axit béo, Monoglyceride Muối mật Chuỗi phân tử lycopen Hình 1. Hấp thu lycopen trong đường ruột Lycopen trong chế độ ăn được kết hợp với nhau thành chuỗi các phân tử lycopen.
Hấp thu lycopen vào trong niêm mạc ruột được giúp đỡ bởi chuỗi các axit mật. Vì sản xuất ra mật được kích thích bởi chất béo trong chế độ ăn, nên tiêu thụ chất béo cùng với bữa ăn chứa lycopen làm tăng hiệu quả hấp thu lycopen. Lycopen được thấm qua màng nhầy của diềm bàn chải và được nén vào trong chylomicrons để chuyển vào mô bạch huyết mạc treo ruột và đi vào trong máu [68]. Lycopen được hấp thu thông qua hệ thống tuần hoàn phân chia khắp cơ thể.
Các tế bào trong các mô khác nhau, bao gồm tuyến thượng thận, thận, mỡ, lá lách, phổi, và các cơ quan sinh sản hấp thu lycopene nhờ tác động của enzyme lipase lipoprotein trong chylomicrons. Lycopene có thể tích tụ trong gan, hoặc có thể được tích tụ trong lipoprotein mật độ rất thấp (VLDL) và giải phóng ra từ gan để vào máu. Hầu hết các carotenoid có mặt trước tiên trong chylomicron và phần VLDL. Lipoprotein mật độ thấp (LDL) từ gan là chất mang chính của lycopene [68].
Lycopen là carotenoid chiếm ưu thế nhất trong huyết thanh người. Tinh hoàn, tuyến thượng thận, tuyến tiền liệt, vú và gan là các cơ quan có mức lycopen cao nhất trong cơ thể người [118], [147]. Hàm lượng lycopen trong một số bộ phận của cơ thể người được trình bày ở bảng 1. Hàm lượng lycopen trong một số bộ phận của cơ thể người [133] Cơ quan Lycopen (nmol/g) Tinh hoàn 4,34 - 21,36 Thượng thận 1,90 - 21,60 Gan 1,28 - 5,72 Tiền liệt 0,80 Vú 0,78 Tụy 0,70 Da 0,42 Đại tràng 0,31 Buồng trứng 0,30 Phổi 0,22 - 0,57 Thận 0,15 - 0,62 Dạ dày 0,20 1.
Vai trò của lycopen đối với sức khỏe của con người Mặc dù các nghiên cứu về lợi ích của lycopen mới chỉ được bắt đầu vào cuối thế kỷ 20. Nhưng trong khoảng thời gian tương đối ngắn, các nhà khoa học đã đưa ra được nhiều bằng chứng đáng kể cho thấy vai trò của lycopen đối với sức khoẻ con người như làm giảm nguy cơ phát triển các bệnh ung thư, bệnh về tim mạch như xơ vữa động mạch, bệnh mạch vành và sự lão hóa. do khả năng vô hiệu các gốc tự do đặc biệt là các oxy nguyên tử [59], [61], [79]. Quá trình oxy hóa tham gia vào quá trình gây ra một số bệnh mạn tính.
Trong cơ thể con người, các hoạt động trao đổi chất, hoạt động sống và chế độ ăn uống tạo ra các dạng oxy hoạt động (ROS) [134]. Các loại oxy nguyên tử và các phá hủy do quá trình oxy hóa gây ra đã được chứng minh là nguyên nhân gây ra các 12 bệnh mạn tính của con người. Về bản chất, oxy nguyên tử là chất có hại và có thể phá hủy DNA, chất béo, và các enzym. Các carotenoid, đặc biệt là lycopene, có khả năng quét sạch các ROS và các gốc peroxyl, bảo vệ tế bào chống lại tổn thương do oxy hóa gây ra [147], [159].
Trong vai trò như là một chất chống oxy hoá mạnh, lycopene ngăn cản sự oxy hóa LDL-C, là các cholesterol "xấu" dẫn đến xơ vữa động mạch và bệnh động mạch vành [61], [82]. Nguyên nhân gây ra sự lão hóa là do chuỗi phản ứng oxy hóa của các gốc tự do. Chống oxy hoá là cách tốt nhất ngăn chặn sự lão hóa của cơ thể. Chất chống oxy hóa có khả năng tiêu hủy gốc tự do, ngăn chặn được những phản ứng liên hoàn do gốc tự do gây ra, nhờ vậy mà chống được quá trình lão hóa.
Lycopen chính là chất có tác dụng tiêu hủy gốc tự do mạnh [67], [159].
