مقاله ای از حمید رقمی/ گیاهان و نقش مواد رنگزا درآنها
بسپار/ایران پلیمر کلروفیل و کارتینوئیدها چگونه ازگیاهِ مادرحفاظت می‌کنند؟
مواد گیاهی اولیه و ثانویه
گیاهان درکل دوگروه از انواع مواد تولید می کنند، گروه مواد «اولیه»که محصولات حاصل از متابولیسم گیاهی مانند کربن هیدرات ها(قندها)، چربی ها و پروتئین ها می باشند و عملکردهای بنیادین و تعیین کننده در رشد گیاهان دارند و گروه مواد ” ثانویه” که گیاهان آن ها را بیشتر”برای حفاظت از خود” تولید می کنند. مهمترین این مواد”ثانویه” گروه های مواد رنگزا هستند که یک گروه بزرگ ازآن ها کارتینوئیدها می باشند. کارتینوئیدها- در آنچه که به «رنگ» مربوط می شود- عامل وجودی رنگ های (عمدتاً) زرد، نارنجی و برخی از قرمز ها درسبزیجات و میوه ها می باشند. یکی ازمهمترین کارتینوئیدها لیکوپن، ماده رنگزای درون گوجه فرنگی، هندوانه و برخی دیگر ازمیوه ها و سبزیجاتِ نارنجی- قرمز است. تحقیقات انجام شده تاکنون به وضوح نشان داده است که این رنگزاها نه فقط “حافظ” گیاهانِ تولیدکننده آنها هستند، بلکه آثار بی قید و شرط و به اثبات رسیده ای در سلامتی انسان ها نیز دارند. لیکوپن یکی از تعداد بیش از 600 کارتینوئید است که تاکنون شناسائی شده و از این تعداد فقط تعدادکمی درغذاهای ما (انسان ها)وجودارد که مهمترین آنها لیکوپن (نارنجی -قرمز) ولوتئین (زرد ) می باشد
تغییررنگ ازسبز به نارنجی- قرمز و مکانیسم آن
گوجه فرنگی و بسیاری دیگر از میوه ها و صیفی جات نارس سبزرنگ هستند و خوشمزه هم نیستند. تغییر رنگ از سبز به رنگهای قرمز و نارنجی حاکی از رسیدن آن ها است و این تغییررنگ نه فقط برای انسان، که برای پرندگانی که از آن ها تغذیه می کنند نیزسیگنالی است تحت عنوان “قابل خوردن است “، بفرمائید میل کنید!
توضیح اینکه چشم پرندگان بر خلاف انسان که در محدوده فرا بنفش چیزی مشاهده نمی‌کند، درمحدوده فرابنفش نزدیک به مرئی نیز فعال است و رسیدن میوه ها را بسیار زود تر از انسان “کشف” می کند.
ماده رنگزای سبز کلروفیل است، یعنی همان رنگزائی که درپروسه فتوسنتز نقش حیاتی دارد. در فتوسنتزگیاه با استفاده از انرژی خورشید، کربن دی اکسید و آب را ابتدا به گلوکز(قند) و سپس آنرا به کربن هیدرات های دیگری مانند نشاسته و سلولز تبدیل می کند. درکنار این پروسه، ماده ای بسیارحیاتی برای سایر موجودات یعنی اکسیژن نیز تولید می‌شود.
حال – و به عنوان مثال در گوجه فرنگی- زمانی که گوجه فرنگی به اندازه کافی “پروار”شد و ظاهراً نیازی هم دیگربه کلروفیل ندارد، این ماده رنگزا را به سایر اجزاء گیاه برگردانده و بجای آن به افزایش ساخت رنگزای دیگری با نام لیکوپن می پردازد. لیکوپن یک کارتینوئید است که نقش چندانی‌در رشد گیاه نداشته و در عوض نقش دیگری دارد که چندان کم اهمیت هم نیست، حفاظت از گیاه درمقابل نور شدید خورشید و جلوگیری از “آفتاب سوختگی” !
(ساختار لیکوپن و … تشریح خواهد شد.)
هورمون رشدی به نام اِتن
همزمان با شروع پدیدارشدن رنگزای لیکوپن، گاز اِتن نیز توسط گیاه تولید می شود. این گا ز نقش یک هورمون رشد را داشته و در رسیدن میوه-دراینجاگوجه فرنگی(1)-بسیاراثرگذاراست .گاز اِتن همچنین دررسیدن میوه هائی مانند موز، سیب، گلابی ، هلو و.. .نقش مهمی دارد. اِتن نه تنها در ایجاد ماده رنگزای لیکوپن و سایر کارتینوئیدها موثراست، بلکه در”نرم ” شدن پوست میوه نیز نقش دارد. قابل توجه اینکه اتِن قادر است به رسیدن میوه کمک کند، حتی زمانی که میوه یا گوجه فرنگی کال برداشت می شود و برخلاف تفکر رایج که برای رسیدن و قرمز شدن باید در نورآفتاب قرارگیرد، درسایه و محیط های بسته نیز رسیده و قابل استفاده می گردد.
(1) گوجه فرنگی آنقدرمفیداست که باید درسبد میوه ها قرارداده شود !
حتماً شما نیزتاکنون متوجه شده ایدکه اگردرون یک‌جعبه میوه-به عنوان مثال سیب- یک سیب گندیده باشد، بقیه سیب ها نیز به سرعت خراب می شوند و این درست به این خاطر است که سیب گندیده مقدار بیشتری اِتن تولید می کند و اِتن “اضافی” خود باعث سریع تر فاسد شدن یا “زیادی رسیدن ” بقیه سیب ها می گردد.
آزمایش :
تعدادی گوجه فرنگی سبز(نارس) را درون یک جعبه مقوائی و درکنارآن ها یک عدد سیب یا موز کاملاً رسیده قراردهید.دریک جعبه با همان ابعاد، همان تعداد گوجه فرنگی را- این بار ولی- بدون سیب یا موز قراردهید. هرازچندگاهی جعبه ها را بازرسی کرده و مشاهدات خودرا –درصورت تمایل -درکامنت دونی وبلاگ گزارش کنید.
ماجرای جلوگیری از « آفتاب سوختگی» درگیاهان
نورخورشید به عنوان منبع انرژی برای گیاهان اهمیتی حیاتی دارد. تابش مستقیم و شدید خورشید ولی همانگونه که برای انسان میتواند مضر و یاحتی خطرناک باشد، به گیاهان نیزآسیب می رساند.گیاهان‌درآفتاب شدید نه قادرند به‌سایه رفته و نه استفاده از کرم های ضد آفتاب برایشان میسراست! پس برای جلوگیری ازآفتاب سوختگی چه می کنند؟
برای به وقوع پیوستن فتوسنتز نیاز به نور زیاد خورشید نمی باشد، برای این پروسه در هوای ابری نیز به اندازه کافی نور وجود دارد. برخی ازگیاهان نیز مجبور به کنارآمدن با نور بسیار کمتر می باشند، بدون اینکه در رشد و تکثیر چیزی کم بیاورند، در مناطق قطبی و هم چنین درسایه ناشی از وجود درختان بزرگ تر، همه جا فتوسنتز رخ می دهد.
درساعات میانی روزهای تابستان میزان انرژی خورشید در یک آسمان بدون ابرحداقل، هزار بار بیش از نیازی است که گیاه برای به سرانجام رساندن موفق پروسه فتوسنتز دارد. این انرژی “مازاد” که گیاه قادر به مصرف آن نیست باعث به وجود آمدن مقادیر زیادی رادیکال‌های اکسیژن است‌که بسیارهم فعال و تهاجمی عمل‌می‌کنند، این رادیکال‌ها می بایست قاعدتاً آسیب های جبران ناپذیری به گیاه رسانده وگیاه را به طورکامل “بسوزاند”، درصورتیکه چنین نیست و گیاه مکانیسم هائی برای مقابله با این پدیده را دارد.
سبز و نارنجی(مشترکاً)در مقابل‌آفتاب سوختگی
برای این هدف یعنی مقابله با آثار سوزانندگی آفتاب ماده رنگزای کارتینوئید(ها) فعال می شود. کلروفیل (سبز) و کارتینوئید (نارنجی) مشترکاً وارد عمل می شوند. ملکول کلروفیل انرژی موجود را ابتدا جذب می کند و سپس آنرا به ملکول کارتینوئید منتقل می نماید، کارتینوئید از این توانائی برخوردار است که انرژی (نوری) جذب شده را به گرما تبدیل کرده و به محیط اطراف منتقل کند. این همکاری مشترک (کو اُپراسیون) فقط تازمانی پا برجا است که اشعه های خورشید با نور “بسیارنورانی” پرتو افکنی می کند، حال و درصورت از راه رسیدن حتی فقط یک تکه ابر، ملکولهای کلروفیل وکارتینوئید “درهم‌آمیخته” و بطور مشترک وارد عمل می شوند. حال و پس از انجام ” این پروژه مشترک”، کلروفیل و کارتینوئید به همان سرعت که وارد “عملیات مشترک” شدند، به همان سرعت نیز از یکدیگر جدا شده و هریک به کار “اصلی” خود می پردازد .
مواد رنگزای گیاهی و نقش آنها درسلامتی
لیکوپین Lycopin (درگوجه فرنگی) و لوتئین Lutein (در اسفناج)
سرطان و بیماری های قلب و عروق دراروپا و سایر کشورهای صنعتی به مهمترین عامل مرگ و میر انسان ها تبدیل گردیده است. یک بیماری دیگر رایج و مرتبط با سالمندی، نوعی بیماری چشمی است که تقریباً یک چهارم افراد بالای 65سال به آن مبتلا می شوند. این بیماری در شبکیه چشم به تغییراتی درنقطه زرد که همان منطقه مسئول دید دقیق (Macula lutea ) باشد، منجرگردیده و دراثر پیشرفت به ازدست رفتن کامل قدرت بینائی می انجامد. نقش پیشگیری دراین بیماری بسیارپررنگ است و درحال حاضر به مرکز ثقل بسیاری از تحقیقات مرتبط تبدیل شده است.
لیکوپن
ساختار لیکوپن همانگونه که در تصویر مشاهده می شود، لیکوپن یک کربن هیدروژن (هیدروکربن) با طول زنجیر بلند است، با یک سیستم الکترونی پی( π ) با 13 باند دوگانه که 11 فقره آن کونژوگه می باشد. جذب این سیستم الکترونی در 469 nm (آبی- سبز) و رنگ مکمل آن نارنجی- قرمز است؛ رنگ گوجه فرنگی .
لیکوپن ماده رنگزای درون گوجه فرنگی، هندوانه و…. رنگ خود را مدیون وجود 11باند دوگانه کونژگه در ساختار بوده و ایزومری است غیر سیکلیک از بتا کاروتن. لیکوپن عمدتاً از طریق گوجه فرنگی و محصولات حاصل ازآن مانند سس، رب، کچاپ، سوپ و… به بدن وارد، از طریق سیستم گردش خون به بافت ها منتقل و درون این بافت ها به عنوان ماده رنگزا ی محلول در چربی ذخیره می شود. پروستات یکی ازمحل های تجمع این کارتینوئید در بدن می باشد.
لیکوپن؛ یک آنتی اکسیدان قدرتمند
ابتدا مختصری در باره رادیکال های آزاد و آنتی اکسیدان ها
رادیکال های آزاد، اتم ها، گروه های اتمی و ترکیباتی هستند بسیار رِاکتیو و ناپایدار، با حداقل یک الکترونِ جفت نشده در آخرین اوربیتال خارجی. عمده ترین این نوع ترکیبات دردو گروه بسیار مهم قرار دارند، گروه حامل رادیکال های آزاد، (عمدتاً) از نوع اکسیژن، مشتقات و ترکیبات واکنشگرایی از آن (reactive oxygen species )ROS و در رده بعدی، رادیکال های آزادی از نوع نیتروژن و ترکیبات واکنش گرایی از آن ها (reactive nitrogen species ) RNS . این رادیکال ها و ترکیبات ترجیحاً با ملکول های بزرگ آلی در سلول های بدن ترکیب شده و از این طریق انجام وظایف سلول ها را مختل می کنند. ویژگی ساختاری مهم رادیکال های آزاد در این است که (یا)یک الکترون” اضافی”دارند و یا اینکه یک الکترون ” کم “دارند. این رادیکال ها با انرژی بالا و ویژگی تهاجمی که دارند، در ” تلاش” هستند که الکترون اضافی خود را به ملکول دیگری که در نزدیکی آن ها است منتقل کرده و یا یک الکترون از همان ملکول ها ” شکار ” کرده و ازاین طریق یک موقعیت ” پایدار” پیدا کنند. سوژه های جذاب و قابل دسترسی آسان برای تهاجم رادیکال های آزاد( معمولاً) ملکول های آلی بزرگ مانند اسید های چرب غیر اشباع (در کل)، در ساختار پروتئین ها، آنزیم ها، ممبران یا پوسته سلولی و ترکیبات حامل عوامل ژنتیکی، می باشند. اسید های چرب غیر اشباع در این شرایط یا یک الکترون به رادیکال آزاد واگذار کرده و یا اینکه الکترونِ ” اضافی” رادیکال آزاد را پذیرا شده و با این کار رادیکال آزاد ” اولیه ” را به آرامش می رسانند. اکنون ولی این اسید های چرب، با داشتن یک الکترون اضافی” آرامش ” خود را از دست داده و مهم تر اینکه، به عنوان جزء مهمی از پوسته سلولی ( یا ممبران)، عملکِرد خود به عنوان محافظ برای سلولِ ” مادر” را نیز از دست می دهند. در ادامه ماجرا، این اسید چرب با یک الکترون اضافی برای رسیدن به “آرامش” سعی در جذب یک الکترون ” از ملکولی دیگر” می کند و در نتیجه کل پروسه بصورت یک واکنش زنجیره ای ادامه می یابد. نتیجه نهائی وجود این واکنش های زنجیره ای بخصوص در شرایطی که مقابله آنتی اکسیداتیوی با آن نا توان باشد، بروز پدیده ایست که به “اِسترس اکسیداتیو” (oxidative stress ) معروف است
آنتی اکسیدان ها و استرس اکسیداتیو
آنتی اکسیدان ها ترکیباتی هستند که به خنثی کردن رادیکال های آزاد- و در نتیجه آثار مضر آن ها- مانند استرس اکسیداتیو (oxidative stress ) کمک می کنند. استرس اکسیداتیو ( خود) زمانی رخ می دهد که رادیکال های آزاد وآسیب رساننده به سلول های سالم، در بدن ایجاد و انباشته می شوند. رادیکال های آزاد عموماً عاملی برای شروع و بروز برخی از بیماری ها می باشند.
استرس اکسیداتیو یا “فشار اکسیداتیو” می تواند به اکسیداسیون و رسوب لیپوپروتئین یا همان کلسترین (یا کلسترول) و به ویژه نوع کم تراکمِ آن یعنی LDL( Low Density Lipoprotein) که به “کلسترول بد” مشهوراست، بخصوص در دیواره رگ ها منتهی شود، پروسه ای که عاملی تعیین کننده در بروز برخی از بیماری های قلب و عروق مانند آرتریواسکلروز (Arteriosklerose ) می باشد. استرس اکسیداتیو می تواند همچنین انواع سرطان ها را” راه اندازی” کرده و یا به تسریعِ پیشرفت آن ها بیانجامد. حداقل تخریبی که استرس اکسیداتیو (به عنوان عامل) درشناسنامه اش ثبت شده، این است که پروسه “پیر شدن ” سلولی ( aging) را به میزان قابل ملاحظه ای،”جلو می اندازد ”
گروه های ترکیبات آنتی اکسیدان
آنتی اکسیدان ها بر اساس ” مبدأ “در کل دو گروه را شامل می شوند. گروه اول در ارگانیسم ایجاد می گردند، مانند برخی از آنزیم ها، هورمون ها، مواد و ترکیبات حاصل از متابولیسم. گروه دوم آندسته هستند که از طریق مواد غذائی به بدن وارد می شوند، مانند ویتامین های سی ، ای ، سلنیوم، مواد گیاهی ” ثانویه” – در بخش اول مقاله به آن اشاره شد- از جمله در سبزیجات، میوه ها ، مغز ها ( آجیل و خشکبار)!
آنتی اکسیدان ها در مقابله با رادیکال های آزاد و…
معمولاً یک تعادل یا بالانس بین آنتی اکسیدان ها و عوامل اصلی انتقال دهنده رادیکال های آزاد مانند انواع ترکیبات واکنش پذیر اکسیژن یا ROS وجود دارد. جهت برهم زدن این تعادل یا بالانس، مسابقه یا نبردی بین دوگروه که در مقابل یکدیگر قرار دارند در جریان است. گروه اول شامل ترکیبات حامل رادیکال های آزاد، (عمدتاً )از نوع ترکیبات رِاکتیو اکسیژن (reactive oxygen species ) ROS و گروه دوم شامل آنتی اکسیدان ها ی طبیعی و سنتزی می باشند. حال هرگاه وضعیت بالانس بین این دو گروه به نفع گروه اول تغییر کند، یعنی تهاجم به وسیله تعداد زیادی رادیکال های آزاد صورت گیرد، دراین صورت این اجزاء به عنوان برنده مسابقه، آثار مخرب خود را بجا می گذارند. این آثار عبارتند از ضایعات ملکولی، ( پروتئین ها، لیپید ها، دی اِن ای و تغییرات در انتقال پیام( به وسیله سنسور های پیام رسان)که حداقل نتیجه آن پیر شدگی (aging)؛ و در مواردی، بیماری و مرگ سلولی است. با این توصیف لازم است که از تغییر این ” بالانس” به نفع گروه یک، جلوگیری شود، آن هم به وسیله گروه آنتی اکسیدان ها.
مهم : در اینجا یک آنتی اکسیدانِ پرقدرت، در صورت وجود، به کمک می آید و واکنش زنجیره ای را قطع می کند !
برخی از ویتامین ها، فلاوُنیدها و آنتوسیان ها، سولفید ها، هورمون ها مانند ملاتونین و برخی از آنزیم ها قادرند واکنش زنجیره ای مذکور را از طریق جذب الکترون های آزادِ “نا محبوب”، متوقف کرده و از تخریب بیشتر سلول ها جلوگیری نماید. آنتی اکسیدان های “مشارکت کننده” در این پروسه، خود به نوعی تغییر یافته و عملاً از بین می روند. قابل ذکر اینکه آنتی اکسیدان ها ازجمله ویتامین ها ی آنتی اکسیداتیو (بعضاً) به ” شکارچیان رادیکال های آزاد ” نیز معروفند. ویتامین C ، E ، بتا کاروتین و برخی از عناصر در مواد معدنی مانند (selenium, zink ) در این دسته ترکیبات قرار دارند.
ادامه موضوع لیکوپن
لیکوپن، یک آنتی اکسیدان از گروه کارتینوئیدها
لیکوپن قادر است با دارا بودن 11 اتصال دوگانه کونژوگه به عنوان یک ترکیب احیا کننده (reducing agent) با ترکیبات قابل اکسید شده واکنش کرده، آن ها را احیا کرده و خود اکسید شود ( الکترون از دست دهد) و بدین ترتیب از اکسید شدن ملکول های دیکر جلوگیری نماید. لیکوپن همچنین می تواند انرژیِ ترکیبات برانگیخته یا ” تحریک شده ” را جذب نموده واکنشگرایی آن ها را کاهش دهد. تعداد زیادی از تحقیقات انجام شده از جمله :
(Matos et al., 2000) und (Rao et al.,1998; Chen et al., 2001; Böhm et al., 2002) نشان دادند که لیکوپن از یک پتانسیِل بالای آنتی اکسیداتیوی برخوردار بوده و قادراست ترکیبات واکنشگرایی از نوع (ROS ) و (NOS ) که در جدول تصویر فوق نشان داده شد ه اند را جذب نموده و از این طریق غیر فعال یا ” بی خطر” سازد.
در لیکوپن با باز شدن حلقهِ (بتا)و افزایش باندهای دوگانه ، افزایش فعالیت آنتی اکسیدانی ملکول لیکوپن مشاهده شده است. مطا لعات متعدد همچنین نشان داده اند که ویژگی لیکوپن در مقابله با زینگلت اکسیژن و خنثی سازی آن در میان کارتینووئید ها، بیشترین در طبیعت است، به عبارت دیگر یون لیکوپن رادیکال ایجاد شونده بهترین و ” موثرترین” برای مقابله با رادیکال ها بخصوص از نوع زینگلت اکسیژن می باشد.
مهم و قابل توجه
لازم است اشاره شود که برخلاف عادت رایج که گفته می شود “سبزیجات ومیوه جات با پخته شدن کم اثر می شوند” گوجه فرنگی با پخته شدن “پراثر تر” نیز می گردد، زیرا لیکوپن موجود درآن با دما و همچنین عوامل مکانیکی آزاد شده و برای اهداف مورد نظر دردسترس (تر) قرار میگیرد.
اهمیت وجود لیکوپن درحفظ سلامتی درحدی است که از سال 2006 یک پروژه علمی تحقیقاتی روی” گوجه فرنگی واثرات مفید آن برای سلامتی انسان” از طرف اتحادیه اروپا با عنوان LYCOCARD در دستورکارقرارگرفت و نتایج آن نیز درسال 2012 اعلام شد. در اینجا از ذکر جزئیات آن صرفنظر می گردد.
لوتئین
لوتئین کارتینوئیدی است زردرنگ که ازطریق سبزیجات سبز مانند اسفناج و غیره به بدن وارد می شود. درارتباط با اسفناج و مشابه لازم به ذکراست که لوتئین زردرنگ دراین گیاهان تحت الشعاع کلروفیل (سبز رنگ)قرارگرفته است.
آزمایش
یک آزمایش ساده زرد رنگی لوتئین را به اثبات می رساند و آن بدین ترتیب است که هرگاه یک عدد فلفل دلمه را درمقداری هیدروکلریک اسید قراردهیم، پس از کوتاه زمانی با یک فلفل دلمه زردرنگ مواجه خواهیم بود زیرا کلروفیل در مقابل اسید تاب نیاورده و از بین می رود و رنگ زرد لوتئین نمایان می گردد.
لوتئین و یک کارتینوئید دیگر به نام زاگزانتین (Zeaxanthin ) مشترکاً در ماکولا یعنی همان جائی که از تجمع آن ها لکه زرد به وجود می آید، تجمع می کنند. لوتئین (و زاگزانتین ) در ماکولا با جذب طول موج های پرانرژی (آبی) خطرات بالقوه ای را که شبکیه را تهدید میکند، خنثی می نماید. بیماری لکه زرد همان گونه که درتصویر مشاهده می شود با کمبود لوتئین بروزمی کند. بررسی ها و مطالعات دقیق نشان داده اند که با مصرف روزانه 12 میلی گرم لوتئین، پیگمنت ماکولا به لحاظ سطح 24% و به لحاظ حجم حدود 39% تقویت می گردد. بهترین مواد غذایی حاوی دو کارتینویید نامبرده سبزیجات سبز رنگ هستند. با مصرف کافی از این نوع سبزیجات می توان به تا حدود 6 تا 10 میلی گرم از این دو ماده دریافت کرد. برخی از مطالعات انجام شده نشان داده اند که با مصرف روزانه 4 میلی گرم از این دو ماده ، پیشرفت بیماری ماکولا متوقف می گردد.
