El β-caroteno ( betacaroteno ) es un pigmento orgánico de color rojo anaranjado fuerte que abunda en hongos, [7] plantas y frutas. Es miembro de los carotenos , que son terpenoides (isoprenoides), sintetizados bioquímicamente a partir de ocho unidades de isopreno y que, por tanto, tienen 40 carbonos .
El β-caroteno dietético es un compuesto provitamina A que se convierte en el cuerpo en retinol (vitamina A). [8] En los alimentos, tiene un rico contenido en zanahorias, calabaza , espinacas y batatas . [8] Se utiliza como suplemento dietético y puede recetarse para tratar la protoporfiria eritropoyética , una condición hereditaria de sensibilidad a la luz solar. [9]
El β-caroteno es el carotenoide más común en las plantas. [8] Cuando se utiliza como colorante alimentario , tiene el número E E160a. [10] : 119 La estructura fue deducida en 1930. [11]
El aislamiento de β-caroteno de frutas abundantes en carotenoides se realiza comúnmente mediante cromatografía en columna . Se extrae industrialmente de fuentes más ricas como el alga Dunaliella salina . [12] La separación del β-caroteno de la mezcla de otros carotenoides se basa en la polaridad de un compuesto. El β-caroteno es un compuesto no polar, por lo que se separa con un disolvente no polar como el hexano . [13] Al ser altamente conjugado , tiene un color intenso y, como hidrocarburo que carece de grupos funcionales, es lipófilo .
Los carotenoides vegetales son la principal fuente dietética de provitamina A en todo el mundo, siendo el β-caroteno el carotenoide provitamina A más conocido. [8] Otros incluyen α-caroteno y β-criptoxantina . [8] La absorción de carotenoides está restringida al duodeno del intestino delgado . Una molécula de β-caroteno puede ser escindida por la enzima intestinal β,β-caroteno 15,15'-monooxigenasa en dos moléculas de vitamina A. [8] [14] [15]
Como parte del proceso digestivo, los carotenoides de origen alimentario deben separarse de las células vegetales e incorporarse a micelas que contienen lípidos para que sean bioaccesibles para los enterocitos intestinales . [8] Si ya se extrae (o es sintético) y luego se presenta en una cápsula de suplemento dietético llena de aceite, existe una mayor biodisponibilidad en comparación con la de los alimentos. [dieciséis]
En la pared celular de los enterocitos, el β-caroteno es absorbido por el receptor depurador de proteínas transportadoras de membrana de clase B, tipo 1 (SCARB1). Luego, el β-caroteno absorbido se incorpora como tal en quilomicrones o primero se convierte en retina y luego en retinol, unido a la proteína de unión a retinol 2 , antes de incorporarse a los quilomicrones. [8] El proceso de conversión consiste en una molécula de β-caroteno escindida por la enzima beta-caroteno 15,15'-dioxigenasa , que está codificada por el gen BC01, en dos moléculas de retina. [8] Cuando el retinol plasmático está en el rango normal, la expresión genética de SCARB1 y BC01 se suprime, creando un circuito de retroalimentación que suprime la absorción y conversión de β-caroteno. [dieciséis]
La mayoría de los quilomicrones son absorbidos por el hígado y luego secretados en la sangre reempaquetados en lipoproteínas de baja densidad (LDL). [8] A partir de estas lipoproteínas circulantes y los quilomicrones que pasaron por alto el hígado, el β-caroteno ingresa a las células a través del receptor SCARB1. Los tejidos humanos difieren en la expresión de SCARB1 y, por tanto, en el contenido de β-caroteno. Ejemplos expresados como ng/g, peso húmedo: hígado=479, pulmón=226, próstata=163 y piel=26. [dieciséis]
Una vez absorbido por las células del tejido periférico, el uso principal del β-caroteno absorbido es como precursor del retiniano mediante escisión simétrica por la enzima beta-caroteno 15,15'-dioxigenasa, que está codificada por el gen BC01. [8] Una cantidad menor es metabolizada por la enzima mitocondrial betacaroteno 9',10'-dioxigenasa, que está codificada por el gen BC02. Los productos de esta escisión asimétrica son dos moléculas de beta-ionona y rosaflueno. BC02 parece participar en la prevención de la acumulación excesiva de carotenoides; un defecto BC02 en pollos da como resultado un color amarillo de la piel debido a la acumulación en la grasa subcutánea. [17] [18]
Para contar la ingesta dietética de vitamina A, el β-caroteno se puede convertir utilizando los equivalentes de actividad del retinol (RAE) más nuevos o la unidad internacional (UI) más antigua. [8]
Desde 2001, el Instituto de Medicina de EE. UU. utiliza equivalentes de actividad del retinol (RAE) para sus ingestas dietéticas de referencia, definidas de la siguiente manera: [8] [19]
La RAE tiene en cuenta la absorción variable de los carotenoides y su conversión en vitamina A por parte de los seres humanos mejor que el antiguo equivalente de retinol (RE) y lo reemplaza (1 µg RE = 1 µg de retinol, 6 µg de β-caroteno o 12 µg de α-caroteno o β- criptoxantina). [19] RE fue desarrollado en 1967 por las Naciones Unidas/ Organización Mundial de la Salud (FAO/OMS). [20]
Otra unidad más antigua de actividad de la vitamina A es la unidad internacional (UI). [8] Al igual que el equivalente de retinol, la unidad internacional no tiene en cuenta la absorción variable de carotenoides y la conversión en vitamina A por parte de los humanos, así como el equivalente de actividad de retinol más moderno. Desafortunadamente, las etiquetas de alimentos y suplementos todavía generalmente usan UI, pero las UI se pueden convertir al equivalente de actividad de retinol, más útil, de la siguiente manera: [19]
La ingesta diaria promedio de β-caroteno está en el rango de 2 a 7 mg, según se estima a partir de un análisis conjunto de 500.000 mujeres que viven en los EE. UU., Canadá y algunos países europeos. [21] El betacaroteno se encuentra en muchos alimentos y se vende como suplemento dietético . [8] El β-caroteno contribuye al color naranja de muchas frutas y verduras diferentes. El gac vietnamita ( Momordica cochinchinensis Spreng.) y el aceite de palma crudo son fuentes particularmente ricas, al igual que las frutas amarillas y anaranjadas, como el melón , los mangos , la calabaza y las papayas , y los tubérculos de color naranja, como las zanahorias y las batatas . [8]
El color del β-caroteno está enmascarado por la clorofila en los vegetales de hojas verdes como la espinaca , la col rizada , las hojas de camote y las hojas de calabaza dulce . [8] [22]
El Departamento de Agricultura de EE. UU. enumera alimentos con alto contenido de β-caroteno: [23]
Las organizaciones gubernamentales y no gubernamentales no han establecido requisitos dietéticos de β-caroteno. [dieciséis]
El exceso de β-caroteno se almacena principalmente en los tejidos grasos del cuerpo. [8] El efecto secundario más común del consumo excesivo de β-caroteno es la carotenodermia, una afección físicamente inofensiva que se presenta como un llamativo tinte de piel anaranjado que surge del depósito del carotenoide en la capa más externa de la epidermis . [8] [9] [16] [24]
La carotenodermia , también conocida como carotenemia, es una afección médica benigna y reversible en la que un exceso de carotenoides en la dieta provoca una decoloración anaranjada de la capa más externa de la piel. [8] Se asocia con un valor alto de β-caroteno en sangre. Esto puede ocurrir después de uno o dos meses de consumo de alimentos ricos en betacaroteno, como zanahorias, jugo de zanahoria, jugo de mandarina, mangos o, en África, aceite de palma rojo. Los suplementos dietéticos de β-caroteno pueden tener el mismo efecto. La decoloración se extiende a las palmas y plantas de los pies, pero no a la parte blanca del ojo , lo que ayuda a distinguir la afección de la ictericia . La carotenodermia es reversible al cesar la ingesta excesiva. [25] Se ha confirmado que el consumo de más de 30 mg/día durante un período prolongado produce carotenemia. [16] [26]
En la pared celular de los enterocitos , el β-caroteno es absorbido por el receptor depurador de proteínas transportadoras de membrana de clase B, tipo 1 (SCARB1). Luego, el β-caroteno absorbido se incorpora como tal en quilomicrones o primero se convierte en retina y luego en retinol, unido a la proteína de unión a retinol 2 , antes de incorporarse a los quilomicrones. El proceso de conversión consiste en una molécula de β-caroteno escindida por la enzima beta-caroteno 15,15'-dioxigenasa , codificada por el gen BC01, en dos moléculas de retina. Cuando el retinol plasmático está en el rango normal, se suprime la expresión genética de SCARB1 y BC01, creando un circuito de retroalimentación que suprime la absorción y la conversión. Debido a estos dos mecanismos, una ingesta elevada no provocará hipervitaminosis A. [dieciséis]
El β-caroteno puede interactuar con medicamentos utilizados para reducir el colesterol . [8] Tomarlos juntos puede reducir la eficacia de estos medicamentos y se considera solo una interacción moderada. [8] Los secuestradores de ácidos biliares y los inhibidores de la bomba de protones pueden disminuir la absorción de β-caroteno. [27] El consumo de alcohol con β-caroteno puede disminuir su capacidad de convertirse en retinol y posiblemente podría provocar hepatotoxicidad . [28]
Las dosis altas crónicas de suplementos de β-caroteno aumentan la probabilidad de cáncer de pulmón en los fumadores . [8] [29] El efecto es específico de la dosis de suplementación ya que no se ha detectado daño pulmonar en quienes están expuestos al humo del cigarrillo e ingieren una dosis fisiológica de β-caroteno (6 mg), a diferencia de las dosis farmacológicas altas ( 30 mg). Por tanto, la oncología del β-caroteno se basa tanto en el humo del cigarrillo como en altas dosis diarias de β-caroteno. [8] [30]
El aumento del cáncer de pulmón puede deberse a la tendencia del β-caroteno a oxidarse [31] y puede acelerar la oxidación más que otros colorantes alimentarios como el achiote . Un producto de descomposición del β-caroteno que se sospecha que causa cáncer en dosis altas es el trans -β-apo-8'-carotenal ( apocarotenal común ), que en un estudio se encontró que es mutagénico y genotóxico en cultivos celulares que no responden al β-caroteno. -caroteno en sí. [32]
Además, los suplementos de β-caroteno en dosis altas pueden aumentar el riesgo de cáncer de próstata , hemorragia intracerebral y mortalidad cardiovascular y total en personas que fuman cigarrillos o tienen antecedentes de exposición de alto nivel al asbesto . [8] [9]
El β-caroteno se produce industrialmente mediante síntesis total (ver Retinol § Síntesis industrial ) o mediante extracción de fuentes biológicas como vegetales, microalgas (especialmente Dunaliella salina ) y microbios modificados genéticamente. El camino sintético es de bajo costo y alto rendimiento. [33]
Las autoridades médicas generalmente recomiendan obtener betacaroteno de los alimentos en lugar de suplementos dietéticos. [8] Un metanálisis de ensayos controlados aleatorios realizado en 2013 concluyó que la suplementación con dosis altas (≥9,6 mg/día) de betacaroteno se asocia con un aumento del 6 % en el riesgo de mortalidad por todas las causas , mientras que las dosis bajas (< 9,6 mg/día) la suplementación no tiene un efecto significativo sobre la mortalidad. [34] La investigación es insuficiente para determinar si un nivel mínimo de consumo de betacaroteno es necesario para la salud humana y para identificar qué problemas podrían surgir de una ingesta insuficiente de betacaroteno. [35] Sin embargo, un metanálisis de 2018, principalmente de estudios de cohortes prospectivos, encontró que tanto el betacaroteno dietético como el circulante se asocian con un menor riesgo de mortalidad por todas las causas. La categoría de betacaroteno circulante más alta, en comparación con la más baja, se correlacionó con una reducción del 37% en el riesgo de mortalidad por todas las causas, mientras que la categoría de ingesta dietética más alta de betacaroteno, en comparación con la más baja, se relacionó con una disminución del 18%. en el riesgo de mortalidad por todas las causas. [36]
La degeneración macular asociada a la edad (DMAE) representa la principal causa de ceguera irreversible en personas mayores. La DMAE es un estrés oxidativo, una enfermedad de la retina que afecta a la mácula provocando una pérdida progresiva de la visión central. [37] El contenido de β-caroteno se confirma en el epitelio pigmentario de la retina humana. [16] Las revisiones informaron resultados mixtos para los estudios observacionales, y algunos informaron que las dietas con alto contenido de β-caroteno se correlacionaban con un menor riesgo de DMAE, mientras que otros estudios no informaron beneficios. [38] Las revisiones informaron que para los ensayos de intervención que utilizaron solo β-caroteno, no hubo cambios en el riesgo de desarrollar DMAE. [8] [38] [39]
Un metanálisis concluyó que la suplementación con β-caroteno no parece disminuir el riesgo de cáncer en general, ni de cánceres específicos, incluidos: páncreas, colorrectal, próstata, mama, melanoma o cáncer de piel en general. [8] [40] Los niveles altos de β-caroteno pueden aumentar el riesgo de cáncer de pulmón en fumadores actuales y anteriores. [8] [41] Esto probablemente se debe a que el betacaroteno es inestable en los pulmones expuestos al humo del cigarrillo, donde forma metabolitos oxidados que pueden inducir enzimas bioactivadoras de carcinógenos. [42] Los resultados no son claros para el cáncer de tiroides. [43]
Una revisión Cochrane analizó la administración de suplementos de β-caroteno, vitamina C y vitamina E, de forma independiente y combinada, en personas para examinar las diferencias en el riesgo de cataratas , la extracción de cataratas, la progresión de las cataratas y la desaceleración de la pérdida de agudeza visual. Estos estudios no encontraron evidencia de ningún efecto protector proporcionado por la suplementación con β-caroteno para prevenir y retardar las cataratas relacionadas con la edad. [44] Un segundo metanálisis recopiló datos de estudios que midieron el betacaroteno sérico derivado de la dieta e informaron una disminución no estadísticamente significativa del 10 % en el riesgo de cataratas. [45]
Se pueden utilizar dosis altas de β-caroteno (hasta 180 mg por día) como tratamiento para la protoporfiria eritropoyética , un raro trastorno hereditario de la sensibilidad a la luz solar, sin efectos tóxicos. [8] [9]
Los alimentos ricos en colorantes caretenoides muestran decoloración al secarse. Esto se debe a la degradación térmica de los caretenoides, posiblemente mediante reacciones de isomerización y oxidación. [46]