Растения – продуценты биологически активных веществ

4) Агликоны (генины) стероидных сапонинов и стероидных гликоалкалоидов; типичные представители их -- диосгенин (II, Х=О) и соласодин (II, Х== NH); обе группы характерны для растений семейства лилейных, норичниковых и паслёновых и в виде гликозидов обладают поверхностно-активными и гемолитическими свойствами.

5) Стероидные алкалоиды др. типов: С₂₇-алкалоиды с модифицированным стероидным скелетом (йервератровые и цевератровые), стимулирующие сокращение поперечнополосатых мышц; растительные С₂₁-алкалоиды, обладающие бактерицидным и амёбоцидным действием, и модифицированные С₂₁-алкалоиды из желёз земноводных (самандарон, батрахотоксин и др.), являющиеся сильными ядами центральной нервной системы и кардиотоксинами.

6) Сердечные генины, содержащие боковую цепь в виде ненасыщенного пятичленного (С₂₃-карденолиды) или шестичленного (C₂₄-буфадиенолиды) лактонного цикла; обладают способностью усиливать сокращение сердечной мышцы путём ингибирования фермента ЛТФ-азы в мембранах клеток сердца; карденолиды встречаются во многих растениях, буфадиенолиды -- преимущественно в яде из кожных желёз жаб.

7) Стероидные половые гормоны и продукты их превращений, определяющие развитие и функционирование половой системы у животных. К ним относятся прогестерон и родственные ему С₂₁-соединения, у которых боковая цепь R содержит два углеродных атома, а также мужские половые гормоны -- андрогены, содержащие 19 атомов углерода, и женские половые гормоны -- эстрогены, содержащие 18 атомов углерода; у андрогенов и эстрогенов на месте боковой цепи находится гидроксильная или карбонильная группа.

8) Гормоны коры надпочечников -- кортикостероиды (R = СОСН₂ОН); регулируют баланс электролитов и углеводный обмен в организме позвоночных.

3.1.2 Стерины

Стерины, стеролы, циклические спирты, относящиеся к классу стероидов, широко распространены в живой природе. Большинство стеринов -- оптически-активные кристаллические вещества, растворимые в органических растворителях и нерастворимые в воде. Общим предшественником стеринов у микроорганизмов, растений и животных служит углеводород сквален, превращающийся в циклический ланостерин (С₃₀Н₅₀О) или в его изомер циклоартенол, из которых затем образуются различные стерины, содержащие 27--29 атомов углерода. Важнейший стерин животных -- холестерин, самый распространённый стерин грибов, в том числе дрожжей,-- эргостерин, а из обширной группы стеринов растений (фитостеринов) наиболее распространены b-ситостерин и стигмастерин.

У высших животных стерины содержатся в нервной ткани, печени, клетках спермы и т.д.: образуя с высшими жирными кислотами сложные эфиры, они служат их переносчиками в организме. В растениях стерины находятся в свободном состоянии или в соединении с жирными кислотами (т. н. стериды), углеводами (т. н. фитостеролины) или с теми и другими вместе. Стерины, поступающие с пищей, используются для синтеза гормонов насекомыми, которые не обладают ферментами, необходимыми для первых стадий биосинтеза стеринов. К стеринам относят гормоны линьки насекомых и антеридиол, индуцирующий половое размножение некоторых низших грибов. Близки к стеринам витанолиды (ненасыщенные лактоны) и кукурбитацины (ненасыщенные горькие вещества из тыквенных растений), а также сапогенины морских беспозвоночных и входящие в состав ланолина и восков ланостерин и др. тритерпены со стерановым углеродным скелетом. Наиболее изученные биохимические функции стеринов -- превращение холестерина в стероидные гормоны и эргостерина в витамины группы D под действием ультрафиолетового света. Стерины входят в состав биологических мембран как их структурные компоненты. Доступные стерины (холестерин, эргостерин, b-ситостерин) используются как сырьё для промышленного получения стероидных гормонов и витаминов группы D.

3.1.3 Сердечные гликозиды или карденолиды

Сердечные гликозиды, или карденолиды, образуют самую фармакологически важную группу изопреноидов. Их молекулы построены из стероидной части (агликона) и нескольких сахарных остатков. Наиболее значимыми для медицины растениями -- продуцентами карденолидов являются наперстянка и строфант. Из наперстянки пурпуровой (Digitalis purpurea L.) и наперстянки шерстистой (D. lanata L.) выделено более 50 карденолидов -- ланатозидов и пурпуреагликозидов, в том числе дигитоксин. Карденолиды отличаются друг от друга строением агликона и сахарной части, в состав которой кроме глюкозы входят сахара весьма необычного строения (дигитоксоза, цимароза).

Лиана Strophanthus kombe L. произрастает во влажных тропических лесах Африки. Местное население с давних времен использовало сок этого растения в качестве яда для стрел. Только в 1937 году после длительных исследований из семян строфанта выделили природный гликозид к-строфантозид, который широко вошел в медицинскую практику и является незаменимым средством для оказания скорой помощи: он действует на сердце через 1--3 мин после внутривенного введения.

Сердечные гликозиды являются активным началом еще одного широко известного лекарственного растения -- ландыша майского (Convallaria majalis L.). Его лекарственные свойства известны очень давно и не утратили своего значения до сих пор. Раньше из ландыша готовили лекарства от водянки, сердечных болезней, эпилепсии, лихорадки. Из ландыша были выделены карденолиды, причем некоторые из них, например конваллотоксин, по активности превосходят другие сердечные гликозиды -- дигитоксин, цимарин. Изучение механизма действия карденолидов на сердце показало, что они влияют на систолическое сокращение мышцы миокарда, воздействуя на транспорт ионов калия и натрия, осуществляемый мембранной АТФ-азой -- ферментом, который обеспечивает миокард энергией.

Другие важные для медицины группы изопреноидов представляют собой тритерпеновые гликозиды, или сапонины. Их название происходит от способности этих соединений к пенообразованию, вызванному высокой поверхностной активностью сапонинов. Большинство представителей этой группы имеют высокую биологическую активность, которая обусловливает лечебное действие и соответственно лекарственное применение таких известных биостимуляторов, как женьшень, солодка, аралия. Подобно сердечным гликозидам, эти соединения также состоят из агликона стероидного или тритерпеноидного строения и сахарной части. Чаще всего в ее состав входят такие сахара, как глюкоза, рамноза, ксилоза, арабиноза.

Женьшень (Panax ginseng C.A. Mey.) называют корнем жизни. Он известен народной медицине Востока уже несколько тысячелетий. Настойка корней женьшеня обладает тонизирующими, стимулирующими и адаптогенными свойствами, повышает сопротивляемость организма к заболеваниям. Женьшень оказывает благотворный эффект при гипотонии, нервных заболеваниях и депрессиях. Эти свойства особенно важны в наше время, когда условия современной жизни требуют от человека чаще всего не физических, а умственных и эмоциональных усилий. Своим тонизирующим действием женьшень обязан не только комплексу тритерпеновых гликозидов -- панаксозидов, а также содержащимся в нем витаминам С, В₁, В₂, пантотеновой, никотиновой и фолиевой кислотам.

3.1.4 Стероидные гликозиды

Стероидные гликозиды по биологической активности несколько отличаются от тритерпеновых. Они обладают фунгицидными (противогрибковыми), бактерицидными, гемолитическими (разрушающими кровь) свойствами. В последнее время у некоторых представителей этой группы соединений выявлена заметная противораковая активность. Возможность их применения в медицине пока только исследуется, хотя уже сейчас у отдельных стероидных гликозидов отмечены заметная адаптогенная (антистрессовая), антиоксидантная, иммуностимулирующая активности и способность стимулировать овуляцию у животных.

Однако основное их значение для современной медицины заключается в том, что стероидные гликозиды служат исходным сырьем для синтеза многих гормональных и противозачаточных средств. Осуществлять химическим путем общий синтез стероидного ядра с определенными, важными для сохранения биологической активности особенностями стереохимической конфигурации молекулы чрезвычайно дорого и нецелесообразно. Гораздо удобнее и дешевле использовать уже готовое стероидное ядро, присутствующее в агликоне этих гликозидов. Начиная с 40-х годов для получения стероидного сырья в основном используют агликон диосгенин, получаемый в результате кислотного гидролиза гликозидов, накапливающихся в корневищах различных видов лиан из рода Dioscorea.

В настоящее время более 50% всех стероидных лекарственных средств (главным образом аналогов кортикостероидов, мужских и женских половых гормонов, а также противозачаточных средств) получают из диосгенина, годовая потребность в котором составляет 1000 т.

3.1.5 Каротиноиды

Каротиноиды, жёлтые, оранжевые или красные пигменты (циклические или ациклические изопреноиды), синтезируемые бактериями, грибами и высшими растениями. Животные обычно не образуют каротиноиды, но используют их для синтеза витамина А. К ним относятся широко распространённые в растениях каротин и ксантофиллы; ликопин (С₄₀Н₅О) -- в плодах томатов, шиповника, паслена; зеаксантин (С₄₀Н₅₆О₂) -- в семенах кукурузы; виолаксантин и флавоксантин -- в плодах тыквы; криптоксантин (C₄₀H₅₆O) -- в плодах дынного дерева; физалин (C₇₂H₁₁₆O₄) -- в цветках и плодах физалиса; фукоксантин (С₄₀Н₅₆О₆) -- в бурых водорослях; кроцетин (C₂₀H₂₄O₄) -- в рыльцах шафрана; тараксантин (C₄₀H₅₆O₄) -- в цветках львиного зева, белокопытника и др. Относительное содержание различных каротиноидов меняется в процессе развития растений и под влиянием условий среды. В клетке их концентрация наиболее высока в пластидах. Каротиноиды способствуют оплодотворению растений, стимулируя прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок, участвуют в поглощении света растениями и восприятии его животными; играют большую роль в процессах фотосинтеза, а также в переносе кислорода в растениях. Число и положение двойных связей в молекулах каротиноидов определяют их окраску, а при большем числе двойных связей они поглощают в длинноволновой части спектра; цвет их ярко-оранжевый или красный.

3.1.6 Ксантофиллы

Кислородсодержащие каротиноиды, главная составная часть жёлтых пигментов в листьях, цветках, плодах и почках высших растений, а также во многих водорослях и микроорганизмах. В животном мире ксантофиллы встречаются реже (в курином желтке, печени и жировой ткани млекопитающих). Содержатся в хлоропластах зелёных частей растений, в хромопластах цветков и плодов, в липофильных участках бактериальных клеток. В сочетании с флавоноидами создают осеннюю окраску листвы. Биологическое значение ксантофиллов связано с их способностью поглощать энергию солнечного света в коротковолновой части видимого спектра (380--520 нм). Все фотосинтезирующие органы в зелёных растениях и фотосинтезирующих микроорганизмах содержат ксантофиллы. В этих органах происходит перенос поглощённой ими световой энергии на хлорофилл или подобную ему систему. Т. о., ксантофиллы участвуют в фотосинтезе в качестве дополнительных пигментов. По-видимому, они играют также роль светофильтров, защищающих чувствительные к свету ферменты от разрушения. Известно более 50 различных ксантофиллов с разными функциональными группами (спирты, кетоны, альдегиды, окиси, простые и сложные эфиры), относящихся к ациклическим, моноциклическим и бициклическим каротиноидам, содержащим 40 атомов углерода. Типичные представители -- зеаксантин, C₄₀H₅₆O₂,-- жёлтые кристаллы (t_пл 207--215°С) и изомерный ему ксантофилл, или лутеин, -- фиолетовые кристаллы (t_пл 190--193°С). Биосинтез ксантофиллов из бесцветных каротиноидных углеводородов проходит с участием кислорода воздуха на свету.

3.1.7 Гуттаперча

Продукт жизнедеятельности гуттаперченосных растений. Основной компонент (до 90%) -- высокомолекулярный транс-полиизопрен (гутта) эмпирические формулы (C₅H₈)n -- изомер цис-полиизопрена, углеводорода каучука натурального. Средняя молекулярная масса гутты около 50 000. Кроме гутты, техническая гуттаперча содержит смолы, белковые вещества, влагу и др.

При комнатной температуре техническая гуттаперча -- твёрдый кожеподобный продукт от белого до желтовато-коричневого цвета; плотность 0,945--0,955 г/см3, показатель преломления nD₂₀ = 1,523. Стойка к действию кислот, в том числе соляной и фтористоводородной. При нагревании (50--100 °С) размягчается, становится пластичной и растворимой в ароматических и хлорированных углеводородах. Наиболее ценные свойства гуттаперчи -- водонепроницаемость (влагопоглощение в течение двух лет не превышает 0,2%) и высокие электроизоляционные свойства. Подобно натуральному каучуку, она способна к вулканизации с помощью серы. Прочность при растяжении вулканизованной гуттаперчи составляет 17--30 Мн/м² (170--300 кгс/см2), относительное удлинение 500--550% .

Гуттаперча находит применение главным образом для изоляции подводных кабелей, а также при изготовлении кислотоупорных и клеящих материалов. Потребление сокращается, т. к. её заменяют синтетическим транс-полиизопреном, транс-полихлоропреном и некоторыми другими синтетическими полимерами.

3.1.8 Аттрактанты

Природные или синтетические вещества, привлекающие животных. Особенно чувствительны к аттрактантам насекомые. Известны 3 основные группы: первые привлекают как особи противоположного пола (половые аттрактанты), вторые -- как корм (пищевые аттрактанты) и третьи -- как субстрат для откладки яиц.

Наибольшее значение имеют половые аттрактанты или, другими словами, феромоны - это летучие вещества с небольшой молекулярной массой, выделяемые в малых количествах практически всеми представителями животного мира и определяющие поведение особей одного вида в период ухаживания и спаривания. Половые аттрактанты выделяются специальными железами, находящимися непосредственно в кожных покровах того или иного животного, а также человека. Попадая в воздух, они воспринимаются чувствительными рецепторами органов обоняния, которые передают «возбуждающий» сигнал в кору больших полушарий, тем самым, настраивая воспринявшую их особь на половой контакт. Установлено, что вещества, выделяемые самками некоторых видов насекомых в концентрации 1*10-14 м/л воздуха, привлекают самцов этого же вида (иногда и других генетически близких видов); наблюдались случаи привлечения бабочек на расстоянии 3--9 км. Наличие аттрактантов установлено более чем у 300 видов насекомых; для некоторых из них они выделены и изучено их строение (например, аттрактант бабочек непарного шелкопряда -- гиптол). Для привлечения непарного шелкопряда может быть использован также синтетический продукт гиплур, гомолог гиптола, восточной плодовой мухи -- тримедлур.

Аттрактанты представляют практический интерес для борьбы с вредителями растений и паразитами животных. Применяя их в качестве приманки, можно уничтожать насекомых с минимальной затратой инсектицидов, можно дезориентировать самцов и снизить численность следующих поколений. Аттрактантами пользуются также для определения заражённости посевов теми или иными вредными насекомыми.

Глава 4. Фенольные соединения

Фенольные соединения представляют собой один из наиболее распространенных и многочисленных классов вторичных соединений с различной биологической активностью. К ним относятся вещества ароматической природы, которые содержат одну или несколько гидроксильных групп, связанных с атомами углерода ароматического ядра. Эти соединения весьма неоднородны по химическому строению, в растениях встречаются в виде мономеров, димеров, олигомеров и полимеров.

В основу классификации природных фенолов положен биогенетический принцип. Современные представления о биосинтезе позволяют разбить соединения фенольной природы на несколько основных групп, расположив их в порядке усложнения молекулярной структуры. Наиболее простыми являются соединения с одним бензольным кольцом - простые фенолы, бензойные кислоты, фенолоспирты, фенилуксусные кислоты и их производные. По числу ОН-групп различают одноатомные (фенол), двухатомные (пирокатехин, резорцин, гидрохинон) и трехатомные (пирогаллол, флороглюцин и др.) простые фенолы. Чаще всего они находятся в связанном виде в форме гликозидов или сложных эфиров или являются структурными элементами более сложных соединений, в том числе полимерных (дубильные вещества). Более разнообразными фенолами являются производные фенилпропанового ряда (фенилпропаноиды), содержащие в структуре один или несколько фрагментов С6-С3. К простым фенилпропаноидам можно отнести гидроксикоричные спирты и кислоты, их сложные эфиры и гликозилированные формы, а также фенилпропаны и циннамоиламиды. К соединениям, биогенетически родственным фенилпропаноидам, относятся кумарины, флавоноиды, хромоны, димерные соединения - лигнаны и полимерные соединения - лигнины. Немногочисленные группы фенилпропаноидных соединений составляют оригинальные комплексы, сочетающие в себе производные флавоноидов, кумаринов, ксантонов и алкалоидов с лигнанами (флаволигнаны, кумаринолигнаны, ксантолигнаны и алкалоидолигнаны). Уникальной группой БАВ являются флаволигнаны Silybum marianum (L.) Gaertn. (силибан, силидианин, силикристин), которые проявляют гепатозащитные свойства.

Большинство фенольных соединений ведет начало от общего предшественника -- шикимовой кислоты. Шикиматный путь биосинтеза фенольных соединений начинается с продуктов обмена сахаров, образованных в результате фотосинтеза, и проходит несколько стадий до этапа специфичного предшественника шикимовой кислоты. Далее из нее образуются ароматические аминокислоты: L-фенилаланин, L-тирозин, L-триптофан. Из L-фенилаланина через промежуточную стадию оксикоричных кислот (фенилпропаноидов) образуются флавоноиды и катехины. В самой многочисленной и широко распространенной в растениях группе фенольных соединений -- флавоноидах молекула содержит два ароматических кольца, причем одно из них образуется по шикиматному пути, а второе -- из трех молекул активированного ацетата.

4.1 Основная биологическая активность

Пищевые растения содержат соединения фенольной группы с одним-двумя ароматическими кольцами, которые обладают выраженной биологической активностью:

- адаптогенное и стимулирующее центральную нервную систему - салидрозид (родиола розовая, или золотой корень);

- Р-витаминное - рутин (софора японская, катехины (чай), витамин Р (плоды рябины обыкновенной и шиповника коричного, ягоды черной смородины и аронии черноплодной).

- гипотензивное - флавоны (шлемник байкальский), лигнаны (эвкоммия вязолистная) применяют при гипертонии и функциональных расстройствах нервной системы, при сердечно-сосудистых заболеваниях;

- спазмолитическое - фурокумарины, хромины (пастернак посевной, вздутоплодник сибирский, амми зубная) применяют при коронарной недостаточности и неврозах;

- стимулирующее - лигнаны (лимонник тайский) используют в качестве общеукрепляющего и тонизирующего средства;

- седативное - флавонолы (пустырник сердечный) применяют при сердечно-сосудистых неврозах, гипертонии, бессоннице;

- мочегонное - кемпферол, изофлавоноиды (березовые почки, корень стальника полевого) используют в качестве диуретического средства;

- желчегонное - флавонолы (пижма обыкновенная, бессмертник песчаный, мята перечная, артишок, шиповник) применяют при острых и хронических заболеваниях печени, желчного пузыря, желчных путей;

- кровоостанавливающее - флавонолы, кверцетин (горец птичий, горец почечуйный, горец перечный) применяют при маточных кровотечениях;

- антимикробное - гидрохинон, арбутин (толокнянка обыкновенная, брусника обыкновенная) применют при заболеваниях почек и мочевыводящих путей как мочегонное и дезинфицирующее средство;

- антигеморрагическое - лигнаны (джут).

4.2 Фенольные соединения с одним ароматическим кольцом

4.2.1 Фенолоспирты

Фенолоспирты и их гликозиды содержатся в родиоле розовой, повышают работоспособность и сопротивляемость организма к неблагоприятным воздействиям.

4.2.2 Оксикоричные кислоты

Оксикоричные кислоты (п-кумаровая, кофейная, феруловая и синаповая) в различных комбинациях, в свободном виде или в составе гликозидов и сложных эфиров содержатся во многих высших растениях. Наиболее распространены в природе кофейная кислота и ее производные (хлорогеновая и ее изомеры), оказывающие противовоспалительное и желчегонное действие. Хлорогеновая кислота в больших количествах присутствует в зернах кофе, листьях черники обыкновенной, арники горной, ромашки лекарственной и др. Сумма кофейной, хлорогеновой, феруловой, кумаровой и других кофеилхинных кислот оказывает гипоазотемический эффект, усиливает функцию почек, стимулирует антитоксическую функцию печени. Оксикоричные кислоты содержатся также в эхинацее, корнях лопуха, в боярышнике, ревене.

Бензойная и салициловая кислоты цветков ромашки, таволги, коры ивы, черной и красной смородины обладают антисептическим свойством. Яблочная, винная, лимонная, оксикарбоновая кислоты принимают участие в ощелачивании организма. Основной компонент гарцинии камбоджийской - гидроксилимонная кислота - подавляет аппетит, замедляет превращение избыточных углеводов в жиры, повышает энергетический потенциал организма, способствует снижению уровня холестерина в крови, уменьшает ожирение печени. Тартроновая кислота, в больших количествах содержащаяся в капусте, сдерживает превращение углеводов в жиры, предупреждая тем самым ожирение, атеросклероз.

культивирование биологический лекарственный растение

4.2.3 Кумарины, оксикумарины

Кумарины обладают разносторонней биологической активностью. Для них характерна фотосенсибилизирующая (плоды псоралеи, амми большой, листья смоковницы), спазмолитическая (плоды пастернака, корни вздутоплодника сибирского и горичника горного), Р-витаминная (семена каштана) активность. В чистом виде они проявляют антикоагулирующее (дикумарол), антимикробное (умбеллиферон), эстрогенное (куместролы клевера), противоопухолевое (остол) действие.

Оксикумарины имеют определенное значение в предупреждении инфарктов и инсультов за счет способности этих веществ снижать свертываемость крови.

4.2.4 Хромоны

Хромоны обладают спазмолитическим, коронарорасширяющим, антибактериальным, биостимулирующим, антиаллергенным, антибактериальным действием. Эталоном спазмолитической активности хромонов принято считать келлин, который применяют при спазмах мочевых путей, бронхоспазмах и хронической стенокардии.

4.2.5 Ксантоны

Ксантоны обладают широким спектром биологической активности: являются стимуляторами центральной нервной системы, проявляют кардиотоническую, противоопухолевую, диуретическую активность, антибактериальное, антивирусное, противогрибковое и противотуберкулезное действие.

4.2.6 Мангиферин

Стимулирует ЦНС, в больших дозах оказывает кардиотоническое, диуретическое, антибактериальное и противовоспалительное действие.

4.2.7 Хиноны, убихиноны

Хиноны сенны, ревеня, крушины (антрахиноны) способны усиливать перистальтику толстых кишок, что обусловливает их слабительное действие. Некоторые антрахиноны хризотфаноловой кислоты и других оксиантрахинонов, а также аминоаллоксильных производных обладают противоопухолевой активностью и являются иммунодепрессантами.

Убихиноны (кофермент Q) - универсальный компонент не только растительных, но и животных тканей и тканей человека. Они входят в состав других клеточных органелл - митохондрий - и являются непременными и постоянными участниками процесса клеточного дыхания.

4.2.8 Лигнаны

Лигнаны оказывают стимулирующее и адаптогенное (схизандрин и производные сирингорезинола), противоопухолевое (подофиллотоксин), антигеморрагическое (сезамин), противомикробное (арктиин), гепатозащитное (силибин) действие.

4.3 Фенольные соединения с двумя ароматическими кольцами

4.3.1 Флавоноиды

Флавоноиды называют «натуральными биологическими модификаторами реакции» из-за способности изменять реакцию организма на аллергены, вирусы и канцерогены. Об этом говорят их противовоспалительные, антиаллергические, антивирусные и антиканцерогенные свойства. Кроме того, флавоноиды исполняют роль сильных антиоксидантов, обеспечивая защиту от окисления и повреждения свободными радикалами.

В 1936 г. венгерский биохимик Альберт Сент-Дьёрди (Albert Szent-Gyorgyi, 1893_1986, лауреат Нобелевской премии 1937 г. по медицине и физиологии, с 1947 г. работал в США) из кожуры лимона выделил вещество, фармакологическое применение которого уменьшало ломкость и проницаемость кровеносных капилляров. Оно получило название витамин Р. Другие его названия: рутин, тиоктовая кислота, витамин N. Это открытие положило основу для последующего исследования большой группы значимых для организма человека веществ, называемых флавоноиды. Эти исследования были начаты в 60-х годах 20 в. Особое внимание изучению значимости флавоноидов для организма человека стали уделять в конце 20-го, начале 21 вв.

В настоящее время идентифицировано около 4000 флавоноидов. Они представляют собой полифенольные соединения, в основе структуры которых лежит дифенилпропановый углеродный скелет. Большинство из флавоноидов находятся в клетках в виде соединений с сахарами (гликозиды) и органическими кислотами. Примерами флавоноидов, значимых для человека являются рутин и квертецин. Те флавоноиды, которые связаны с одной или более молекулой сахара называют гликозидами флавоноидов. Флавоноиды, не связанные с молекулой сахара называют агликонами. За исключением флавонов, флавоноиды содержатся в большинстве пищевых продуктов растительного происхождения в виде гликозидов. Большинство гликозидов флавонидов, поступивших в пищеварительный тракт, не подвергаются перевариванию и достигают тонкой кишки в неизменном виде. Флавониды агликоны и флавоноиды глюкозиды всасываются в тонкой кишке, где они быстро метаболизируются (метилируются, глюкуронидируются или сульфатируются). Важную роль в метаболизме и всасывании флавоноидов играют бактерии толстой кишки. Невсосавшиеся в тонкой кишке флавоноиды и их метаболиты, в полости толстой кишки метаболизируются бактериальными ферментами и могут всасываться. В общем, доля флавоноидов, всосавшихся и доставленных с системным кровотоком к тканям - мишеням, относительно невелика и ограничивается как их быстрым и интенсивным метаболизмом, так и быстрым выведением из организма. Активность метаболитов флавоноидов не всегда подобна активности исходных флавоноидов. Лабораторные исследования (in vitro) показывают, что флавоноиды являются эффективными поглотителями свободных радикалов. Таким образом, в искусственных условиях флавоноиды являются активными антиоксидантами.

Хотя большинство исследований флавоноидов относится к их функции антиоксидантов, существуют убедительные доказательства того, что флавоноиды модулируют механизмы передачи вещества и информации в клетке и между клетками и, таким образом участвуют в осуществлении многих функций клеток. В частности флавоноиды осуществляют следующие действия:

1) Стимулируют активность ферментов, катализирующих реакции, которые содействуют выведению из организма потенциально токсических или канцерогенных веществ.

2) Предохраняют от нарушений регулирование нормального клеточного цикла. Каждая клетка от одного деления до другого проходит последовательность стадий развития (клеточный цикл). Если повреждается ДНК, клеточный цикл блокируется. Если степень повреждения невелика и возможно восстановление ДНК, повреждение является сигналом для ее восстановления. Некомпенсируемые последствия повреждающего воздействия являются сигналом для клеточной смерти (апоптоз). Нарушение регулирования нормального клеточного цикла может приводить к воспроизводству мутаций и к развитию злокачественных новообразований.

3) Тормозят пролиферацию и запускают апоптоз. В отличие от обычных клеток, клетки злокачественных новообразований быстро пролиферируют и теряют способность отвечать на сигналы смерти, побуждающие клетку к апоптозу.

4) Тормозят начальное внедрение опухоли и ангиогенез в новообразованиях. Клетки злокачественных новообразований вторгаются в нормальную ткань посредством ферментов, называемых матрикс-металлопротеиназами. Внедрившееся в нормальную ткань злокачественное новообразование интенсивно растет при условии получения достаточного питания из вновь развивающихся в нем кровеносных сосудов (ангиогенез).

5) Тормозят развитие воспаления. Воспаление сопровождается секрецией и выведением воспалительных ферментов. Они являются причиной местного увеличения выработки свободных радикалов. Аналогично выведение воспалительных медиаторов способствует пролиферации клеток, ангиогенезу и тормозит апоптоз.

6) Предотвращают заболевания сердечно-сосудистой системы. В настоящее время атеросклероз относят к воспалительным заболеваниям. Атеросклероз и некоторые другие виды воспаления связывают с увеличением риска инфаркта миокарда.

7) Уменьшают способность клеток кровеносных сосудов к сцеплению с лейкоцитами. На ранних этапах развития атеросклероза, как воспалительного заболевания, лейкоциты, участвующие в реализации воспаления, из потока крови мобилизуются к стенке артерии. Это явление зависит от выведения клетками эндотелия, выстилающего внутреннюю поверхность артерии, молекул вещества, способствующего сцеплению лейкоцитов с внутренней поверхностью артерии.

8) Уменьшают активность эндотелиальной синтазы окиси азота. Синтаза окиси азота - фермент, который катализирует образование эндотелиальными клетками окиси азота. Окись азота является сосудорасширяющим веществом (вазодилятатором), средством управления тонусом артерий и их просветом. Нарушение процесса образования окиси азота считают одной из причин увеличения риска заболеваний сердечно-сосудистой системы.

9) Уменьшают способность кровяных пластинок к агрегации. Агрегация кровяных пластинок - первая ступень в образовании кровяного сгустка, который может закупорить венечную артерию, питающую миокард или артерии головного мозга. Результатом этого может быть инфаркт миокарда или инсульт. Торможение агрегации кровяных пластинок рассматривается как важная мера профилактики заболеваний сердечно-сосудистой системы.

10) Полагают, что противовоспалительное действие флавонидов, их антиоксидантное действие и способность связывать металлы играют важную роль в этиологии и патогенезе ряда нейродегенеративных заболеваний, в частности болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера. Поэтому ученые работают над созданием специальных диет для профилактики нейродегенеративных заболеваний.

Антиоксидантные свойства флавоноидов имеют более широкий спектр, чем у таких антиоксидантов, как витамины С и Е, селен, цинк. Флавоноиды также обладают желчегонным, противоязвенным, антивирусным, диуретическим, спазмолитическим, антигеморроидальным и другими действиями. Разные флавоноиды дают различные эффекты.

4.3.2 Изофлавоны

Изофлавоны обладают эстрагенным действием. Изофлавоны сои (дайзин, дайдзеин, глицитеин, генистрин, генистеин) действуют избирательно, проявляя как эстрогенную, так и антизстрогенную активность в зависимости от количества содержащихся в крови эстрогенов. Изофлавоны сои применяют как средство, понижающее артериальное давление, укрепляющее сердечно-сосудистую и нервную систему. Имея натуральное происхождение, без побочных эффектов, в отличие от гормональных контрацептивов, соевый изофлавон хорошо восполняет недостаток эстрогена в организме женщины. Главными изофлавонами соевых бобов является генистеин и даидзеин.

Изофлавонам приписываются следующие полезные для здоровья качества:

1) Уменьшает симптомы менопаузы. Полезные качества сои не только предотвращают раковые заболевания на длительный срок, сегодняшние разработки показали, что изофлавоны сои снижают различные признаки климактерического синдрома, таких как: отдышка, усталость, ночная потливость, перемена настроения и укрепляет костные ткани женщин. Кстати многие проблемы со здоровьем, в момент менопаузы и после нее могут стать результатом нехватки изофлавонов в типичном восточном рационе питания.

2) Предотвращает риск сердечных заболеваний. Изофлавоны сои также очевидно снижают риск заболеваний сердечно-сосудистой системы посредством различных механизмов. Они тормозят отложение в сосудах атеросклеротических бляшек, которые закупоривают артерию. В этих артериях образовываются тромбы, приводящие к сердечному приступу. Доказано, что изофлавоны являются активными компонентами сои, ответственными за контролем уровня холестерина в крови.

3) Защищает от проблем предстательной железы. Потребляя продукты насыщенные изофлавонами, можно предотвратить увеличение предстательной железы у мужчин. Исследования доказывают, что изофлавоны предотвращают рост раковых клеток предстательной железы и удаляют их из нее. Изофлавоны действуют таким же образом против клеток рака, как и многие обычные препараты, назначенные при лечении этого заболевания.

4) Изофлавоны способствуют укреплению костной ткани. Изофлавоны способствуют укреплению костной ткани, помогают предупредить остеопороз. У населения Китая и Японии крайне редко возникает остеопороз, несмотря на то, что у них низкое потребление молочных продуктов, тогда когда в Европе и Северной Америке происходит все наоборот. В отличие от эстрогена, который помогает предотвратить разрушение костной ткани, изофлавоны кроме этого помогают формированию новой костной ткани.

5) Предупреждает доброкачественные и злокачественные новообразования. Изофлавон конкурентно соединяется в тканях с рецепторами эстрогена, который производит организм или внесенный в организм, предупреждая, таким образом, реакцию рецепторов эстрогена, снижая возможности развития раковых клеток, связанных с гормонами. Изофлавоны так же помогают предупредить разрастание кровеносных сосудов внутри опухоли, таким образом, опухоль остается без источника питания.

4.3.3 Производные флавона

Флавоны оказывают бактерицидное, спазмолитическое, гипотензивное действие. Хорошо растворяются во многих органических растворителях, плохо - в воде. В концентрированной H₂SO₄ растворяются с фиолетовой флуоресценцией, образуя нестабильную соль бензо-пирилия. При нагревании с алкоголятами флавон образует б-гидроксиацетофенон и бензойную кислоту (реакция используется для определения строения производных флавоноидов). В природе выделено свыше 500 производных флавонов. Сам флавон обнаружен в виде налета на листьях и цветах некоторых видов примул.

Флавонолы, в зависимости от структуры, обладают разносторонним влиянием на организм: - кемпферол, морин, мирицетин оказывают мочегонное действие; - госсипетин, морин, кверцетагетин, кверцетин и др. - антиоксидантное; - рамнетин, морин - бактерицидное; - мирицетин, кверцетагетин, изорамнетин возбуждают деятельность сердца; - робинин, леспедин, биоробин, диоробин, гиперозид имеют гипоазотемическое свойство; - госсипол - антиканцерогенное. Среди флавононов наиболее распространенными являются флавоновый гликозид гесперидин - основной флавоноид апельсинового сока и флавононовый гликозид нарингин - основной флавоноид грейпфрутового сока, который положительно влияет на состав крови. Гесперидин относится к комплексу биофлавоноидных соединений, способных уменьшать проницаемость и ломкость капиллярных кровеносных сосудов. Он широко используется при гипо- и авитаминозе Р и лечении многих заболеваний кровеносных сосудов (например, «пурпуровой болезни» - тромбопенической пурпуры, геморрагических диатезов, кровоизлияний в сетчатку глаза, лучевой болезни), а также при гипертонии, кори, скарлатине, сыпном тифе и т.д. Кроме этого, установлено, что кверцетин и гисперидин обладают выраженным антиаллергическим действием и благотворно влияют на стенки сосудов. Эвгенол, входящий в состав эфирного масла лаврового и гвоздичного дерева, является сильным антисептиком, таким же действием обладает тимол, содержащийся в чабреце. Производные флороглюцина, находящиеся в папоротниках, оказывают противоглистное действие, а апиол из плодов петрушки проявляет спазмолитическое свойство. Арбутин содержится в бруснике и толокнянке груше; обладает диуретическими свойствами и предупреждает ряд заболеваний почек. Гидрохинон, образующийся в результате гидролиза арбутина, проявляет бактерицидные свойства, тормозит окисление жиров. Вакциниин - гликозид, специфичный для брусники и клюквы, является соединением глюкозы с бензойной кислотой, обладает бактерицидным действием. Вакцимиртиллин - горький гликозид черники и голубики, содержащийся в них в количестве 1,2 - 1,8мг на 100г, предупреждает диабет. Флавоноиды родиолы розовой («золотого корня») обладают адаптогенными и иммуностимулирующими свойствами.

4.3.6 Проантоцианиды

Это одна из самых целебных групп флавоноидов. Они поддерживают структуру коллагена и препятствуют ее разрушению за счет того, что они способствуют связыванию волокон коллагена, укрепляя тем самым матрицу соединительной ткани. Комплексы биологически активных веществ экстракта виноградной выжимки эффективно нейтрализуют свободные радикалы, подавляют синтез липидных перекисей, ингибируют ферменты, участвующие в образовании активных форм кислорода (например, ксантиноксидазу), препятствуют расщеплению коллагена ферментами, выделяемыми лейкоцитами при воспалении и микроорганизмами при инфицировании тканей, синтезу гистамина, серинпротеазы, лейкотриенов. С этим механизмом связано противовоспалительное действие проантоцианидов. Их антиоксидантное действие выше такового у витамина Е в 50 раз, у витамина С - в 20 раз. Экстракты из виноградных косточек более предпочтительны, так как за счет содержания сложных галловых эфиров проантоцианидов они имеют повышенную активность. Эти вещества являются самыми активными из всех в настоящее время известных антиоксидантов. С указанными свойствами связана важная область их использования для предотвращения сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе инфаркта миокарда, повреждения эндотелия сосудов, снижения уровня холестерина в крови. Экстракт виноградной выжимки способствует улучшению микроциркуляции, эффективен при лечении ангиопатий, ретинопатии, а также воспалительных процессов за счет ингибирования биосинтеза противовоспалительных лейкотриенов.

4.4 Полимерные фенольные соединения (полифенолы)

4.4.1 Дубильные вещества

Применяются как вяжущие, противовоспалительные и бактерицидные средства (лапчатка прямостоячая, горец змеиный, кровохлебка лекарственная, корневища бадана толстолистного, «шишки» ольхи серой и др.) при острых и хронических поносах, энтероколитах (плоды черники, черемухи), а также при стоматитах, гингивитах и других воспалительных процессах в полости рта, гортани, глотки и т.д.

4.4.2 Таниды

Таниды используют при отравлении алкалоидами и тяжелыми металлами. Их вяжущее, противовоспалительное и кровоостанавливающее действие связано с тем, что они свертывают белки и образуют защитную пленку.

4.4.3 Катехины

Катехины -- органические вещества из группы флавоноидов. Они представляют собой полифенольные соединения и являются сильными антиоксидантами. Характерные представители семейства - стереоизомеры катехин и эпикатехин.

Больше всего катехинов содержится в белом чае, немного меньше в зелёном чае. В больших количествах они обнаружены во многих плодах и ягодах (яблоки, айва, абрикосы, персики, сливы, вишни, земляника, смородина, малина и др.). Катехины также содержатся в чёрном шоколаде и яблоках. Танин - общее название изомеров одного из катехинов, который присутствует в белом, жёлтом и зеленом чае в большей концентрации, чем в чёрном. Из-за процессов окисления при ферментации чая в чёрном чае уменьшено содержание катехинов. Катехины -- это полифенолы, хорошие антиоксиданты.

Антиоксидантные свойства многих растительных продуктов в значительной мере обусловлены именно содержанием катехинов. Полезные защитные свойства катехинов могут быть проиллюстрированы на примере чая. Чай содержит четыре основных компонента катехина: EC, ECg, EGC и EGCg. Каждое из этих соединений можно назвать катехином. Эпигаллокатехин (EGC) -- самый сильный антиоксидант из четырёх основных чайных катехинов, в 25-100 раз сильнее, чем витамины C и E. Одна чашка зеленого чая в день дает 10-40 милиграммов полифенолов. Антиоксидантный эффект присущ и катехинам из брокколи, шпината, моркови, клубники. Являясь сильным антиоксидантом, зелёный чай уменьшает количество свободных радикалов в организме человека, в определённой мере предотвращая возникновение рака.

В чистом виде катехины применяются редко. Однако редокс-превращения катехинов играют важную роль в технологии многих пищевых производств, таких как ферментация чая, виноделие, изготовление какао.

Кроме того, катехины чая обладают антимикробными свойствами и применяются при лечении дизентерии. Считается также, что катехины полезны для укрепления иммунной системы и для лечения опухолей. Катехины относят к веществам, обладающим Р-витаминной активностью. Лекарственные препараты и БАД, содержащие катехины и другие биофлавоноиды, широко используют при лечении заболеваний, связанных с нарушениями функций капилляров, отёках сосудистого происхождения и т.п.

Эпикатехингаллат считается наиболее активным среди полифенолов. Эти соединения обладают выраженными антиоксидантными свойствами, способностью повышать функциональную активность систем детоксикации чужеродных соединений и за счет этих свойств существенно снижать риск развития опухолей молочных желез, простаты, легких, кишечника и др.

4.2 Распространенность

Флавоноиды широко распространены в растительном мире. Особенно богаты флавоноидами высшие растения, относящиеся к семействам розоцветных (различные виды боярышников, черноплодная рябина), бобовых (софора японская, стальник полевой, солодка), гречишных (различные виды горцев -- перечный, почечуйный, птичий: гречиха), астровых (бессмертник песчаный, сушеница топяная, пижма), яснотковых (пустырник сердечный) и др.

Более часто флавоноиды встречаются в тропических и альпийских растениях. Обнаружены и у низших растений: зеленые водоросли (ряски), споровые (мхи, папоротники), хвощи (хвощ полевой), а также у некоторых насекомых (мраморно-белая бабочка).

Находятся флавоноиды в различных органах, но чаще в надземных: цветках, листьях, плодах; значительно меньше их в стеблях и подземных органах (солодка, шлемник байкальский, стальник полевой). Наиболее богаты ими молодые цветки, незрелые плоды. Локализуются в клеточном соке в растворенном виде.

Флавоноиды накапливаются во многих лекарственных растениях: в корнях солодки (Glycyrrhiza glabra L.), траве пустырника (Leonurus cordiaca L.), цветках бессмертника (Helichryzum arenarium L.) -- и отличаются широким спектром фармакологического действия. Они обладают желчегонным, бактерицидным, спазмолитическим, кардиотоническим действием. В медицине широко используют свойство многих флавоноидов, например рутина, накапливающегося во многих растениях (Р-витаминный эффект), уменьшать проницаемость и ломкость капилляров. У флавоноидов выявлено также противораковое и противолучевое действие, они связывают и выводят из организма радионуклиды. Отсутствие токсических свойств и избирательность действия на организм человека увеличивает ценность флавоноидных соединений и открывает большое будущее для создания на их основе новых лекарственных препаратов.

Глава 5. Культура клеток лекарственных растений

Метод культивирования клеток растений на агаризованных (твердых) или жидких питательных средах в виде каллусных или суспензионных культур весьма перспективен в тех случаях, когда вводятся в культуру клетки растений, редких или вообще не произрастающих в наших климатических условиях видов. Примером могут служить женьшень и барвинок розовый. Следует отметить, что биосинтез вторичных метаболитов у растений -- это свойство дифференцированных (специализированных) тканей. В связи с этим получение культур клеток лекарственных растений, накапливающих биологически активные соединения, представляется сложной, но вполне разрешимой задачей. Прибегая к методам генетической трансформации и мутагенеза, а, также изменяя определенным образом условия культивирования, можно получить культуры клеток лекарственных растений, накапливающие фармакологически ценные вещества в достаточных количествах. Так, в нашей стране были получены культуры клеток женьшеня и диоскореи, продуцирующие значительные количества тритерпеновых и стероидных гликозидов соответственно. Эти культуры являются основой биотехнологического способа получения природных биологически активных соединений, которому принадлежит большое будущее.

Заключение

Мир вторичных растительных веществ богат и разнообразен. Эта кладовая нужных для человека соединений только начинает приоткрывать свои двери. К настоящему времени обследовано не более 15% всех обитающих на Земле видов растений, а их насчитывается не менее 250 тыс. К сожалению, прогресс цивилизации на нашей планете носит техногенный характер, что неминуемо влечет за собой уничтожение дикорастущей флоры. Исчезают тропические леса Амазонии, тундровая растительность в Европе, почти не осталось таежных лесов. Все это приводит к безвозвратным потерям многих видов растений и присущих только им биологически активных соединений, которые могли бы принести большую пользу медицине будущего. Этих невосполнимых утрат можно избежать, только расширяя фронт исследований в области фитохимии, биохимии растений и биотехнологии.

Поражающие воображение биосинтетические возможности растений еще далеко не раскрыты и ждут своих энтузиастов-исследователей, которые сумеют поставить их на службу человеку.

Список литературы

1. Гудвин Т., Мерцер Э. Введение в биохимию растений. М.:Мир, 1986. Т. 2. стр. 308

2. Лукнер М. Вторичный метаболизм у микроорганизмов, растений и животных. М.: Мир, 1979. стр. 548

3. Ловкова М.Я., Рабинович А.М., Пономарева С.М. и др. Почему растения лечат? М.: Наука, 1989. стр. 254

4. Пасешниченко В.А. Новый альтернативный путь биосинтеза изопреноидов у бактерий и растений // Биохимия. 1998. Т. 63, №2. Стр. 171-182.

5. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: Распространение, метаболизм и функции. М.: Наука, 1993. стр. 272

6. Быков Г.В., История органической химии. Открытие важнейших органических соединений. - М.: Наука, 1978 г.

7. Пикулина Е.П., Исторический очерк развития органического синтеза в первой половине XIX в. - М.: Наука, 1977 г.

8. Джуа М. - История химии. Под редакцией Погодина С.А. - М.: Мир, 1975 г.

9. Гьельт Э., История органической химии с древнейших времён до настоящего времени. Перевод с немецкого под ред. Луцкого А.Е. Харьков-Киев.-Гос. Науч.-техн. изд-во Украины, 1937 г.

10. Азимов А. Краткая история химии. - М.: Мир, 1983 г.

11. Шульпин Г.Б., Эта увлекательная химия. - М.: Химия, 1984 г.

12. И.И. Грандберг «Органическая химия» изд. 3 Москва издательство «Высшая школа» 1987 стр. 434-437.

13. Ю.С. Залькинд «Химия циклических соединений» изд. 2 Ленинград Научное Химико-Техническое издательство НТУ ВСХН СССР 1930 стр. 301-315

14. Большой энциклопедических словарь «Биология» науч. изд-во «Большая Российская энциклопедия» Москва 1998 стр. 17, 269, 288, 408.

15. П.П. Астанин, Е.А. Максимюк «Химия с зоотехническим анализом» издательство «Колос» Москва 1965 г. стр. 302-305.

16. «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде» издание второе издательство «Химия», Ленинградское отделение 1975. стр. 57, 154.

17. Журнал «Психосфера» №1 1999 год http://www/sfera.informsk.ru.

18. http://www.doktor.ru.

Размещено на Allbest.ru