Лекарственные растения – источники биологически активных веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекарственные растения - источники биологически активных веществ

План

1. Терапевтическая ценность и химический состав лекарственных растений

2. Биологически активные вещества лекарственных растений и вещества, кажущиеся неактивными

3. Первичный и вторичный метаболизм и продукты обмена

4. Медицинское значение продуктов метаболизма

1. Терапевтическая ценность и химический состав лекарственных растений

Терапевтическая ценность лекарственных растений определяется входящими в их состав биологически активными веществами, к которым относятся все вещества, способные оказывать влияние на биологические процессы, протекающие в организме.

За долгую историю поисков и практического использования биологически активных веществ накопились сведения о биологической активности большого числа химических соединений с полностью или частично установленной структурой. Только фармакологическая активность, если судить по различным справочникам и фармакопеям, описана примерно для 12 000 различных соединений.

Для части из них известна также и физиологическая система организма или орган - мишень действия. Значительно меньше известны те биохимические или молекулярно-биологические процессы, на которые действуют эти вещества. лекарственный метаболизм коллоид

Любое из лекарственных растений представляет собой сложную лабораторию, в которой синтезируются одновременно сотни, если не тысячи, биологически активных веществ. Этим и объясняется так называемый шрапнельный эффект, т.е. эффект множественного воздействия на различные системы и органы, нередко возникающий в процессе лечения. Дополнительные исследования, казалось бы, вполне изученных и давно использующихся лекарственных растений иногда позволяют выявить новый аспект их биологической активности.

В связи с разносторонним лечебным эффектом лекарственных растений в известной степени условным оказывается понятие так называемых действующих веществ, обозначающее наиболее выраженную физиологическую активность.

Вещества кажущиеся неактивными условно делятся на сопутствующие и балластные.

Устаревшими оказываются понятия "сопутствующие" и "балластные" вещества.

Сопутствующими веществами в фармакогнозии ранее называли продукты первичного или вторичного обмена (метаболизма), содержащиеся в лекарственных растениях наряду с действующими веществами. Их фармакологический эффект значительно менее выражен, но их присутствие нередко способствует пролонгированию лечебного эффекта, усиливает и ускоряет его наступление. Однако сопутствующие вещества могут проявлять и отрицательные свойства, поэтому приходится освобождаться от них в ходе приготовления из растительного сырья лекарственных средств и форм.

Достаточно близко понятию "сопутствующие" вещества понятие "балластные" вещества, встречающееся в старых руководствах по фармакогнозии.

Балластными веществами называли соединения, с которыми не связана терапевтическая активность того или иного лекарственного растения. Однако нередко они затрудняют изготовление или поддержание стабильности лекарственных форм.

Резкой границы между приведенными группами нет, и деление их условно, поскольку одну и ту же группу веществ мы иной раз относим к действующим, а другой раз - к балластным.

По мере развития знаний о лекарственных растениях вещества из группы кажущихся неактивных переводят в группу действующих веществ.

Растения способны синтезировать из неорганических веществ органические, необходимые для жизнедеятельности человека и животных.

Помимо воды (70-90 %), растения состоят из неорганических и органических веществ.

На долю неорганических (минеральных) веществ приходится от 3 до 25% массы сухого остатка растений.

Сумма минеральных веществ (зола) остается после сжигания органической части растений. Растения содержат практически все природные элементы, причем концентрация их в растениях близка к содержанию их в почве.

Каждый минеральный элемент играет определенную роль в обмене веществ и не может быть заменен другим элементом. Минеральные элементы влияют практически на все физиологические процессы, происходящие в растениях: дыхание, рост, развитие, фотосинтез.

Неорганические вещества часто содержатся в растениях в виде комплексов с органическими соединениями. Например, кремниевая кислота в траве хвоща полевого находится в связанной с органическими соединениями растворимой форме. Слоевища ламинарии содержат органически связанный йод.

Некоторые минеральные вещества непосредственно включены в структуру органических соединений (например, магний входит в состав хлорофилла).

По количественному содержанию в растениях различают макро- и микроэлементы.

К макроэлементам относятся металлы - калий (К), кальций (Са), магний (Мg), натрий (Nа), и неметаллы - кремний (Si), сера (S), фосфор (Р), хлор (Сl). Содержание их не менее 0,01%.

Некоторые из макроэлементов участвуют в фармакологическом эффекте лекарственного растительного сырья. Например, кремнеорганические соединения хвоща полевого и горца птичьего в почках и мочевыводящих путях больного образуют защитные коллоиды, которые препятствуют кристаллизации некоторых минеральных компонентов, затрудняют образование мочевых камней.

К микроэлементам относятся железо (Fе), медь (Сu), марганец (Мn), кобальт (Со), цинк (Zn), алюминий (А 1), молибден (Мо), хром (Сг), золото (Аu), ртуть (Нg), свинец (РЬ), серебро (Аu), йод (J), бор (В) и др. Содержание их незначительное и обычно не превышает 0,001%.

Отдельные микроэлементы также определяют фармакологическую активность лекарственного растительного сырья.

Например:

- слоевища ламинарии (бурые водоросли накапливают йод) используют при лечении больных с заболеваниями щитовидной железы;

- сфагнум (он концентрирует Аg) применяют для лечения ран;

- сырье крапивы, тысячелистника, зайцегуба опьяняющего, богатое Са и Mg используют при лечении больных с внутренними кровотечениями;

- побеги черники, богатые Мn и А 1, применяют при лечении больных сахарным диабетом.

Сумма неорганических веществ растений как лекарственное средство в научной медицине не используется, но применяется в народной медицине.

Например, в народной медицине Бурятии для лечения ран, ожогов, трофических язв применяют золу сушеницы топяной.

Основную массу сухого остатка растений составляют органические вещества. Среди них различают вещества первичного синтеза и вещества вторичного синтеза.

При применении растений в качестве лекарственных средств на организм человека действует сложный комплекс минеральных веществ и органических соединений первичного и вторичного синтеза.

2. Биологически активные вещества лекарственных растений и вещества, кажущиеся неактивными

В этом комплексе различают биологически активные вещества и вещества, кажущиеся неактивными.

Биологически активные вещества (БАВ) растений обладают выраженной фармакологической активностью (их еще называют действующими веществами).

К БАВ относятся как вещества первичного синтеза (витамины, липиды, углеводы), так и. преимущественно, вещества вторичного синтеза (эфирные масла, горечи, сердечные гликозиды, сапонины, алкалоиды, кумарины, хромоны. лигнаны, флавоноиды. дубильные вещества и т.д.).

Вещества, кажущиеся неактивными, условно делят на сопутствующие и балластные.

Сопутствующие вещества могут быть полезными и вредными (нежелательными).

Полезные сопутствующие вещества (витамины, органические кислоты, минеральные вещества, сахара и др.) оказывают благоприятное воздействие на организм. Некоторые из них могут влиять на эффективность проявления фармакотерапевтического действия БАВ.

Например:

- сапонины из листьев наперстянки способствуют растворению и всасыванию сердечных гликозидов, ускоряя их действие;

- растворимые или набухающие полисахариды, дубильные вещества способствуют пролонгированию лечебного эффекта БАВ.

Примерами нежелательных сопутствующих веществ могут служить:

- производные антранола в свежесобранной коре крушины, обладающие выраженным рвотным действием;

- смолистые вещества в листьях сенны.

Балластными принято называть фармакологически индифферентные вещества, присутствие которых не отражается на действии БАВ.

Деление веществ, содержащихся в растениях, на биологически активные, сопутствующие и балластные достаточно условно.

Кажущиеся неактивными вещества, во-первых, выполняют биофармацевтическую функцию вспомогательных веществ в лекарственных формах - влияют на кинетику действующих веществ. И, во-вторых, оказывают неспецифическое благоприятное воздействие на организм больного, повышая его защитные силы и улучшая обмен веществ, что способствует лечению основного заболевания. Одна и та же группа веществ в разных растениях может играть роль или БАВ, или сопутствующих веществ.

В лекарственных растениях содержится, как правило, не одна, а несколько групп БАВ.

Поэтому так часто используют экстракционные препараты из лекарственного растительного сырья - настои, отвары, настойки, экстракты.

При этом БАВ растений совместно участвуют в фармакологическом эффекте.

Например, трава сушеницы топяной содержит флавоноиды и каротиноиды. Настой травы сушеницы топяной применяют при лечении ожогов, ран, а также язвы желудка и 12-перстной кишки.

Флавоноиды сушеницы способствуют расширению кровеносных сосудов вблизи поврежденного места, при этом улучшается кровоснабжение (орошение кровью). Кроме того, флавоноиды снимают спазмы гладкой мускулатуры, оказывают антимикробное, противовоспалительное действие.

Каротиноиды способствуют эпитализации поврежденной поверхности. Все это способствует быстрому заживлению поврежденных тканей.

Эффективнее действуют спиртово-масляные экстракты из травы сушеницы топяной, т.к. при их получении происходит более полное извлечение БАВ.

Совместное применение с отваром из корневищ с корнями синюхи, содержащим сапонины, пролонгирует, усиливает действие БАВ сушеницы топяной.

Используя различные технологические приемы, добиваются более полного извлечения из растительного сырья отдельных групп БАВ для направленного фармакологического действия.

Например, цветки липы содержат эфирное масло, флавоноиды, полисахариды и дубильные вещества.

В настое, приготовленном обычным способом, будут преобладать эфирное масло и флавоноиды. При этом будет проявляться антимикробное и противовоспалительное действие, целесообразно применение настоя внутрь при простудных заболеваниях.

Если сырье предварительно замочить в холодной воде, то в приготовленном настое будет больше содержаться слизистых веществ, и будет проявляться мягчительное, отхаркивающее действие.

При получении отвара большая часть эфирного масла будет потеряна, но при этом водное извлечение будет содержать больше дубильных веществ, что приведет к усилению антисептического действия. Отвар целесообразно применять для полоскания горла.

При использовании лекарственного растительного сырья для производства препаратов необходимо учитывать наличие всех групп БАВ. Используя технологию последовательного извлечения, из некоторых видов сырья получают препараты на основе разных групп БАВ с разным фармакологическим действием. Такая технология является одним из способов рационального, более полного использования лекарственного растительного сырья.

Например:

- из сырья ландыша получают суммарный препарат сердечных гликозидов "Коргликон" (кардиотоническое действие),

- из отработанного сырья ландыша дальневосточного выделяют флавоноиды и получают препарат "Конвафлавин" (желчегонное действие);

- из листьев скумпии кожевенной получают медицинский танин,

- из отработанного сырья выделяют флавоноиды и получают препарат "Флакумин" (желчегонное действие);

- из листьев эвкалипта получают эфирное масло, которое входит в состав различных комплексных препаратов.

Из отработанного сырья выделяют хлорофилл и фенольные соединения для получения препарата "Хлорофиллипт" (антибактериальное действие), а также сумму терпеноидных фенолальдегидов (эуглобалей) и тритерпеноидов для получения препарата "Эвкалимин" (антимикробное и противовирусное действие).

Таким образом, современные фитохимические исследования и создание новых фитопрепаратов подтверждают условность классификации веществ лекарственных растений. Вещества, ранее считавшиеся сопутствующими или балластными, в новых препаратах являются действующими.

3. Первичный и вторичный метаболизм и продукты обмена

Под метаболизмом, или обменом веществ, понимают совокупность химических реакций в организме, обеспечивающих его веществами для построения тела и энергией для поддержания жизнедеятельности. Часть реакций оказывается сходной для всех живых организмов (образование и расщепление нуклеиновых кислот, белков и пептидов, а также большинства углеводов, некоторых карбоновых кислот и т.д.) и получила название первичного обмена (или первичного метаболизма).

Помимо реакций первичного обмена, существует значительное число метаболических путей, приводящих к образованию соединений, свойственных лишь определенным, иногда очень немногим, группам организмов.

Эти реакции, согласно И. Чапеку (1921) и К. Пэху (1940), объединяются термином вторичный метаболизм, или обмен, а их продукты называются продуктами вторичного метаболизма, или вторичными соединениями (иногда вторичными метаболитами).

Вторичные соединения образуются преимущественно у вегетативно малоподвижных групп живых организмов - растений и грибов, а также у многих прокариот.

У животных продукты вторичного обмена образуются редко, но часто поступают извне вместе с растительной пищей.

Роль продуктов вторичного метаболизма и причины их появления в той или иной группе различны. В самой общей форме им приписываются адаптивное значение и в широком смысле защитные свойства.

Стремительное развитие химии природных соединений за последние три десятилетия, связанное с созданием высокоразрешающих аналитических инструментов, привело к тому, что мир "вторичных соединений" значительно расширился. Например, число известных на сегодня алкалоидов приближается к 5000 (по некоторым данным, к 10 000), фенольных соединений - к 10 000, причем эти цифры растут не только с каждым годом, но и с каждым месяцем.

Любое растительное сырье всегда содержит сложный набор первичных и вторичных соединений, которые, как уже говорилось, определяют разносторонний характер действия лекарственных растений. Однако роль тех и других в современной фитотерапии пока различна.

Известно относительно немного объектов, использование которых в медицине определяется, прежде всего, наличием в них первичных соединений. Однако в будущем не исключено повышение их роли в медицине и использование в качестве источников получения новых иммуномодулирующих средств.

Продукты вторичного обмена применяются в современной медицине значительно чаще и шире. Это обусловлено ощутимым и нередко очень "ярким" их фармакологическим эффектом.

Образуясь на основе первичных соединений, они могут либо накапливаться в чистом виде, либо подвергаются гликозилированию в ходе реакций обмена, т.е. оказываются присоединенными к молекуле какого-либо сахара.

В результате гликозилирования возникают молекулы - гетерозиды, которые отличаются от вторичных соединений, как правило, лучшей растворимостью, что облегчает их участие в реакциях обмена и имеет в этом смысле важнейшее биологическое значение.

Гликозилированные формы любых вторичных соединений принято называть гликозидами.

Вещества первичного синтеза образуются в процессе ассимиляции, т.е. превращения веществ, поступающих в организм извне, в вещества самого организма (протопласт клеток, запасные вещества и т.д.).

К веществам первичного синтеза относят аминокислоты, белки, липиды, углеводы, ферменты, витамины и органические кислоты.

Липиды (жиры), углеводы (полисахариды) и витамины широко используются в медицинской практике (характеристика этих групп веществ дана в соответствующих темах).

Белки, наряду с липидами и углеводами, составляют структуру клеток и тканей растительного организма, участвуют в процессах биосинтеза, являются эффективным энергетическим материалом.

Белки и аминокислоты лекарственных растений оказывают неспецифическое благоприятное действие на организм больного. Они влияют на синтез белков, создают условия для усиленного синтеза иммунных тел, что приводит к повышению защитных сил организма. Улучшенный синтез белков включает также и усиленный синтез ферментов, вследствие чего улучшается обмен веществ. Биогенные амины и аминокислоты играют важную роль в нормализации нервных процессов.

Белки - биополимеры, структурную основу которых составляют длинные полипептидные цепи, построенные из остатков б-аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. Белки делят на простые (при гидролизе дают только аминокислоты) и сложные - в них белок связан с веществами небелковой природы: с нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), полисахаридами (гликопротеиды), липидами (липопротеиды), пигментами (хромопротеиды), ионами металлов (металлопротеиды), остатками фосфорной кислоты (фосфопротеиды).

В настоящий момент почти нет объектов растительного происхождения, применение которых определялось бы наличием в них главным образом белков. Однако не исключено, что в будущем модифицированные растительные белки могут быть использованы как средства, регулирующие обмен веществ в человеческом организме.

Липиды - жиры и жироподобные вещества, являющиеся производными высших жирных кислот, спиртов или альдегидов.

Подразделяются на простые и сложные.

К простым относятся липиды, молекулы которых содержат только остатки жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. Из простых липидов в растениях и животных встречаются жиры и жирные масла, представляющие собой триацилглицерины (триглицериды) и воски.

Последние состоят из сложных эфиров высших жирных кислот одно- или двухатомных высших спиртов. К жирам близки простагландины, образующиеся в организме из полиненасыщенных жирных кислот. По химической природе это производные кислоты простаноевой со скелетом из 20 атомов углерода и содержащие циклопентановое кольцо.

Сложные липиды делят на две большие группы:

фосфолипиды и гликолипиды (т. е. соединения, имеющие в своей структуре остаток кислоты фосфорной или углеводный компонент). В составе живых клеток липиды играют важную роль в процессах жизнеобеспечения, образуя энергетические резервы у растений и животных.

Нуклеиновые кислоты - биополимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды, состоящие из остатка фосфорной кислоты, углеводного компонента (рибозы или дезоксирибозы) и азотистого (пуринового или пиримидинового) основания. Различают дезоксирибойуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) кислоты. Нуклеиновые кислоты из растений в лечебных целях пока не используются.

Ферменты занимают особое место среди белков. Роль ферментов в растениях специфична - они являются катализаторами большинства химических реакций.

Все ферменты делятся на 2 класса: однокомпонентные и двухкомпонентные. Однокомпонентные ферменты состоят только из белка,

двухкомпонентные - из белка (апофермента) и небелковой части (кофермента). Коферментами могут быть витамины.

В медицинской практике используют следующие ферментные препараты:

- "Нигедаза" - из семян чернушки дамасской - Nigella damascena, сем. лютиковых - Ranunculaceae. В основе препарата фермент липолитического действия, вызывает гидролитическое расщепление жиров растительного и животного происхождения.

Препарат эффективен при панкреатитах, энтероколитах и возрастном снижении липолитической активности пищеварительного сока.

- "Карипазим" и "Лекозим" - из высушенного млечного сока (латекса) папайи (дынного дерева) - Carica papaya L., сем. папаевых - Cariacaceae.

В основе "Карипазима" - сумма протеолитических ферментов (папаин, химопапаин, пептидаза).

Применяют при ожогах III степени, ускоряет отторжение струпов, очищает гранулирующие раны от гнойно-некротических масс.

В основе "Лекозима" - протеолитический фермент папаин и муколитический фермент лизоцим. Применяют в ортопедической, травматологической и нейрохирургической практике при межпозвоночном остеохондрозе, а также в офтальмологии для рассасывания эксудатов.

Органические кислоты, наряду с углеводами и белками, являются самыми распространенными веществами в растениях.

Они принимают участие в дыхании растений, биосинтезе белков, жиров и других веществ. Органические кислоты относятся к веществам как первичного синтеза (яблочная, уксусная, щавелевая, аскорбиновая), так и вторичного синтеза (урсоловая, олеаноловая).

Органические кислоты являются фармакологически активными веществами и участвуют в суммарном эффекте препаратов и лекарственных форм растений:

- салициловая и урсоловая кислоты обладают противовоспалительным действием;

- яблочная и янтарная кислоты - доноры энергетических групп, способствуют повышению физической и умственной работоспособности;

- аскорбиновая кислота - витамин С.

Витамины - особая группа органических веществ, выполняющих важные биологические и биохимические функции в живых организмах. Эти органические соединения различной химической природы синтезируются главным образом растениями, а также микроорганизмами.

Человеку и животным, которые их не синтезируют, витамины требуются в очень малых количествах по сравнению с питательными веществами (белками, углеводами, жирами).

Известно более 20 витаминов. Они имеют буквенные обозначения, названия химические и названия, характеризующие их физиологическое действие. Классифицируются витамины на водорастворимые (кислота аскорбиновая, тиамин, рибофлавин, кислота пантотеновая, пиридоксин, кислота фолиевая, цианокобаламин, никотинамид, биотин)

и жирорастворимые (ретинол, филлохинон, кальциферолы, токоферолы). К витаминоподобным веществам принадлежат некоторые флавоноиды, липоевая, оротовая, пангамовая кислоты, холин, инозит.

Биологическая роль витаминов разнообразна. Установлена тесная связь между витаминами и ферментами. Например, большинство витаминов группы В являются предшественниками коферментов и простетических групп ферментов.

Углеводы - обширный класс органических веществ, к которому относятся полиоксикарбонильные соединения и их производные. В зависимости от числа мономеров в молекуле они подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Углеводы, состоящие исключительно из полиоксикарбонильных соединений, получили название гомозидов, а их производные, в молекуле которых имеются остатки иных соединений, называются гетерозидами. К гетерозидам относятся все виды гликозидов.

Моно- и олигосахариды - нормальные компоненты любой живой клетки. В тех случаях, когда они накапливаются в значительных количествах, их относят к так называемым эргастическим веществам.

Полисахариды, как правило, всегда накапливаются в значительных количествах как продукты жизнедеятельности протопласта.

Моносахариды и олигосахариды используются в чистом виде, обычно в виде глюкозы, фруктозы и сахарозы. Будучи энергетическими веществами, моно- и олигосахариды, как правило, применяются в качестве наполнителей при изготовлении различных лекарственных форм.

Растения являются источниками получения этих углеводов (сахарный тростник, свекла, виноград, гидролизованная древесина ряда хвойных и древесных покрытосеменных).

В растениях синтезируются различные формы полисахаридов, которые отличаются друг от друга как по структуре, так и по выполняемым функциям. Полисахариды находят довольно широкое применение в медицине в различных формах. В частности, широко используются крахмал и продукты его гидролиза, а также целлюлоза, пектин, альгинаты, камеди и слизи.

Целлюлоза (клетчатка) - полимер, составляющий основную массу клеточных стенок растений. Полагают, что молекула клетчатки у разных растений содержит от 1400 до 10 000 остатков в-D-глюкозы.

Крахмал и инулин относятся к запасным полисахаридам.

Крахмал на 96-97,6 % состоит из двух полисахаридов: амилозы (линейный глюкан) и амилопектина (разветвленный глюкан).

Он всегда запасается в виде крахмальных зерен в период активного фотосинтеза. У представителей сем. Аsteraсеае и Сатрапи/асеае накапливаются фруктозаны (инулин), особенно в больших количествах в подземных органах.

Слизи и камеди (гумми) - смеси гомо- и гетеросахаридов и полиуро-нидов. Камеди состоят из гетерополисахаридов с обязательным участием уроновых кислот, карбонильные группы которых связаны с ионами Са 2+, К+ и Мg2+.

По растворимости в воде камеди делятся на 3 группы:

- арабиновые, хорошо растворимые в воде (абрикосовая и аравийская);

- бассориновые, плохо растворимые в воде, но сильно в ней набухающие (трагакантовая)

- и церазиновые, плохо растворимые и плохо набухающие в воде (вишневая).

Слизи, в отличие от камедей, могут быть и нейтральными (не содержат уроновых кислот), а также имеют меньшую молекулярную массу и хорошо растворимы в воде.

Пектиновые вещества - высокомолекулярные гетерополисахариды, главным структурным компонентом которых является кислота в-D-галактуроновая (полигалактуронид).

В растениях пектиновые вещества присутствуют в виде нерастворимого протопектина - полимера метоксилированной полигалактуроновой кислоты с галактаном и арабаном клеточной стенки: цепочки полиуронида соединены между собой ионами Са 2+ и Мg2+.

Вещества вторичного метаболизма

Вещества вторичного синтеза образуются в растениях в результате

-диссимиляции.

Диссимиляция - процесс распада веществ первичного синтеза до более простых веществ, сопровождающийся выделением энергии. Из этих простых веществ с затратой выделившейся энергии образуются вещества вторичного синтеза. Например, глюкоза (вещество первичного синтеза) распадается до уксусной кислоты, из которой синтезируется мевалоновая кислота и через ряд промежуточных продуктов - все терпены.

К веществам вторичного синтеза относятся терпены, гликозиды, фенольные соединения, алкалоиды. Все они участвуют в обмене веществ и выполняют определенные важные для растений функции.

Вещества вторичного синтеза применяются в медицинской практике значительно чаще и шире, чем вещества первичного синтеза.

Каждая группа веществ растений не является изолированной и неразрывно связана с другими группами биохимическими процессами.

Например:

- большая часть фенольных соединений является гликозидами;

- горечи из класса терпенов являются гликозидами;

- растительные стероиды по происхождению являются терпенами, в то же время сердечные гликозиды, стероидные сапонины и стероидные алкалоиды являются гликозидами;

- каротиноиды, производные тетратерпенов, являются витаминами;

- моносахариды и олигосахариды входят в состав гликозидов.

Вещества первичного синтеза содержат все растения, вещества вторичного синтеза накапливают растения отдельных видов, родов, семейств.

Вторичные метаболиты образуются по преимуществу у вегетативно малоподвижных групп живых организмов - растений и грибов.

Роль продуктов вторичного метаболизма и причины их появления в той или иной систематической группе различны. В самой общей форме им приписывается адаптивное значение, и в широком смысле защитные свойства.

4. Медицинское значение продуктов метаболизма

В современной медицине продукты вторичного обмена применяются значительно шире и чаще, чем первичные метаболиты.

Это связано нередко с очень ярким фармакологическим эффектом и множественным воздействием на различные системы и органы человека и животных. Синтезируются они на основе первичных соединений и могут накапливаться либо в свободном виде, либо в ходе реакций обмена подвергаются гликозилированию, т. е. связываются с каким-либо сахаром.

Алкалоиды - азотсодержащие органические соединения основного характера, преимущественно растительного происхождения. Строение молекул алкалоидов весьма разнообразно и нередко довольно сложно.

Азот, как правило, располагается в гетероциклах, но иногда находится в боковой цепи. Чаще всего алкалоиды классифицируют на основе строения этих гетероциклов, либо в соответствии с их биогенетическими предшественниками - аминокислотами.

Выделяют следующие основные группы алкалоидов: пирролидиновые, пиридиновые, пиперидиновые, пирролизидиновые, хинолизидиновые, хиназо-линовые, хинолиновые, изохинолиновые, индольные, дигидроиндольные (беталаины), имидазоловые, пуриновые, дитерпеновые, стероидные (гликоалкалоиды) и алкалоиды без гетероциклов (протоалкалоиды). Многие из алкалоидов обладают специфическим, часто уникальным физиологическим действием и широко используются в медицине. Некоторые алкалоиды - сильные яды (например, алкалоиды кураре).

Антраценпроизводные - группа природных соединений желтой, оранжевой или красной окраски, в основе которых лежит структура антрацена. Они могут иметь различную степень окисленности среднего кольца (производные антрона, антранола и антрахинона) и структуру углеродного скелета (мономерные, димерные и конденсированные соединения). Большинство из них являются производными хризацина (1,8-дигидроксиантрахинона). Реже встречаются производные ализарина (1,2-дигидроксиантрахинона). В растениях производные антрацена могут находиться в свободном виде (агликоны) или в виде гликозидов (антрагликозиды).

Витанолиды - группа фитостероидов, В настоящее время известно несколько рядов этого класса соединений. Витанолиды - это полиоксистероиды, у которых в положении 17 находится 6-членное лактонное кольцо, а в кольце А - кетогруппа у С 1.

Гликозиды - широко распространенные природные соединения, распадающиеся под влиянием различных агентов (кислота, щелочь или фермент) на углеводную часть и агликон (генин). Гликозидная связь между сахаром и агликоном может быть образована с участием атомов О, N или S (О-, N- или S-гликозиды), а также за счет С-С атомов (С-гликозиды).

Наибольшее распространение в растительном мире имеют O-гликозиды). Между собой гликозиды могут отличаться как структурой агликона, так и строением сахарной цепи. Углеводные компоненты представлены моносахаридами, дисахаридами и олигосахаридами, и, соответственно, гликозиды называются монозидами, биозидами и олигозидами.

Своеобразными группами природных соединений являются цианогенные гликозиды и тиогликозиды (глюкозинолаты).

Цианогенные гликозиды могут быть представлены как производные б-гидроксинитрилов, содержащих в своем составе синильную кислоту.

Широкое распространение они имеют среди растений сем. Rosасеае, подсем. Рrипоidеае, концентрируясь преимущественно в их семенах (например, гликозиды амигдалин и пруназин в семенах Атуgdalus соттиnis, Аrтеniаса vи 1garis).

Тиогликозиды (глюкозинолаты) в настоящее время рассматриваются в качестве производных гипотетического аниона - глюкозинолата, отсюда и второе название.

Глюкозинолаты найдены пока только у двудольных растений и характерны для сем. Вrassiсасеае, Сарраridaсеае, Resedасеае и других представителей порядка Сарраrа 1еs.

В растениях они содержатся в виде солей со щелочными металлами, чаще всего с калием (например, глюкозинолат синигрин из семян Вrassica jипсеа и В.nigra.

Изопреноиды - обширный класс природных соединений, рассматриваемых как продукт биогенного превращения изопрена.

К ним относятся различные терпены, их производные - терпеноиды и стероиды. Некоторые изопреноиды - структурные фрагменты антибиотиков, некоторые - витаминов, алкалоидов и гормонов животных.

Терпены и терпеноиды - ненасыщенные углеводороды и их производные состава (С 5 Н 8)n, где n = 2 или n > 2. По числу изопреновых звеньев их делят на несколько классов: моно-, сескви-, ди-, три-, тетра- и политер-пеноиды.

Монотерпеноиды (С 10 Н 16) и сесквитерпеноиды (С 15 Н 24) являются обычными компонентами эфирных масел.

К группе циклопентаноидных монотерпеноидов относятся иридоидные гликозиды (псевдоиндиканы), хорошо растворимые в воде и часто обладающие горьким вкусом. Название "иридоиды" связано с иридодиалем, который был получен из муравьев рода Iridomyrmex; "псевдоиндиканы" - с образованием синей окраски в кислой среде.

Дитерпеноиды (C20H32) входят главным образом в состав различных смол. Они представлены кислотами (резиноловые кислоты), спиртами (резинолы) и углеводородами (резены), Различают собственно смолы (канифоль, даммара), масло-смолы (терпентин, канадский бальзам), камеде-смолы (гуммигут), масло-камеде-смолы (ладан, мирра, асафетида).

Масло-смолы, представляющие собой раствор смол в эфирном масле и содержащие кислоты бензойную и коричную, называют бальзамами. В медицине применяют перувианский, толутанский, стираксовый бальзамы.

Тритерпеноиды (Сз 0 Н 48) по преимуществу встречаются в виде сапонинов, агликоны которых представлены пентациклическими (производ ные урсана, олеанана, лупана, гопана и др.) или тетрациклическими (производные даммарана, циклоартана, зуфана) соединениями.

К тетратерпеноидам (С 40 Н 64) относятся жирорастворимые растительные пигменты желтого, оранжевого и красного цвета, каротиноиды, предшественники витамина А (провитамины А).

Они делятся на каротины (ненасыщенные углеводороды, не содержащие кислорода) и ксантофиллы (кислородсодержащие каротиноиды, имеющие гидрокси-, метокси-, карбокси-, кето- и эпоксигруппы). Широко распространены в растениях б-, в-и г-каротины, ликопин, зеаксантин, виолаксантин и др.

Последнюю группу изопреноидов состава (С 5 Н 10)n, представляют поли-терпеноиды, к которым относятся природный каучук и гутта.

Кардиотонические гликозиды, или сердечные гликозиды, - гетерозиды, агликоны которых являются стероидами, но отличаются от прочих стероидов наличием в молекуле вместо боковой цепи при С 17 ненасыщенного лактонного кольца: пятичленного бутенолидного (карденолиды) или шестичленного кумалинового кольца (буфадиенолиды). Все агликоны кардиотонических гликозидов имеют у С 3 и С 14 гидроксильные группы, а у С 13 - метильную.

При С 10 может быть б-ориентированная метильная, альдегидная, карбинольная или карбоксильная группы. Кроме того, они могут иметь дополнительные гидроксилы у С 1, С 2, С 5, С 11, С 12 и С 16, последняя иногда бывает ацилирована муравьиной, уксусной или изовалериановой кислотой. Они применяются в медицине для стимуляции сокращений миокарда. Часть из них - диуретики.

Ксантоны - класс фенольных соединений, имеющих структуру дибензо-г-пирона. В качестве заместителей содержат в молекуле гидрокси-, метокси-, ацетокси-, метилендиокси- и другие радикалы.

Известны соединения, содержащие пирановое кольцо. Некоторой особенностью ксантонов является распространение хлорсодержащих производных.

Их находят в свободном виде и в составе О- и С-гликозидов. Из ксантоновых С-гликозидов наиболее известен мангиферин, который одним из первых введен в медицинскую практику.

Кумарины - природные соединения, в основе строения которых лежит 9,10-бензо-б-пирон. Их можно также рассматривать как производные кислоты орто-гидроксикоричной (о-кумаровой). Они классифицируются на окси- и метоксипроизводные, фуро- и пиранокумарины, 3,4-бензокумарины и куместаны (куместролы).

Лигнаны - природные фенольные вещества, производные димеров фенилпропановых единиц (С 6-С 3), соединенных между собой в-углеродными атомами боковых цепей.

Разнообразие лигнанов обусловлено наличием различных заместителей в бензольных кольцах и характером связи между ними, степенью насыщенности боковых цепей.

По структуре они делятся на несколько групп: диарилбутановый (кислота гваяретовая), с 1-фенилтетрагидронафталиновый (подофиллотоксин, пельтатины), бензилфенилтетрагидрофурановый (ларицирезинол и его глюкозид), дифенилфурофурановый (сезамин, сирин-гарезинол), дибензоциклооктановый (схизандрин, схизандрол) типы и др.

Лигнины представляют собой нерегулярные трехмерные полимеры, предшественниками которых служат гидроксикоричные спирты (п-кумаровый, конифериловый и синаповый), и являются строительным материалом клеточных стенок древесины.

Лигнин содержится в одревесневших растительных тканях наряду с целлюлозой и гемицеллюлозами и участвует в создании опорных элементов механической ткани.

Меланины - полимерные фенольные соединения, которые в растениях встречаются спорадически и представляют собой наименее изученную группу природных соединений.

Окрашены они в черный или черно-коричневый цвет. При щелочном расщеплении образуют пирокатехин, протокатеховую и салициловую кислоты.

Нафтохиноны - хиноидные пигменты растений, которые найдены в различных органах (в корнях, древесине, коре, листьях, плодах и реже в цветках). В качестве заместителей производные 1,4-нафтохинона содержат гидроксильные, метильные, пренильные и другие группы.

Наиболее известным является красный пигмент шиконин, обнаруженный в некоторых представителях сем. Воragiпасеае (виды родов Аrпеbia, Есhium, Lithosperтит I. и Опоsта).

Сапонины (сапонизиды) - гликозиды, обладающие гемолитической и поверхностной активностью (детергенты), а также токсичностью для холоднокровных.

В зависимости от строения агликона (сапогенина), их делят на стероидные и тритерпеноидные. Углеводная часть сапонинов может содержать от 1 до 11 моносахаридов.

Наиболее часто встречаются D-глюкоза, D-галактоза, D-ксилоза, L-рамноза, L-арабиноза, D-галактуроновая и D-глюкуроновая кислоты.

Они образуют линейные или разветвленные цепи и могут присоединяться по гидроксильной или карбоксильной группе агликона.

Стероиды - класс соединений, в молекуле которых присутствует цик-лопентанперги дрофенантреновый скелет.

К стероидам относят стерины, витамины группы D, стероидные гормоны, агликоны стероидных сапонинов и кардиотонических гликозидов, экдизоны, витанолиды, стероидные алкалоиды.

Растительные стерины, или фитостерины, - спирты, содержащие 28-30 углеродных атомов. К ним принадлежат в-ситостерин, стигмастерин, эргостерин, кампестерин, спинастерин и др. Некоторые из них, например в -ситостерин, находят применение в медицине. Другие используются для получения стероидных лекарственных средств - стероидных гормонов, витамина D и др.

Стероидные сапонины содержат 27 атомов углерода, боковая цепь их образует спирокетальную систему спиростанолового или фураностанолового типов. Один из стероидных сапогенинов - диосгенин, выделенный из корневищ диоскореи, - является источником для получения важных для медицины гормональных препаратов (кортизона, прогестерона).

Стильбены можно рассматривать как фенольные соединения с двумя бензольными кольцами, имеющими структуру С 6-С 2-С 6. Это сравнительно небольшая группа веществ, которые встречаются в основном в древесине различных видов сосны, ели, эвкалипта, являются структурными элементами таннидов.

Танниды (дубильные вещества) - высокомолекулярные соединения со средней молекулярной массой порядка 500-5000, иногда до 20 000, способные осаждать белки, алкалоиды и обладающие вяжущим вкусом.

Танниды подразделяют на гидролизуемые, распадающиеся в условиях кислотного или энзиматического гидролиза на простейшие части (к ним относят галлотаннины, эллаготаннины и несахаридные эфиры карбоновых кислот), и конденсированные, не распадающиеся под действием кислот, а образующие продукты конденсации - флобафены. Структурно они могут рассматриваться как производные флаван-3-олов (катехинов), флаван-3,4-диолов (лейкоантоцианидинов) и гидроксистильбенов.

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 С 6-С 3.

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 (силибин, силидианин, силикристин), которые проявляют гепатозащитные свойства.

Фитонциды - это необычные соединения вторичного биосинтеза, продуцируемые высшими растениями и оказывающие влияние на другие организмы, главным образом, микроорганизмы.

Наиболее активные антибактериальные вещества содержатся в луке репчатом (Аlliит сера) и чесноке (Аlliит sativит), из последнего выделено антибиотическое соединение аллицин (производное аминокислоты аллиина).

Флавоноиды относят к группе соединений со структурой С 6-С 3-С 6, и большинство из них представляют собой производные 2-фенилбензопирана (флавана) или 2-фенилбензо-г-пирона (флавона). Классификация их основана на степени окисленности трехуглеродного фрагмента, положении бокового фенильного радикала, величине гетероцикла и других признаках. К производным флавана принадлежат катехины, лейкоантоцианидины и антоцианидины; к производным флавона - флавоны, флаваноны, флаванонолы. К флавоноидам относятся также ауроны (производные 2-бензофуранона или 2-бензилиден кумаранона), халконы и дигидрохалконы (соединения с раскрытым пирановым кольцом). Менее распространены в природе изофлавоноиды (с фенильным радикалом у С 3), неофлавоноиды (производные 4-фенилхромона), бифлавоноиды (димерные соединения, состоящие из связанных С-С-связью флавонов, флаванонов и флавон-флаванонов) и фенилпропаноиды. К необычным производным изофлавоноидов относятся птерокарпаны и ротеноиды, которые содержат дополнительный гетероцикл. Птерокарпаны привлекли к себе внимание после того, как было выяснено, что многие из них играют роль фитоалексинов, выполняющих защитные функции против фитопатогенов. Ротенон и близкие к нему соединения токсичны для насекомых, поэтому являются эффективными инсектицидами.

Хромоны - соединения, получающиеся в результате конденсации г-пи-ронового и бензольного колец (производные 5,6-бензо-г-пирона). Обычно все соединения этого класса имеют в положении 2 метильную или оксиметильную (ацилоксиметильную) группу. Классифицируются они по тому же принципу, что и кумарины: по числу и типу циклов, сконденсированных с хромоновым ядром (фурохромоны, пиранохромоны и др.).

Экдизоны (экдисгероиды, фитоэкдизоны) - полиоксистероидные соединения, обладающие активностью гормонов линьки насекомых и метаболизма членистоногих. В основе строения экдизонов лежит стероидный скелет, где в положении 17 присоединяется алифатическая цепочка из 8 углеродных атомов. Структурными особенностями гормонов являются двойная связь между С 7 и С 8, 6-кетогруппа и 14-б-гидроксильная группа. Число и положение других ОН- групп различны.

Эфирные масла - летучие жидкие смеси органических веществ, вырабатываемых растениями, обусловливающие их запах.

В состав эфирных масел входят углеводороды, спирты, сложные эфиры, кетоны, лактоны, ароматические компоненты.

Преобладают терпеноидные соединения из подкласа монотерпеноидов, сесквитерпеноидов, изредка дитерпеноидов; кроме того, довольно обычны "ароматические терпеноиды" и фенилпропаноиды.

Растения, содержащие эфирные масла (эфироносы широко представлены в мировой флоре. Особенно богаты ими растения тропиков и сухих субтропиков.

Подавляющее большинство продуктов вторичного метаболизма может быть синтезировано чисто химическим путем в лаборатории, и в отдельных случаях такой синтез оказывается экономически выгодным.

Однако не следует забывать, что в фитотерапии значение имеет вся сумма биологических веществ, накапливающихся в растении. Поэтому сама по себе возможность синтеза не является в этом смысле решающей.

Размещено на Allbest.ru

...