Основные биологические активные вещества ведущая группа бав лекарственного растительного сырья
На современном этапе развития фармации, несмотря на очевидные успехи химического синтеза новых соединений, обладающих фармакологической активностью и являющихся основой производства новых лекарственных средств, не утрачивают своей актуальности фитопрепараты. Для производства всего ассортимента фитопрепаратов используется разнообразное лекарственное растительное сырье (ЛРС). Вполне естественно, что фармакологическая активность лекарственных средств растительного происхождения определяется комплексом биологически активных соединений (БАС), которые извлекаются из ЛРС в процессе получения субстанций или изготовления фитопрепаратов. Комплекс БАС в составе любого растения представлен разнообразными химическими соединениями, синтезируемыми в биохимических реакциях первичного и вторичного метаболизма.
В большинстве учебных материалов и в значительном количестве научных работ в классификации БАС растительного происхождения нет последовательности и единообразного подхода, зачастую преобладают архаизмы и устойчивые сленговые понятия.
Так, термин «сердечные гликозиды», широко используемый в учебной литературе стран СНГ [4, 5, 7, 9, 11], не имеет ничего общего с классификацией гликозидов по типу связи генина с агликоном. Соединения, которые относят к этому классу представляют собой типичные О-гликозиды, широко распространенные в растениях, а их агликоны имеют совершенно разную химическую структуру и тем более биогенетическое происхождение. Гликозидирование в известном смысле является способом транспортирования агликонов [19] по органам растений и в этой связи можно говорить только о форме существования агликона. Название «сердечные» или «кардиотонические» отражает фармакологическую активность подобных соединений, но и сумма флавоноидных гликозидов боярышника также обладает подобной активностью. При этом агликоны карденолидов имеют стероидный скелет, в то время как флавоноиды такого скелета не имеют.
В существующей классификации сапонинов выделяют тритерпеновые сапонины и стероидные сапонины [7, 9] или даже «тритерпеновые сапонины стероидного происхождения» [4]. Вместе с тем любые сапонины имеют своим биогенетическим предшественником тритерпеновое соединение сквален [12] и в этом случае все сапонины могут быть только тритерпеновой природы и различаются только структурой.
В.А. Куркин [3, 4] сделал попытку построить классификацию фенольных соединения, выделив в качестве «новой» группы соединений широко известный с середины 20-го века класс соединений [2, 14] – фенилпропаноидов, имеющих скелет С6–С3. В предложенной классификации [4] выглядит искусственным выделение таких групп, как «фенилпропаноиды фенилэтанового происхождения» и фенилпропанов – соединениий вида С6–С3, имеющие бескислородную боковую цепь С3 (эвгенол, анетол). Все фенольные соединения, за исключением нескольких соединений хиноидной структуры, синтезируются по схеме: шикимовая кислота → фенилаланин → фенилпропаноид и этот путь биосинтеза именуется фенилпропаноидным («phenylpropanoid pathway» [14, 16]). Фенилпропан по определению не может быть производным фенилпропаноида – только в обратном порядке. В то же время и эвгенол и анетол по своей химической структуре имеют ненасыщенную связь С=С и являются, таким образом, фенилпропенами, которые уже могут быть производными фенилпропаноидов. В случае же с «фенилпропаноидами фенилэтанового происхождения» перед нами просто олигосахариды, имеющие два разных агликона – фенилпропаноид и фенилэтаноид.
Автор [4] также вводит термины флаволигнаны и, по аналогии с ним, ксанто- и кумаринолигнаны. Термин флавонолигнан («flavonolignane») был предложен Р. Хенселем и А. Пельтером еще в 1968 году, хотя позднее они же признали неудачность данного термина, т.к. подобные соединения ничего общего с лигнанами не имеют [15]. Действительно лигнаны – это димеры монолигнолов [10], соединенных по принципу «хвост к хвосту», а неолигнаны по принципу «голова к хвосту» [18]. Номенклатура ИЮПАК [17] также не предусматривает введенных в [4] групп флаво-, ксанто-, и кумаринолигнанов, а класс неолигнанов – в понимании [4] не соответствует неолигнанам в общепринятой номенклатуре современной органической химии [17].
Выделение класса хинонов по принципу общности биосинтеза, сделанное в [4], также не обосновано т.к. синтез хинонов происходит по крайней мере тремя различными путями [10, 18]. Они могут быть объединены в отдельную группу только по принципу наличия в их структуре хиноидного ядра. В этом случае становится очевидным, что «антраценпроизводные соединения» [4, 7, 9, 11, 13] по сути не являются производными антрацена в том числе и потому, что в растениях сам антрацен не синтезируется. Один тип соединений, имеющий углеродный скелет антрацена, для обозначения которых может использоваться термин «антраценоид», образуются по поликетидному пути биосинтеза – 1,8-антрахинон (подгруппа хризацина) или в результате взаимодействия шикимовой и мевалоновой кислот – второй тип антраценоидов – 1,2-антрахинон (подгруппа ализарина).
На настоящий момент только классификация алкалоидов, созданная в середине прошлого века А.П. Ореховым, не потеряла своей актуальности и продолжает действовать после небольших уточнений в терминологии – в частности термин «алкалоиды с атомом азота в боковой цепи» [7, 11, 16] или используемый в [4] термин «экзоциклические алкалоиды» более терминологически правильно называть «изоциклическими» [1].
Отмеченные выше недостатки в используемых системах классификации природных БАС необоснованно затрудняют понимание и усвоение студентами курса фармакогнозии, т.к. разрывают логические связи с базовыми фундаментальными науками.
Деление метаболизма растений на «первичный» и «вторичный» в рассматриваемом контексте явно устарело т.к. не позволяет объяснить отнесение группы азотных соединений (аминокислот, а также витаминов, хлорофилла) – синтез которых может происходить в процессах вторичного метаболизма к БАС первичного метаболизма.
Решая подобную проблему, Дж. Харборн и П. Дей предложили [18] в первичном метаболизме рассматривать различные пути биосинтеза первичных метаболитов, таких как углеводы, липиды, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, белки. В то же время для описания синтеза вторичных метаболитов авторы ввели понятие «специального метаболизма», в котором синтезируются фенолы, изопреноиды и вторичные азотсодержащие соединения (алкалоиды). Более целесообразно с позиций фармакогнозии и оправдано использование выделение в процессе биосинтеза БАС следующих типов метаболизма:
1. Углеводно-липидный метаболизм – здесь синтезируются (из БАС, рассматриваемых в курсе фармакогнозии) моно-, олиго и полисахариды, высшие жирные кислоты, липиды, а также, в цикле Кребса, карбоновые кислоты.
2. Азотный метаболизм – ассимиляция нитратов начинается в реакции с α-кетоглутаровой кислотой и первичным продуктом ассимиляции является глутамат [6, 18]. В дальнейшем перенос аминогруппы происходит в процессе переаминирования, а углеродные скелеты всего многообразия аминокислот формируются на различных стадиях циклов Кальвина и Кребса, а других азотсодержащих соединений – в процессе биосинтеза изопреноидных и фенольных соединений. Таким образом, в процессе азотного метаболизма синтезируются как первичные метаболиты – протеиногенные аминокислоты, так и вторичные метаболиты, которые включают наряду с алкалоидами, цианогенные гликозиды и непротеиногенные аминокислоты.
Источник
ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ БАВ РАСТЕНИЙ
РЕФЕРАТ
По дисциплине«Методы и технологии получения биологически активных веществ растительного сырья»
на тему:Развитие химии растительных биологически активных веществ
Выполнил: Кадарбагамаев Саид Магомедович ‒ магистрант 1 курса 191 группы очной формы обучения направления подготовки бакалавров 19.04.01 «Биотехнология» магистерская программа «Фармацевтическая биотехнология».
Проверил: Панова Наталья Викторовна ‒ кандидат биологических наук, преподаватель кафедры биотехнологии СтГМУ
Защищен с оценкой ____________
Ставрополь 2020 г.
ВВЕДЕНИЕ
Биологически активные вещества (БАВ) — химические вещества, обладающие при небольших концентрациях высокой физиологической активностью по отношению к определённым группам живых организмов (в первую очередь — по отношению к человеку, а также по отношению к растениям, животным, грибам и пр.) или к отдельным группам их клеток. Физиологическая активность веществ может рассматриваться как с точки зрения возможности их медицинского применения [1] , так и с точки зрения поддержания нормальной жизнедеятельности человеческого организма [2] либо придания группе организмов особых свойств (таких, например, как повышенная устойчивость культурных растений к болезням) [3] .
Лечебное действие многих видов лекарственных растении, применяющихся в настоящее время в научной и народной медицине, связано с наличием в них различных биологически активных веществ, которые при поступлении в организм животных и человека проявляют физиологически активные свойства и оказывают целебное действие. Они называются действующими веществами, имеют разнообразный состав и относятся к различным классам химических соединений.
К числу основных действующих веществ относятся алкалоиды, гликозиды, кумарины, эфирные масла, смолы, дубильные вещества, витамины.
ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ БАВ РАСТЕНИЙ
Алкалоиды. Это вещества, вырабатываемые растениями и представляющие собой сложные азотсодержащие соединения. В различных видах растений алкалоиды накапливаются неравномерно. Особенно богаты алкалоидами растения семейства пасленовых и маковых. Содержание алкалоидов в одних и тех же растениях может колебаться в зависимости от времени года и места их произрастания. Многие алкалоиды являются ценными лекарственными средствами, они используются для лечения заболеваний внутренних органов, нервных и других болезней. Это стрихнин, морфин, папаверин, кодеин, эфедрин, хинин, кофеин и др. В виде лечебных препаратов употребляются в медицине обычно соли алкалоидов. Содержание алкалоидов в растениях невелико—от следов до 2—8% обложенных чистой белой бумагой, в банках. В тех случаях, когда лечебное действие растения связано с эфирным маслом или другими летучими веществами, сырье следует хранить в стеклянной банке с притертой пробкой или в металлических банках с плотно закрываемой крышкой. При упаковке в пакеты, банки, ящики и другую тару внутрь вкладывают этикетки с названием вида сырья и времени сбора. Сырье хранят в сухих, темных, чистых помещениях. Обычно сроки хранения цветов, травы и листьев не превышают 1—2 лет, корней, корневищ, коры—2—3 лет.
Гликозиды. Это большая группа веществ безазотистой природы, молекула которых состоит из сахаристой части —гликона и несахаристой части — агликона. Действие гликозидов в основном определяется их несахаристой частью. В отличие от алкалоидов гликозиды при хранении быстро разрушаются ферментами самих растений, а также под действием различных физических факторов. Ферменты очень легко расщепляют гликозиды, поэтому в только что срезанных растениях гликозиды легко распадаются и теряют свои свойства. При сборе растений, содержащих гликозиды, с этим обстоятельством приходится считаться; сырье надо хранить, не допуская отсыревания, так как в сухом материале ферменты не проявляют своего действия.
В практической деятельности обычно различают следующие группы гликозидов: сердечные гликозиды, антрагликозиды (слабительные), сапонины, горечи, флавоноидные гликозиды и др. Наиболее важное значение для врачебной практики имеют сердечные гликозиды (карденолиды). До сих пор среди всех сердечных средств растительные препараты составляют больше половины. Из растений, образующих в своих клетках гликозиды сердечного действия, можно назвать наперстянку, ландыш, горицвет и некоторые другие. Вся эта группа растений имеет большое значение для лечения сердечных заболеваний. Растения, содержащие сердечные гликозиды, сильно ядовиты. Сердечные гликозиды очень нестойки, поэтому сбор и сушка растений, содержащих эти гликозиды, должны проводиться очень тщательно.
Довольно широкое применение в практике получили гликозиды, оказывающие слабительное действие, так называемые антрагликозиды, содержащиеся в крушине, ревене, кассии, алоэ и некоторых других растениях. В отличие от сердечных гликозидов они малоядовиты, стойки при хранении, большинство из них окрашено в красно-оранжевый цвет.
Некоторые растения, содержащие гликозиды, очень горьки на вкус. К ним относятся полынь, горечавка, одуванчик, золототысячник и др. Их используют в медицине именно как “горечи”: горькие вещества вызывают аппетит у больных; усиливая перистальтику желудка и увеличивая выделение желудочного сока, “горечи” способствуют лучшему усвоению пищи.
Очень многие растения содержат сапонины — соединения, представляющие собой одну из групп гликозидов. Сапонины найдены у представителей более чем 70 семейств растений, особенно обильны они среди гвоздичных и первоцветных. Сапонинсодержащие растения используют во врачебной практике с самыми различными целями: как отхаркивающие (корни истода, синюхи), мочегонные (почечный чай), желчегонные и др. Есть сапонины, обладающие свойством понижать кровяное давление, вызывать рвоту, оказывать потогонное действие и т. д.
В последнее время большое значение приобрела группа флавоноидных гликозидов. Они относятся к фенольным соединениям. Ряд из них обладает Р-вита-минной способностью, бактерицидным, желчегонным действием, способствует удалению радиоактивных веществ из организма.
Триогликозиды. Соединения, в состав агликонов которых входит сера, принимающая участие в освобождении сахаристого компонента. Эти соединения горькие, острые на вкус. Они возбуждают аппетит, способны раздражать слизистые оболочки и кожу, благодаря чему усиливают кровеоборот при внешнем применении, проявляют активное бактерицидное и бактериостатическое действие на патогенные группы микроорганизмов, вызывающих воспаление кожи, подкожной основы и мышц. В небольшом количестве возбуждают аппетит, усиливают кровеоборот.
Они содержатся в траве сурепицы полевой, горчицы, хрена, редьки, капусты.
Сапонины. Это гетерозидные соединения стероловых или тритерпеновых агликонов с разными сахарами (глюкоза, рамноза, арабиноза, галактоза), а также с глюкуроновой кислотой. Они содержаться в многих растениях, особенно из семейств первоцветных и гвоздичных, а в некоторых (мыльнянка аптечная, первоцвет весенний, остудник голый) накапливаются в значительном количестве. Сапонины хорошо растворяются в воде, образуя коллоидные растворы, а при вибрации – густую пену. Даже в очень концентрированных растворах они находятся в молекулярном или ионном состоянии. Характерная особенность сапонинов – их способность образовывать сложные соединения с определенными алкоголями и фенолами, особенно с холестерином. Такого типа соединения дают возможность сапонинам находиться в инертном состоянии, и лишь при разложении под действием высокой температуры их действие активизируется.
– стероидные сапонины принадлежат к группе природных гликозидов, которым свойственная высокая гемолитическая активность. Они обнаружены в растениях разных семейств, но главным образом, в растениях семейств диоскорейные, бобовые, лютиковые, лилейные. Стероидные сапонины обладают фунгицидным, противоопухолевым, цитостатическим действием. Они понижают артериальное давление, нормализируют сердечный ритм, делают дыхание более ровным и глубоким. Эти сапонины используются как производное сырье для синтеза стероидных гормонов.
– тритерпеновые сапонины в большинстве обладают гемолитическим действием. Они разрушают оболочку эритроцитов и освобождают гемоглобин. Сапонины имеют едкий горький вкус, раздражают слизистую оболочку глотки, желудка и кишечника, вызывают рвоту и усиливают бронхиальную секрецию. Их назначают при тяжелом легочном кашле для откашливания.
Сапонины разных растений обладают разным действием. Так сапонины солодки голой имеют эстрогенную активность, элеутерококка – повышают иммунитет, женьшеня – дают адаптогенный эффект.
Сапонины способствуют выделению желчи и ее разреженности, активизируют выделение желудочного и кишечного сока, сока поджелудочной железы.
Растительные препараты с содержанием сапонинов, принимаемые перорально, даже в небольших дозах раздражают нервные окончания слизистой желудка и вызывают тошноту. Одновременно вызывается раздражение дыхательного центра, углубляется и учащается дыхание. Образующаяся водянистая слизь облегчает кашель, а усиленное дыхание способствует удалению слизи из дыхательных путей.
Сапонины увеличивают проницаемость стенок слизистой оболочки пищеварительного канала и улучшают всасываемость солей кальция, железа, сердечных гликозидов. Эта их особенность имеет большое значение для усвоения витаминов или минеральных солей, содержащихся в томатах, фасоли и других плодах и овощах, в которых есть сапониновые гликозиды.
Сапонины, введенные парентерально (внутримышечно или подкожно) раздражают ткани, вызывают их воспаление, нагноение, некроз. Действуют как сильнейший протоплазматический яд. В первую очередь действие сапонинов проявляется на паренхиматозных органах. Значительно поражается капиллярная система печени, почек, сердечной мышцы, возникают кровеизлияния и деструктивные изменения в альвеолярной системе легких и тонкого кишечника.
Образуя комплексные соединения с холестерином и стероидными веществами, сапонины приводят к гемолизу, гемолитической анемии, тяжелых повреждений гемопоетической функции и костного мозга. Некоторые из них (токсические) чрезмерно усиливают гемолиз эритроцитов, а другие (малотоксичные), наоборот, замедляют этот процесс: соединяются с альбуминами крови в достаточно устойчивые комплексы.
Введенные внутримышечно в большом количестве, они сначала возбуждают, а потом поражают важные отделы головного и спинного мозга, дыхательный центр, сердечную мышцу.
Сапонинсодержащие растения используются в медицине как отхаркивающие средства при заболеваниях дыхательных путей, как мочегонные, общеукрепляющие, стимулирующие, тонизирующие лекарства. Значительную их часть применяется при лечении болезней сердечно-сосудистой системы, как седативные и противосклеротичные средства. Эффективны при лечении атеросклероза сосудов головного мозга, атеросклерозе совместно с гипертонической болезнью и злокачественными новообразованиями.
Кумарины и фурокумарины. Эти вещества содержатся в растениях в чистом виде или в соединениях с сахаром в виде гликозидов. В воде нерастворимы, чувствительны к свету. Чаще кумарины содержатся в растениях семейства зонтичных, бобовых, рутовых, главным образом в корнях и плодах. К настоящему времени выделено и изучено свыше 150 кумарин-производных соединений. Из этой группы наиболее важными для медицины оказались вещества, относящиеся к фурокумаринам. Многие из них обладают разными фармакологическими свойствами: как сосудорасширяющие, спазмолитические и противоопухолевые средства.
Эфирные масла. Это летучие, маслянистые жидкости, нерастворимые в воде, с сильным запахом, присущим многим видам растений (мяте, валериане, тимьяну, полыни, укропу, шалфею и др.). В мире известно 2500 эфиромасличных растений. Эфирные масла встречаются в различных частях растений — в цветках, листьях, плодах, а иногда и в подземных частях. Содержание их в растениях колеблется от следов до 20% (обычно 2—3%).
Применение эфирных масел в медицине разнообразно. Есть масла, обладающие болеутолящим свойством; успокаивающие и возбуждающие нервную систему (масло полыни); влияющие на сердечную деятельность (камфора); смягчающие кашель; бактерицидные; антисептические; противоглистные; возбуждающие деятельность желудка. Эфирные масла используются для улучшения и изменения вкуса, запаха лекарств, например лавандовое, мятное, кориандровое и другие масла. Эфирные масла находят применение в парфюмерной, ликерно-водочной, пищевой промышленности.
Под действием кислорода и влаги воздуха состав эфирных масел изменяется — отдельные компоненты масел окисляются, происходит осмоление масел и они теряют запах. Свет вызывает изменение окраски масел, также изменяется и состав масел. Поэтому необходимо строго соблюдать правила сбора, сушки, обработки, хранения и приготовления лекарственных форм из растений, содержащих эфирные масла.
Смолы. По химическому строению близки к эфирным маслам, часто содержатся в растениях вместе с ними. Смолы некоторых растений обладают лечебными свойствами. В медицинской практике применяются для приготовления пластырей, настоек, назначаются внутрь как слабительное средство. Смола сосны входит в ранозаживляющий пластырь “клеол”.
Дубильные вещества, или таниды. Получили свое название за способность дубить кожи и делать их водонепроницаемыми. Обычно для этого использовали кору дуба, поэтому данный процесс называется дублением, а сами вещества дубильными.
Дубильные вещества содержатся почти во всех растениях в том или ином количестве и представляют собой аморфные безазотистые соединения, производные многоатомных фенолов. Накапливаются дубильные вещества в различных органах растений, главным образом в коре и древесине деревьев и кустарников, а также в подземных частях травянистых многолетних растений. Дубильные вещества не ядовиты, имеют характерный вяжущий вкус. Некоторые растения, содержащие особенно много танидов, применяют как вяжущее и убивающее бактерии средство при желудочно-кишечных заболеваниях, для полоскания горла, при различных воспалениях и т. д.
Вяжущее и противовоспалительное действие танидов основано на образовании на слизистых оболочках, состоящих из белковых веществ, пленки, препятствующей дальнейшему воспалению. Таниды, нанесенные на обожженные места и раны, также свертывают белки и используются поэтому как местное кровоостанавливающее средство. Кроме того, таниды применяются как противоядия при отравлении тяжелыми металлами и алкалоидами.
При соприкосновении с воздухом дубильные вещества окисляются под влиянием особых ферментов и переходят в вещества, нерастворимые в воде, окрашенные в темно-бурый или красно-бурый цвет (этим объясняется побурение разрезанных яблок, айвы, картофеля и др.).
Витамины. Это вещества, очень малые количества которых необходимы для нормального развития и жизнедеятельности организма человека. Витамины играют первостепенную роль в обмене веществ, регулировании процессов усвоения и использования основных пищевых веществ—белков, жиров, углеводов. Недостаток витаминов нарушает обмен веществ, снижает работоспособность, вызывает быструю утомляемость, ухудшает состояние нервной системы и вызывает другие болезненные явления. В настоящее время известно около 30 природных витаминов, причем многие из них содержатся в лекарственных растениях.
Организм человека нуждается в поступлении извне около 20 витаминов, остальные синтезируются во внутренних органах. Из известных витаминов подробно описаны физико-химические свойства и физиологическое значение витаминов A, B1 (тиамина), В2 (рибофлавина), В6 (пиридоксина), В12, В15, С (аскорбиновой кислоты), D, Е, F, К, Р (рутина), РР (никотиновой кислоты), инозита, холина, биатина и ряда других. Потребность человека в витаминах зависит от условий его жизни и работы, состояния организма, времени года.
Кроме перечисленных групп действующих веществ лекарственных растений, лечебные свойства их могут быть обусловлены наличием других классов химических соединений, таких, как органические кислоты, слизи, камеди, жирные масла, пигменты, ферменты, энзимы, минеральные соли, микроэлементы и др.
В очень многих случаях лечебное действие растений бывает связано не с каким-либо одним веществом, а со всем естественным комплексом веществ, входящих в него. В этом случае употребление чистого действующего вещества не дает того высокого лечебного эффекта, какой дает применение самого растения (например, валерианы, шиповника, наперстянки, маральего корня и др.) или суммарной вытяжки из него.
Гликоалколоиды. В растениях образуются как «гибриды» между алкалоидами и гликозидами. Впервые был выделен гликоалкалоид из ягод паслена черного, который долгое время не находил применения в медицине. Долгое время для синтеза гормонов, и в частности кортизона, использовали кору надпочечников, что было экономически невыгодно. В 1935 году из них добывали 20 гормонов для медицины. Эти вещества применяют как мощный регулятор обмена веществ в организме.
Необходимо было найти растительный аналог для получения гормонов. Таким растением оказался паслен дольчатый, произрастающий в Австралии. В этом растении содержатся наиболее сложно синтезируемые молекулы соласодина для фармацевтической промышленности по производству гормональных препаратов.
Источник
