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-, Nили 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-, тетраи 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-, кетои 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-, метилендиоксии другие радикалы.

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

Их находят в свободном виде и в составе Ои 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 оксии метоксипроизводные, фурои 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 вситостерин, 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 ОНгрупп 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.