Биологически активные вещества растений
Биологически активные вещества - это вторичные метаболиты растений, которые вызывают токсикологические и фармакологические эффекты как у животных, так и у человека. Выработка этих вторичных метаболитов в растениях происходит в результате первичных метаболических и биосинтетических реакций, связанных с ростом и развитием растения, поэтому они считаются побочными продуктами метаболизма растительных клеток. Эти биоактивные соединения являются хорошо известными благодаря своей значительной функциональности в растениях, например:
- во время фотосинтеза флавоноиды действуют как поглотители свободных радикалов;
- терпеноиды могут привлекать опылителей или диспергаторов семян;
- алкалоиды отпугивают насекомых или травоядных животных и т.д.
Биологически активные вещества (БАВ) также обладают антиоксидантной активностью, которая снижает вредное воздействие веществ с высоким окислительным потенциалом. Это антиоксидантное свойство в основном связано с их окислительно-восстановительным потенциалом, который позволяет им работать в качестве восстанавливающих агентов. Таким образом, извлечение (экстракция) биохимических молекул из природных растительных источников представляет большой интерес для исследователей.
Группы биологически активных веществ
Классификация биоактивных молекул растений зависит от разных критериев. Они могут быть представлены клинически, токсикологически, фармакологически или ботанически. Предпочтительно классифицировать их по химическим классам и биохимическим путям на следующие группы:
терпены и терпеноиды (примерно 25000 соединений);
алкалоиды (примерно 12000 соединений)
Терпены
Среди натуральных продуктов наибольшую группу занимали терпеноиды, которые также используются в ряде промышленных секторов в качестве специй и ароматизаторов, также используемых в косметической и парфюмерной промышленности. Идентифицированы огромные типы терпеноидов, то есть 25 000. Эти соединения играют важную роль в защите от биотических и абиотических факторов, а также служат источником привлечения насекомых-опылителей. Терпены - это соединения на углеводородной основе, которые содержат структуру, полученную из изопрена, которая дает начало другой структуре, которая также может быть разделена на изопентановые звенья.
Запахи и привкусы терпеноидов сильные. Эти соединения имеют широкий спектр действия, который используется в лечебных травах. Среди этих вариантов частными примерами являются антибактериальные, противоопухолевые, противовирусные эффекты наряду с метаболической стимуляцией, которые очень важны. Токсичность этих соединений связана с их концентрированной формой в виде летучих масел. Терпеноиды в основном принадлежат к семейству Lamiaceae (семейство тимьяновых), но могут присутствовать и в других подобных семействах.
В парфюмерной промышленности монотерпеноиды являются основным компонентом различных эфирных масел, в то время как другие ациклические соединения - гераниол, линалоол и мирцен, камфора, ментол, лимонен и пинен представляют собой циклические структуры. Из-за более высокой температуры кипения дитерпены не обладают характеристиками эфирных масел и считаются компонентом растительных смол. Терпеноиды, включая сквитерпены, соединения с тремя изопреновыми звеньями, в основном присутствуют в алифатических би- и трициклических формах. Фарнезол, алифатическая бициклическая форма, является важным промежуточным продуктом в синтезе терпеноидов. Arteether, извлекаемый из Artemisia annua, представляет собой сесквитерпеновый лактон, полученный из артемизинина и в настоящее время используемый в качестве противомалярийного препарата. Тритерпены (C30) в основном состоят из шести структур изопрена и образуются из сквалена во время биосинтеза. Такие соединения имеют более высокие температуры плавления, бесцветны. Стероиды, сапонины и сердечные гликозиды производятся из тритерпеноидов, которые являются фармакологически активными.
Растительные стероиды, гидроксилированные в положении C3, классифицируются как стерины. Стероиды представляют собой измененные формы тритерпенов, и у животных действуют как необходимые гормоны, например эстрогены, такие как прогестерон, и андрогены, такие как тестостерон, коферменты и провитамины. Диосгенин является важным источником большого количества прогестерона, получаемого полусинтетическим путем. Важными препаратами на основе сапонинов являются солодка (Glycerrhiza glabra), корень примулы (Primula), и листья плюща (Hedera).
Алкалоиды
Алкалоиды обладают сильным действием и горьким вкусом. Это гетероциклические соединения, содержащие азот. В более чем 150 семействах в растениях присутствует 12 000 типов этих соединений. Papaveraceae, Apocynaceae, Ranunculaceae, Fabaceae, Rubiaceae, Solanaceae и Rutaceae - важные семейства алкалоидов, в то время как менее распространенные низшие растения и грибы (алкалоиды спорыньи) также содержат эти соединения. Алкалоиды присутствуют в растениях в изомерных формах в виде солей органических кислот, таких как яблочная, щавелевая, молочная, лимонная, дубильная, винная и другие кислоты. С другой стороны, несколько слабых основных алкалоидов (таких как никотин) свободно присутствуют в растительных системах. Некоторые представители алкалоидов также находятся в гликозидной форме с галактозой, глюкозой и рамнозой, такой как соланин. Также они встречаются в форме амидов (пиперина).
Растения содержат алкалоиды в различных частях, например, большое количество этих соединений присутствует в семенах (nux vomica, Areca), стеблевой коре (хинный и гранатовый) и корнях (аконит и красавка). В двудольных растениях больше алкалоидов, чем в однодольных. Алкалоиды используются в качестве наркотиков, стимуляторов, ядов и фармацевтических препаратов из-за их высокой активности. Некоторые из наиболее распространенных примеров используемых алкалоидов: противораковое средство - винбластин, миорелаксант - тубокурарин, анальгетики - кодеин и морфин, антиаритмический агент - аймалицин, средство для подавления подагры - колхицин, седативное средство - скополамин, антибиотик - сангвинарин. Кофеин в кофе и чае вместе с никотин используются во всех препаратах, таких как таблетки, жвачки, сигареты и т. д. У разных групп алкалоидов обнаруживаются разные клинические свойства. Например, тропановые алкалоиды в большом количестве встречаются в семействе Solanaceae, например, в Atropa belladonna, Datura spp. И Hyoscyamus niger. Соединения этих групп алкалоидов обладают антихолинергическим действием для уменьшения спазмов гладких мышц, боли и гиперсекреции; следовательно, эти соединения чрезвычайно важны с медицинской точки зрения. Asteraceae (семейство маргариток), особенно Boraginaceae (семейство огуречников) и Senecio spp. (рябина) - хороший источник пирролизидиновых алкалоидов. Изохинолиновые алкалоиды присутствуют в Berberidaceae (семейство барбарисовых) и Papaveraceae (семейство маковых). Такие соединения обладают широким спектром биохимических эффектов у людей, контролируя различные болезненные состояния (раковые клетки, бактерии, и боль) наряду с улучшением лейкоцитов костного мозга и сократительной способности миокарда. Coffea arabica (кофе) и Theobroma cacao (какао) являются основными источниками метилксантиновых алкалоидов, которые оказывают важное влияние на неврологические системы людей и животных. Точно так же другая группа алкалоидов, псевдоалкалоидов, которые химически близки к алкалоидам, влияют на центральную нервную систему. Эти соединения синтезируются видами Apiaceae (семейство моркови), например, Cicuta virosa и Conium maculatum (болиголов).
Полифенолы
Полифенолы широко распространены в природе. Это второстепенные соединения растительного мира. Идентифицировано почти 8000 типов фенольных соединений и классифицируется на различные подгруппы в зависимости от количества присутствующих фенольных колец и структурных элементов, которые связывают такие кольца друг с другом. Эти классы включают фенольные кислоты (гидроксикоричные кислоты и гидроксибензойные кислоты), флавоноиды (флавонолы, флаванолы, флаваноны, флавоны, проантоцианидины и изофлавоны), дубильные вещества, стильбены и лигнаны. Эти классы полифенолов присутствуют в растениях и в различных пищевых продуктах растительного происхождения. Простые фенольные соединения имеют по крайней мере одну ОН-группу, связанную с ароматическим кольцом, такую как катехол, в то время как большинство соединений содержат углеродный скелет C6C1, имеющий связанную карбонильную группу к ароматическому кольцу.
В основном, фенольные соединения образуются посредством шикиматного пути, но иногда некоторые фенольные соединения, например орцинолы и хиноны, синтезируются посредством поликетидного пути. Фенолы, синтезируемые любым путем, имеют общую структуру, такую как флавоноиды, стильбены, пироны и ксантоны. Большинство фенольных соединений присутствует в листьях, древесных частях растений, таких как кора, стебли, ткани цветков и т. Фенольные соединения добавляют вкус и цвет фруктам.
Флавоноиды состоят из двух фенольных колец, соединенных через пираниды и проантоцианидины, полимеры флавоноидных единиц, оба из которых находятся в гликозидных формах. Любое соединение, содержащее фенольную группу, действует как антиоксидант. Другие действия включают уменьшение воспаления и канцерогенности. Изофлавоны также известны как фитоэстрогены. В растениях присутствует широкий спектр пигментов, например флавоноиды и проантоцианидины. Fabaeceae (семейство бобовых) - основной источник изофлавонов.
Танины бывают двух типов: конденсированные и гидролизуемые, в зависимости от их структурной сложности. Конденсированные танины представляют собой большие олигомеры флавоноидных единиц, тогда как гидролизуемые танины состоят из гликозидного центра (обычно глюкозы) с несколькими производными катехина / фенольной кислоты. Растворимость дубильных веществ снижается с увеличением размера молекулы. Танины могут быть антипитательными, поскольку они могут связываться с белками и минералами, в то время как более крупные танины служат вяжущими средствами при различных заболеваниях (диарее, транссудате и кожных кровотечениях). Эти соединения широко представлены в растительном мире. Fagaceae (семейство буковых) и Polygonaceae (семейство спорышей) - несколько примеров растений, содержащих дубильные вещества.
Лигнаны содержат разные функциональные группы и состоят из двух фенилпропаноидных единиц, образующих 18-углеродный скелет. Эти соединения присутствуют в клеточной мембране и выполняют специфические функции, поскольку обладают липофильными свойствами. Лигнаны присутствуют в разных концентрациях у разных видов растений, но более высокие количества обнаружены в масличных семенах. Фитоэстрогенные, слабительные или противоопухолевые эффекты связаны с лигнанами.
Белки и пептиды
Белки играют чрезвычайно важную роль в пище и кормах. Компоненты белков всасываются в кровь из тканей кишечника и являются строительными блоками белков организма. Помимо них, многие белки также действуют как биоактивные молекулы. Эти биоактивные белки не могут гидролизоваться в ЖКТ, не всасываться в кровь и выполнять свою особую функцию в организме. Такие белки продуцируются молочайными (семейство молочай) и Ricinus communis (клещевина). Например, рицин препятствует синтезу белков и оказывает постепенное воздействие на животных и людей. Эти белки в незначительном количестве присутствуют в семенах нескольких видов Fabaceae (семейство бобовых). Симптомы, связанные с коликами и другими нарушениями обмена веществ, могут появиться, если семена не подвергаются термической обработке для инактивации лектина.
Гликозиды
Гликозиды могут происходить из различных типов вторичных метаболитов, которые связаны с моносахаридом, олигосахаридом или уроновой кислотой. Следовательно, он содержит две группы, первая - это глицин (часть сахарида или уроновой кислоты), а оставшаяся часть известна как агликон. Цианогенные гликозиды, сердечные гликозиды, антрахиноновые гликозиды, сапонины и глюкозинолаты являются некоторыми основными группами гликозидов. Флавоноиды также встречаются в виде гликозидов. После приема гликозидов он гидролизуется в толстой кишке, в то время как более гидрофобные гликозиды (агликон) могут абсорбироваться.
Стероидная структура присутствует в агликонах сердечных гликозидов. Они ингибируют насосы Na + / K +, действующие в клеточных мембранах. Агликоны цианогенных гликозидов происходят из аминокислот. Гипотиреоз может возникнуть, поскольку эти соединения могут мешать утилизации йода. Сульфосодержащие аминокислоты присутствуют в агликонах, полученных из аминокислот, которые имеют резкий запах. В различных клетках эти соединения оказывают комплексное действие на цитохром (изоформы P450) и, следовательно, снижают биоактивацию в печени проканцерогенов окружающей среды. Большинство сапонинов (мылообразующие соединения) представлены в виде гликозидов. Эмульгирующие свойства связаны с гликозидами сапонина, которые представляют собой сравнительно большие молекулы, имеющие гидрофильные и гидрофобные агликоновые части.
Экстракция биологически активных веществ (БАВ)
Биоактивные соединения растений и их экстракты содержат пул молекул, обладающих широким разнообразием функций и структур, которые играют важную роль в производстве пищевых добавок, функциональных пищевых продуктов и нутрицевтиков. Распределение биологически активных соединений в растениях варьируется в зависимости от их концентрации, некоторые из них присутствуют в низком уровне, тогда как некоторые соединения, такие как полифенолы, могут быть обнаружены в более высоких концентрациях.
В настоящее время несколько российских предприятий занимаются экстракцией биоактивных соединений из природных источников для профилактики и лечения различных заболеваний человека и для удовлетворения других потребностей. Эффективность этих соединений во взаимодействии с различными биологическими молекулами, включая ДНК и белки, для получения желаемого результата позволяет полностью использовать их при разработке терапевтических агентов, полученных из натуральных продуктов. Для этой цели экстрагируются биоактивные молекулы из растительных источников. Получаемые жирные, а также водорастворимые густые и сухие экстракты используются в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности нашей страны.
Ознакомиться с описанием оборудования для произвоства экстрактов можно в Каталоге товаров нашего сайта.