Фармакогнозія з основами біохімії рослин - Ковальов В. М. 2004
Спеціальна частина
Глікозиди
Глікозиди —поширена форма природних органічних сполук, молекули яких складаються з сахарної (глікон) та несахарної (аглікон, або генін) частин, що з’єднані між собою через гетероатом кисню, азоту, сірки чи вуглецю.
Назва сполук походить від грецьк. «glykys» — солодкий і «eidos» — вигляд, що вказує на присутність сахару в молекулі глікозиду.
Типи класифікації
Різноманітність глікозидів залежить від типу зв’язку між агліконом і сахаром, від структури глікону та природи геніну. Все це відображено у системах їх класифікації.
Класифікація за типом зв’язку. Напівацетальний (глікозидний) гідроксил циклічної форми моносахариду різко відрізняється від інших гідроксильних груп значною схильністю до реакцій нуклеофільного заміщення. Такі реакції за участю ферментів глікозилтрансфераз призводять до утворення своєрідних простих ефірів, які називаються глікозидами. Якщо протон Н+ аномерного гідроксилу замінюється на фенольний або спиртовий радикал (R), виникають О-глікозиди:
Якщо сахара взаємодіють з амінами, то утворюються N-глікозиди:
З меркаптанами отримуємо S-глікозиди (тіоглікозиди, або глікозинолати):
У випадку, коли вуглець сахару безпосередньо приєднується до вуглецю аглікону, утворюються С-глікозиди:
Відомі глікозиди, в яких один сахар приєднаний до аглікону глікозидним О-зв’язком, а другий — безпосередньо до вуглецю аглікону. Такі глікозиди називають О-С-глікозидами.
Найбільш поширені О-глікозиди. С-глікозиди досліджені тільки для флавоноїдів і ксантонів з рослин, які відносяться до родин Rosaceae, Crassulaceae, Fabaceae, Saxifragaceae.
Класифікація за структурою глікону. До складу глікозидів найчастіше входять D-глюкоза, D-галактоза, D-ксилоза, L-арабіноза. Деякі глікозиди містять дезоксисахари, в молекулі яких одна чи декілька гідроксильних груп заміщені атомами водню (наприклад, D-рамноза, L-фукоза, D-дигітоксоза, D-цимароза). Глікозиди можуть містити уронові кислоти, наприклад D-глюкуронову кислоту в глікозидах солодки.
Залежно від кількості залишків моносахаридів існують монозиди, або моноглікозиди (один залишок сахару); біозиди, або диглікозиди (два залишки сахару); триозиди, або триглікозиди (три залишки сахару), і олігозиди. Глікозиди з двома залишками моносахаридів, що з’єднані між собою в ланцюг, називають біозидами, а диглікозид має два сахара, що приєднані до молекули аглікону в різних положеннях.
Залежно від конфігурації глікозидного зв'язку розрізняють а- і ß-глікозиди.
При утворенні глікозидів виникає новий асиметричний глікозидний центр. Його конфігурацію позначають буквами а- і ß-. Для прикладу наводимо формули а- і ß- ізомерів метил-D-глюкопіранозиду.
Метил-а-D-глюкопіранозид
Метил-β-D-глюкопіранозид
Залежно від розміру циклу вуглеводного залишку глікозиди поділяють на фуранозиди і піранозиди:
а-Глкжофуранозид
ß-Глюкопіранозид
За назвою моносахаридів, які входять до молекули глікозиду, бувають глюкозиди, галактозиди, галактуронозиди (галактуронова кислота) тощо.
Класифікація за будовою геніну. Залежно від природи аглікону глікозиди поділяються на чотири групи:
аліфатичні глікозиди — глікозиди жирних кислот, жирних спиртів і гліцерину;
аліциклічні глікозиди — карденоліди та буфадієноліди, тритерпенові та стероїдні сапоніни, моно-, ди- та сесквітерпенові глікозиди, глікоалкалоїди;
ароматичні глікозиди — антраглікозиди, фенольні глікозиди, глікозиди кумаринів, флавоноїдів та ряд інших;
гетероциклічні глікозиди — нуклеотиди, нуклеозиди та інші.
Поширення і біологічні функції. В рослинах глікозиди знайдені в усіх родинах і містяться в межах від десятих часток відсотка до 20 %. Вони відкладаються в епідермі і паренхімі листків, тканинах навколо провідних пучків, коренях деревних рослин, а нерідко і в деревині підземних органів. Глікозиди розчинені в клітинному соку і дифузно розподілені в клітинах усієї тканини або зібрані в окремих клітинах чи групах клітин. Бувають випадки, коли глікозиди є і в соку, і в клітинних угрупуваннях.
Глікозиди в рослинах і у тварин виконують важливу біологічну функцію транспорту різних метаболітів. Отруйні глікозиди захищають рослину від шкідників.
Фізико-хімічні властивості
Особливості структури глікозидів призводять до істотних відмінностей у їх фізичних, хімічних, фармакологічних та токсикологічних властивостях, проте можна знайти і ряд спільних рис.
Глікозиди — переважно кристалічні речовини, найчастіше гіркі на смак, без запаху, але інколи із специфічним запахом (амігдалін); безбарвні (серцеві глікозиди, сапоніни, глікоалкалоїди) або з білим, жовтим (флавоноїди), червоним, синім або фіолетовим (антрахінони, антоціани) забарвленням.
Глікозиди нерозчинні в неполярних розчинниках (ефірі, бензолі, хлороформі тощо). Більшість із них розчинна у спиртах (метанолі, етанолі), ацетоні; розчинність у воді низька, залежить від кількості гідрофільних радикалів — залишків сахарів і гідроксильних груп. Розчинність глікозидів із складним агліконом значною мірою обумовлюється хімічними особливостями останнього; сполуки з полярними генінами (наприклад, глікозиди поліолів) розчинні у воді. Речовини з гідрофобними агліконами нерозчинні у воді і малополярних розчинниках. Аглікони, навпаки, добре розчиняються в органічних розчинниках, обмежено — в водних спиртах і нерозчинні у воді.
Для олігозидів з великими малополярними агліконами, наприклад сапонінів, характерна поверхнева активність і ціноутворення. Глікозиди є оптично активними речовинами. Вони гідролізуються ферментами і кислотами. Лужний гідроліз властивий тільки фенольним глікозидам. Швидкість кислотного гідролізу залежить від будови аглікону, конфігурації цукрового залишку і місця його приєднання. Фуранозиди гідролізуються на два порядки швидше за піранозиди, а ß-глікозиди стійкіші за а-глікозиди. Через це фуранозиди і а-глікозиди рідко вдається виділити з рослинної сировини в нативному стані. С-глікозиди гідролізуються сумішшю Кіліані (концентрована хлористоводнева кислота — оцтова кислота — вода 1:3,5:5,5).
Ензимний гідроліз йде під впливом ферментів і специфічний для окремих глікозидів. Наприклад, ß-глікозиди розкладаються тільки під дією ß-глікозидази. Застосовуючи цей специфічний фермент, можна вивчати будову глікозиду.
Дуже важливо прослідкувати вплив ферментативного гідролізу на якість рослинної сировини. При заготівлі і сушінні сировини втрачається вода, порушується тургор і напівпроникність клітинних оболонок. Ензими, які містяться у відповідних клітинах рослин, вступають у контакт з глікозидами. Для того, щоб глікозиди не розкладалися на аглікон і сахар, сировину необхідно сушити швидко при температурі 60 °С. При цьому білок ферменту згортається, і гідроліз не відбувається.
Якісні реакції. Усі реакції виявлення глікозидів можна розділити на загальні й специфічні.
Загальні реакції (реакції на вуглеводну частину) поділяють на реакції відновлення та кольорові. їх проводять після гідролізу. Використовують реакції відновлення: з реактивом Фелінга (утворюється осад Сu2O червоного кольору), «срібного дзеркала» (осад срібла у вигляді дзеркала); кольорові реакції: з а-нафтолом і концентрованою сірчаною кислотою; з 20 % розчином тимолу і концентрованою сірчаною кислотою.
Специфічні реакції на функціональні групи агліконів. Ці реакції будуть докладно розглянуті при вивченні різних класів глікозидів.
Важливе місце в аналізі глікозидів займають хроматографічні методи (паперова, тонкошарова, газорідинна хроматографія, високоефективна рідинна хроматографія тощо). Надійна ідентифікація глікозидів здійснюється завдяки порівнянню з певними зразками відомих сполук («маркерів»).
Кількісне визначення. Вибір методу кількісного визначення глікозидів залежить від хімічної структури аглікону, тому підхід у кожному окремому випадку індивідуальний.
Використовують ваговий метод, коли у сировині багато глікозидів. Ним користуються рідко. Кількісне визначення ціано- і тіоглікозидів проводять за продуктами гідролізу. Глікозиди також визначають фізико-хімічними методами: фотоелектроколориметричним, спектрофотометричним, полярографічним, хромато-оптичним (спочатку глікозиди хроматографічно розподіляють, а потім фотоколориметрують або спектрофотометрують). Біологічним методом визначають вміст у рослинній сировині серцевих глікозидів і сапонінів.
Глікозиди і глікозидна сировина знаходять різноманітне застосування в терапії. Носієм дії глікозиду є аглікон, але для сприятливого ефекту має значення і сахарна частина. Найважливіша глікозидна сировина класифікується за хімічним характером агліконів або їх фармакологічною дією. Відповідно до хімічної класифікації ми будемо розглядати глікозиди в курсі фармакогнозії.
Тіоглікозиди
Тіоглікозиди (глюкозинолати) — порівняно невелика група сполук, у яких вуглеводна частина зв’язана з агліконом через атом сірки:
У водному середовищі при температурі 60-70 °С і наявності ензимного комплексу мірозинази (мірозину) тіоглікозиди поступово гідролізуються. На першому етапі під впливом ензиму міросульфатази відщеплюється гідросульфат калію. На другому етапі гідролізу під впливом ß-тіоглюкозидази розщеплюється глікозидний зв’язок біля атома сірки. У випадку синігріну з’являється характерний запах гірчичної олії (алілізотіоціанат).
Окрім гідролізу під впливом ферментів може відбуватися полімеризація, в результаті чого утворюються різні продукти. Це залежить від умов, в яких перебігає гідроліз.
Тіоглікозиди можуть бути розглянуті і як похідні а-тіоглюкози, в яких атом водню в меркаптогрупі заміщений на аглікон (R). При їх лужному гідролізі отримують тіосахари.
Тіоглікозид
Тіоглюкоза
Властивості. Тіоглікозиди — це кристалічні речовини, які важко піддаються як кислотному, так і лужному гідролізу, однак цей процес легко перебігає під впливом специфічних ензимів, що утворюють ензимний комплекс. Аглікони тіоглікозидів — це леткі запашні рідини, гіркі на смак (ізотіоціанати). Їх виявляють паперовою, тонкошаровою або газорідинною хроматографією. Під впливом реактиву Вагнера з розчином хлориду заліза(ІІІ) вони утворюють блакитні плями на ПХ і ТШХ.
Тіоглікозиди розчиняються у теплій воді і спиртах, не розчиняються у полярних розчинниках (ефір, хлороформ, петролейний ефір та ін.).
Біогенез. Вихідними речовинами у біогенезі даних сполук вважають амінокислоти: фенілаланін, триптофан, лейцин, гомометіонін, 2-аміно-4-фенілмасляну кислоту та ін. Перші стадії біосинтезу тіоглікозидів схожі з такими ж у ціаноглікозидів, що є доказом спорідненості між ними. Загальним як для тіо-,
так і для ціаноглікозидів є утворення альдоксиму з відповідної амінокислоти.
Поширення. Найчастіше тіоглікозиди зустрічаються у представників родин Brassicaceae (Brassica, Sinapis, Erysimum та ін.), Tropaeolaceae, Resedaceae, Capparidaceae і Plantaginaceae. Містяться в усіх частинах рослин, але найбільше накопичуються у насінні. Сьогодні відомо близько 100 тіоглікозидів, з яких 60 виділено з представників родини Brassicaceae.
Біологічна дія та застосування. Дія тіоглікозидів зумовлена їх агліконами, які подразнюють слизову оболонку носа, очей, викликають підвищене кровопостачання шкіри. Це рефлекторно впливає на ЦНС, що викликає збудження дихального, вазомоторного центрів, стимулює серцеву діяльність, посилює секрецію шлункового соку. Гірчичну олію можна віднести до рослинних антибіотиків з сильною бактеріостатичною та фунгіцидною дією.
Препарати, що містять тіоглікозиди, застосовують як подразнюючі засоби, при застудних захворюваннях, пневмонії, ревматизмі та ін.