Laktonai augaluose ir maisto papilduose - rūšys, savybės ir medicininės perspektyvos
Kaip mūsų organizme cirkuliuoja daugybė medžiagų, darančių įtaką sveikatai, taip ir augaluose. Daugelis augalų sudedamųjų dalių teigiamai veikia ne tik juos pačius, bet ir mus, kai juos vartojame. Gerai žinomos tokios sudedamosios dalys kaip polifenoliai, flavonoidai, alkaloidai ir steroliai. Apie laktonus kalbama mažiau, tačiau tai neturėtų sumenkinti jų savybių. Mokslininkus laktonai jau seniai įkvėpė kurti naujus vaistus, padedančius pacientams, sergantiems daugeliu negalavimų. Taip pat kai kuriuose labai populiariuose maisto papilduose, tokiuose kaip ginkmedis (Ginkgo biloba) ar pelenai (Ashwagandha), randame laktonų, kurie lemia jų sveikatą stiprinantį poveikį. Šiame straipsnyje aptarsime, kokių rūšių laktonų randama gamtoje, kur jie aptinkami ir ką lemia, taip pat ko iš jų galime tikėtis ateityje. Skaitykite iki galo!
- Kas yra laktonai? Apibrėžimas ir savybės
- Natūralių laktonų, naudojamų maisto papilduose, pavyzdžiai
- Laktonų skirstymas ir klasifikacija
- Pramoninis laktonų panaudojimas
- Santrauka
Kas yra laktonai? Apibrėžimas ir savybės
Laktonai yra biologiškai aktyvūs junginiai, aptinkami daugelyje augalų, taip pat grybuose, bakterijose, jūrų kempinėse ir kituose organizmuose. Daugelis jų yra aromatinės medžiagos, kurios suteikia augalams kvapą, o kartais ir skonį. Tačiau jie nėra tokie maži ir lakūs kaip eteriniuose aliejuose esančios medžiagos. Juose gali būti tik nedideli laktonų kiekiai, nes jų masė yra per didelė, kad efektyviai pereitų distiliacijos metu. Vietoj to laktonų aromatu galima mėgautis renkantis ne distiliuotus, o absoliutus (pvz., jazminų) arba presuotus eterinius aliejus (pvz., bergamočių).
Chemiškai juos galima klasifikuoti kaip skirtingo dydžio žiedų intramolekulinius ciklinius hidroksirūgščių esterius[1]. Dėl žiedo struktūros stabilumo labiausiai paplitę γ- ir δ-laktonai su penkių ir šešių narių žiedais. Graikiškos raidės naudojamos tik laktono žiedo dydžiui žymėti. Taigi, pavyzdžiui, visi γ-laktonai turi penkių narių žiedus, o visi ε-laktonai - septynių narių žiedus.
Junginiai su laktono fragmentu gali turėti visiškai skirtingus anglies skeletus ir gali būti priskiriami skirtingoms junginių klasėms, pavyzdžiui, seskviterpenų laktonams, kumarinams arba steroidinio skeleto laktonams.
Cheminiai skeletai nuosekliai yra α-, β-, γ-, δ-laktonai.
Mažiausi šios klasės junginiai yra α-, β-, γ-, δ- ir ω-laktonai. Juose yra atitinkamai 3, 4, 5, 6 ir 7 narių žiedai. Didelis laktonų žiedų stabilumas lemia tai, kad γ- ir δ- laktonai plačiai paplitę gamtoje. Apskaičiuota, kad gamtoje randama daugiau kaip 3000 γ-laktonų. Kita vertus, α-laktonus galima gauti tik sintetiniu būdu [2].
Dėl šios įvairovės ši grupė yra nepaprastai įdomi ir pasižymi daugeliu svarbių cheminių ir biologinių savybių[1]. Tarp šių veikliųjų medžiagų dažniausiai minimos šios:
- citotoksiniai,
- priešuždegiminis poveikis,
- antimaliarinė,
- antivirusinės,
- antimikrobinė.
Laktonai ir jų dariniai laikomi kandidatais užpildyti farmakologijos spragą, atsiradusią plintant įprastiniams antibiotikams atsparioms patogeninėms bakterijoms. Tai darant verta paminėti, kad laktonai medicinoje naudojami jau seniai. Pavyzdžiui, antibiotikas eritromicinas, be kitų funkcinių grupių, turi 14-os narių laktono žiedą.
Natūralių laktonų, naudojamų maisto papilduose, pavyzdžiai
Pradėkime nuo praktinės informacijos, t. y. kokius laktonus galite vartoti maisto papildų pavidalu, kad jūsų sveikata iš tikrųjų pasikeistų. Klasifikaciją ir chemines detales sužinosite vėliau šiame straipsnyje.
Terpenų laktonai
Dviskiaučių ginkmedžių (Ginkgo biloba) ekstraktai yra vienas iš pagrindinių laktonų šaltinių maisto papilduose. Standartiniai ekstraktai standartizuoti taip, kad juose būtų 6 % terpenų laktonų. Šiuos laktonus sudaro bilobalidas ir ginkgolidai- pagrindinės ginkmedžio veikliosios medžiagos, atsakingos už daugumą jo sveikatinamųjų savybių[3]. Ginkgolidai yra diterpeniniai laktonai, o bilobalidas - triterpeninis laktonas (tiksliau, seskviterpeninis trilaktonas). Bendroje laktonų grupėje ginkgolidai sudaro 3,1, o bilobalidas - 2,9 procentinio punkto.
Vitanolidai
Tai pagrindinė garsaus adaptogeninio augalo Vitania sluggishis, žinomo kaip ašvaganda, veikliųjų medžiagų grupė. Pagrindinė jos sritis - adaptogeninis veikimas, t. y. atsparumo stresinėms sąlygoms didinimas. Tačiau sveikatą stiprinančios veiklos spektras yra daug platesnis.
Vitanolidai yra natūraliai gamtoje randamų laktoninių triterpenoidų grupė[4]. Ašvagandos laktonų sveikatą stiprinančios savybės yra tokios vertingos, kad daugybę kartų bandoma juos sintetinti ir sukurti dar didesnį potencialą turinčius darinius.
Artemizininas
Artemizininas yra seskviterpeninis laktonas, išskirtas iš pelyno(Artemisia annua). Jis vartojamas maisto papilduose imuninei sistemai palaikyti ir kaip priešuždegiminė priemonė.
Tyrimų duomenimis, artemizininas veiksmingas tiek prieš vaistams atsparias, tiek prieš cerebrines maliariją sukeliančias Plasmodium falciparum padermes[5].
Astrinių šeimos augaluose, ypač Artemisia genties rūšyse, yra daug daugiau įvairių seskviterpeninių laktonų[6], ne tik artemizinino. Antimikrobinis seskviterpenų aktyvumas gali būti susijęs su baltymų sintezės pokyčiais, pakitusiu ląstelės pralaidumu arba sąveika su ląstelės sienelės fosfolipidais, pažeidžiančiais membranos vientisumą[1].
Ekdysteroidai
Tokiuose augaluose kaip Ajuga turkestanica, Leuzea carthamoides ar Spinacia oleracea (t. y. paprastieji špinatai) yra ekdysteroidų, kurių struktūra yra laktoninė. Pavyzdžiui, ajugalaktonas arba kartamosteronas[7].
Grafinis šaltinis - doi: 10.1016/B978-0-444-63473-3.00005-8.
Kavalaktonai
Tai veikliosios medžiagos, esančios metistininiuose pipiruose arba kava kava. Deja, Lenkijoje kava kava nėra patvirtinta naudoti maisto produktuose, tačiau, pavyzdžiui, JAV galima įsigyti kava kava ekstraktų kapsulėse su standartizuotais kavalaktonais[8]. Tarp jų yra daug įvairių medžiagų, tačiau 6 iš jų įvardijamos kaip pagrindinės - jų skeletai pavaizduoti toliau pateiktoje diagramoje.
Grafiko šaltinis - doi: 10.3390/nu12103044
Monakolinas K
Cheminiu požiūriu monakolinas K yra laktono struktūros, turintis esterio žiedą. Jo veikimas analogiškas sintetinių statinų veikimui, o paverstas į aktyviąją rūgštinę formą jis tampa fermento, atsakingo už cholesterolio sintezę organizme, inhibitoriumi (tai HMG-CoA reduktazės inhibitorius) [9]. EMST ekspertų grupė nusprendė, kad laktono pavidalo monakolinas K yra identiškas lowastatinui - kelių vaistų, patvirtintų ES hipercholesterolemijai gydyti, veikliajai medžiagai. Dėl šios priežasties teisės aktais leistina monakolino K paros dozė iš maisto papildų apribota iki mažesnių nei 3 mg dozių.
Laktonų skirstymas ir klasifikacija
Trumpai aptarsime gausiausias ir labiausiai paplitusias laktonų grupes.
[šis skyrius šiek tiek nuobodokas, bet trumpai pateikta cheminė informacija, be to, čia gausu būdingų raktažodžių; padaryčiau jį išskleidžiamojo akordeono forma, kaip daromi faq skyriai].
γ-laktonai
Tai yra 5 narių laktonai. γ-laktonų yra kelių natūralių produktų struktūroje, pavyzdžiui, γ-sočiųjų butirolaktonų ir α-β-nesočiųjų butenolidų. Butenolidai pasižymi įdomiomis biologinėmis savybėmis, pavyzdžiui [2]:
- 3-metil-2H-furo[2,3-c]piran-2-onas pasižymi stipriu herbicidiniu aktyvumu,
- flupiradifuronas yra veiksmingas insekticidas,
- rubrolidium M ir basidalinas pasižymi priešvėžinėmis savybėmis,
- 5-oktilfuran-2(5H)-onas pasižymi priešužterštuminiu poveikiu.
Butenolidai ir butirolaktonai taip pat žinomi dėl jiems būdingo kvapo, todėl jie plačiai naudojami maisto ir kvepalų pramonėje.
δ-laktonai
6 narių laktonai. Jie plačiai paplitę gamtoje. Kaip ir γ-laktonus, δ-laktonus galima skirstyti į sočiuosius ir α-β-nesočiuosius laktonus, pastarieji yra labiausiai paplitę. δ-laktono fragmentas paplitęs keliuose gamtiniuose junginiuose, pasižyminčiuose įvairiu biologiniu aktyvumu[2], pvz:
- ŽIV proteazės slopinimas,
- apoptozės indukcija (goniotalaminas ir rasfoninas),
- antileukeminis aktyvumas (diktiopirono C),
- priešvėžinis poveikis (pironetinas),
- leišmanicidinis poveikis,
- tripanicidas,
- priešgrybelinis (argentilaktonas),
- antimikrobinis poveikis,
- priešuždegiminis poveikis.
Vidutinio dydžio laktonai
Šiuose laktonuose yra žiedai, kuriuos sudaro 8-11 narių. Gamtoje gausiausiai paplitę 10 narių dekalaktonai. Iš gamtinių 8 narių laktonų išskiriami oktalaktonai A ir B. Jie pasižymi potencialiu citotoksiniu aktyvumu prieš melanomos ir storosios žarnos naviko ląsteles. Cefalosporolidai ir solandelaktonai yra kiti gamtoje randamų 8 narių laktonų pavyzdžiai[2].
Oksilipinai, halicholaktonas, neohalicholaktonas ir topsentolidai yra kai kurie 9 narių laktonų atstovai. Septyni topsentolidai (A1, A2, B1, B2, B3, C1 ir C2) pasižymėjo vidutiniu citotoksiniu aktyvumu prieš žmogaus vėžio ląstelių linijas. Antimicininiai dilaktonai žinomi dėl savo antibiotikų ir priešgrybelinių savybių bei gebėjimo sukelti vėžinių ląstelių apoptozę. Dekalaktonai, arba nonanolidai, yra geriausiai ištirti natūralūs vidutinio dydžio laktonai, pasižymintys įvairiomis biologinėmis savybėmis. Dekaestrinas išsiskiria slopinamuoju poveikiu cholesterolio biosintezei.
Ftalidai
Ftalidai yra dvišakės molekulės, susidarančios sujungus γ-laktono ir benzeno žiedą. Tai svarbios organinės molekulės, kurias gamina kelios Apiaceae šeimos augalų gentys. Šių junginių taip pat randama Asteraceae, Acanthaceae, Amaranthaceae ir Magnoliaceae šeimose.
Ši junginių klasė tyrinėjama nuo XVIII a., o literatūroje yra daugybė pranešimų apie įvairų jų etnobotaninį panaudojimą ir biologinį aktyvumą. Pvz:
- (S)-3-n-butilftalidas parduodamas kaip antikonvulsinis vaistas smegenų išemijai gydyti,
- izopestacinas pasižymi priešgrybelinėmis ir antioksidacinėmis savybėmis,
- fuscinarinas pasižymi antiamneziniu poveikiu,
- (±)-koncentrikolidas pasižymi antivirusiniu poveikiu.
Ftalidai taip pat pasižymi antimikrobinėmis, antitrombocitinėmis ir analgetinėmis savybėmis.
Kumarinai
Tai augalų ir grybų antriniai metabolitai. Šiuose heterocikliniuose junginiuose yra benzeno žiedas, sujungtas su α-pironu. Jie traukia dėmesį dėl antivirusinio, priešvėžinio, Alzheimerio ligos prevencijos, antidepresantų, antibiotikų (armilarinas), priešuždegiminių (skopoletinas) ir antikoaguliantų (varfarinas ir dikumarolis) poveikių.
Kumarinai plačiai naudojami kosmetikos, dažų ir maisto pramonėje bei kaip liuminescencinės medžiagos.
Furanokumarinai
Junginiai, turintys furano žiedą, sujungtą su kumarino skeletu. Juos augalai gamina reaguodami į stresą ir kaip apsaugą nuo plėšrūnų, pavyzdžiui, grybų, bakterijų ir vabzdžių. Furanokumarinai naudojami odos ligoms gydyti.
Spirolaktonai
Tai gamtoje randami junginiai, sudarantys didelę struktūriškai įvairių molekulių, pasižyminčių plačiu biologinio aktyvumo spektru, šeimą:
- antimikrobiniai preparatai (spiroindikumidas A),
- priešgrybeliniai (perrenniporidas A),
- priešuždegiminis poveikis (abiespirozidas A),
- antiparazitinis (plumericinas),
- antivirusinis (biujanaginas B),
- citotoksinis (jaošanenolidas A).
Be natūralių junginių, spirolaktonams priskiriami ir sintetiniai steroidai, vadinami 17α-spirolaktonais. Geriausiai žinomas šios klasės atstovas yra spironolaktonas dėl jo antagonizmo aldosteronui, renino-angiotenzino-aldosterono sistemos hormonui, susijusiam su hipertenzija, širdies hipertrofija ir širdies bei kraujagyslių fibroze.
Strigolaktonai
Tai fitohormonai, išskirti iš Striga ir Orobanche genčių augalų. Strigolaktonai skatina parazitinių augalų sėklų dygimą aptikus šeimininką, reguliuoja augalų augimą, slopina dygimą ir tarpininkauja požeminiam cheminiam ryšiui tarp augalų ir kaimyninių organizmų. Geriausiai žinomi natūralūs pavyzdžiai turi triciklį ABC branduolį, kurio vienas iš žiedų yra γ-laktonas, o egzociklinis D žiedas - butenolidas. Tokią struktūrą galima rasti 5-deoksistrigolyje.
Strigolaktonai naudojami kaip dirvožemio priedai piktžolėms naikinti, taip sumažinant žemės ūkio nuostolius, susijusius su piktžolių daroma žala. Šie junginiai sukelia savižudišką dygimą. Tai reiškia, kad izoliuotų rizosferos junginių ar jų sintetinių atitikmenų skleidžiami signalai skatina parazitinių sėklų dygimą be šeimininko, todėl piktžolės žūsta.
Makrolaktonai
Makrolaktonai arba makrocikliniai laktonai turi žiedus su 12 ar net daugiau narių. Jie gali būti klasifikuojami kaip olidai arba diolidai.
Kukuolidai veikia kaip feromonai ir yra naudojami daugelio gyvūnų cheminiam bendravimui. Kukuolidas X buvo identifikuotas kaip feromonas, pritraukiantis vabalo Oryzaephilus surinamensis, kukurūzų ir ryžių kenkėjo, pateles.
Makrolaktinai yra makrolidai, išskirti iš Bacillus ir Actinomadura bakterijų padermių. Šiuo metu literatūroje aprašyta 19 makrolaktinų (A-S). Jų biologinis aktyvumas svyruoja nuo antivirusinio iki priešgrybelinio. Pvz., makrolaktinas A pasižymi stipriu aktyvumu prieš herpes simplex virusą ir gali kontroliuoti ŽIV replikaciją žmonėse. Kita vertus, makrolaktinai T ir B gali slopinti grybelius Alternaria solani ir Pyricularia oryzae bei bakteriją Staphylococcus aureus. Dar yra kvinolidomicinų A1, A2 ir B1, iš kurių kvinolidomicinai A1 ir B1 slopina įvairių vėžinių ląstelių, įskaitant atsparias vaistams, augimą.
Motyvuojami daugybės natūraliai gamtoje randamų laktonų pavyzdžių ir jų plataus biologinio aktyvumo, su organine chemija susiję chemikai atkreipė dėmesį į laktonų žiedų dizainą.
Pramoninis laktonų panaudojimas
Laktonai yra tokios įdomios medžiagos, kad neišnaudoti jų potencialo būtų meškos paslauga. Dėl šios priežasties jie naudojami įvairiose pramonės šakose.
Laktonai yra aromatiniai junginiai, todėl kvepalų pramonė yra viena iš didžiausių naudos gavėjų. Juslinės laktonų savybės leidžia išgauti neįprastus aromatus, pavyzdžiui, jazminų, vanilės ar katžolės kvapą. Kvepalų ir parfumuotos kosmetikos etiketėse galima rasti įvairių laktonų struktūros medžiagų.
Taip pat plačiai naudojami žemės ūkyje ir sodininkystėje. Kai kurie laktonai labai efektyviai veikia vabzdžius, parazitus ar piktžoles.
Santrauka
Laktonų šeimai priklauso tūkstančiai skirtingų medžiagų. Nors jos turi bendrą struktūros elementą (laktono žiedą), jų veikimas gali labai skirtis. Mokslo populiarinimo tekstuose jiems neskiriama tiek dėmesio, kiek, pavyzdžiui, polifenoliams, tačiau vis dėlto yra daug laktonų, turinčių išskirtinį poveikį žmogaus sveikatai. Būtent laktonams priklauso tokių žolelių kaip ašvaganda ar gingo biloba nauda. Laktonų buvimas gamtoje ir daugiau jų tyrimų atlikimas atveria kelią mokslininkams įgyti naujų įrankių, kad jie galėtų kurti vis naujus ir geresnius vaistus, gelbstinčius žmonių gyvybes. Laikysime kumščius, kad galėtume kuo daugiau pasinaudoti laktonų galia!
Šaltiniai:
⮜ Ankstesnis straipsnis
Kaip save motyvuoti - 5 patikrintos gudrybės
Kitas straipsnis ⮞