Laktoni augos un uztura bagātinātājos - veidi, īpašības un medicīniskās perspektīvas
Tāpat kā mūsu organismā cirkulē daudzas vielas, kas ietekmē veselību, tas pats attiecas arī uz augiem. Daudzām augu sastāvdaļām ir pozitīva ietekme ne tikai uz pašiem augiem, bet arī uz mums, kad mēs tos lietojam uzturā. Labi zināmas ir tādas sastāvdaļas kā polifenoli, flavonoīdi, alkaloīdi un sterīni. Par laktoniem tiek runāts mazāk, taču tas nedrīkst mazināt to īpašības. Zinātnieki jau sen ir iedvesmojušies no laktoniem, lai izstrādātu jaunas zāles, kas palīdzētu pacientiem ar daudzām saslimšanām. Arī dažos ļoti populāros uztura bagātinātājos, piemēram, ginkgo bilobā vai ašvagandā, atrodami laktoni, kas ir atbildīgi par to veselību veicinošo iedarbību. Šajā rakstā mēs aplūkosim, kādi laktonu veidi ir sastopami dabā, kur tie sastopami un par ko tie ir atbildīgi, kā arī ko mēs varam sagaidīt no tiem nākotnē. Lasiet līdz galam!
- Kas ir laktoni? Definīcija un īpašības
- Dabisko laktonu piemēri, ko izmanto uztura bagātinātājos
- Laktonu iedalījums un klasifikācija
- Laktonu rūpnieciskais pielietojums
- Kopsavilkums
Kas ir laktoni? Definīcija un īpašības
Laktoni ir bioloģiski aktīvi savienojumi, kas sastopami daudzos augos, kā arī sēnēs, baktērijās, jūras sūkļos un citos organismos. Daudzi no tiem ir aromātiskas vielas, kas augiem piešķir smaržu un dažkārt arī garšu. Tomēr tie nav tik mazi un gaistoši kā ēteriskajās eļļās esošās vielas. Tajās var būt tikai neliels laktonu daudzums, jo to masa ir pārāk liela, lai efektīvi izietu destilācijas laikā. Tā vietā laktonu aromātu var izbaudīt, destilēto eļļu vietā izvēloties absolūtās (piemēram, jasmīna) vai presētās ēteriskās eļļas (piemēram, bergamotes).
Ķīmiski tos var klasificēt kā dažādu izmēru gredzenu hidroksiskābju intramolekulārus cikliskos esterus[1]. Pateicoties gredzena struktūras stabilitātei, visbiežāk sastopami γ- un δ-laktoni ar piecu un sešu locekļu gredzeniem. Grieķu burti tiek lietoti tikai laktona gredzena lieluma apzīmēšanai. Tādējādi, piemēram, visiem γ-laktoniem ir piecu locekļu gredzeni un visiem ε-laktoniem ir septiņu locekļu gredzeni.
Savienojumiem ar laktona fragmentu var būt pilnīgi atšķirīgi oglekļa skeleti, un tos var iedalīt dažādās savienojumu klasēs, piemēram, seskviterpēnu laktoni, kumarīni vai steroīdiskā skeleta laktoni.
Ķīmiskie skeleti secīgi ir α-, β-, γ-, δ-laktoni.
Mazākie šīs klases savienojumi ir α-, β-, γ-, δ- un ω-laktoni. Tie satur attiecīgi 3, 4, 5, 6 un 7-daļīgus gredzenus. Laktonu gredzenu lielā stabilitāte nosaka γ- un δ- laktonu plašo izplatību dabā. Tiek lēsts, ka dabā sastopami vairāk nekā 3000 γ-laktonu. Savukārt α-laktonus var iegūt tikai sintētiski[2].
Šī daudzveidība padara šo grupu par ārkārtīgi interesantu, kurai piemīt vairākas svarīgas ķīmiskas un bioloģiskas īpašības[1]. Starp šīm īpašībām visbiežāk tiek minētas šādas:
- citotoksiskas,
- pretiekaisuma līdzekļi,
- pretmalārijas,
- pretvīrusu,
- pretmikrobu līdzekļi.
Laktoni un to atvasinājumi tiek uzskatīti par kandidātiem, lai aizpildītu plaisu farmakoloģijā, ko radījusi patogēno baktēriju rezistences izplatīšanās pret parastajām antibiotikām. Šajā sakarā ir vērts pieminēt, ka laktoni medicīnā ir pazīstami jau ilgu laiku. Piemēram, antibiotikā eritromicīnā papildus citām funkcionālajām grupām ir 14-daļīgs laktona gredzens.
Dabisko laktonu piemēri, ko izmanto uztura bagātinātājos
Sāksim ar praktisku informāciju, t. i., kurus laktonus jūs varat lietot uztura bagātinātāju veidā, lai reāli uzlabotu savu veselību. Klasifikāciju un ķīmisko informāciju uzzināsiet tālāk šajā rakstā.
Terpēnu laktoni
Ginkgo biloba ekstrakti ir viens no galvenajiem laktonu avotiem uztura bagātinātājos. Standarta ekstrakti ir standartizēti, lai saturētu 6 % terpēnu laktonu. Šie laktoni sastāv no bilobalīda un ginkgolidiem- galvenajām aktīvajām vielām ginkgo, kas ir atbildīgas par lielāko daļu tā veselīgo īpašību[3]. Ginkgolidi ir diterpēnu laktoni, bet bilobalīds ir triterpēnu laktons (precīzāk, seskviterpēnu trilaktons). Kopējā laktonu kopapjomā ginkgolidi veido 3,1, bet bilobalīdi - 2,9 procentpunktus.
Vitanolidi
Šī ir galvenā aktīvo vielu grupa slavenajā adaptogēnajā augā Vitania sluggishis, kas pazīstams kā Ashwagandha. Tās galvenā joma ir adaptogēnā darbība, t. i., palielina izturību pret stresa apstākļiem. Tomēr veselību veicinošās darbības spektrs ir daudz plašāks.
Vitanolidi ir dabā sastopamu laktona triterpenoīdu grupa[4]. Ašvagandas laktonu veselību veicinošās īpašības ir tik vērtīgas, ka tiek veikti daudzi mēģinājumi tos sintezēt un radīt atvasinājumus ar vēl lielāku potenciālu.
Artemizinīns
Artemizinīns ir seskviterpēna laktons, kas izolēts no pelašķa(Artemisia annua). To lieto uztura bagātinātājos imūnsistēmas atbalstam un kā pretiekaisuma līdzekli.
Saskaņā ar pētījumiem artemizinīns ir efektīvs gan pret zāļu rezistentiem, gan pret malāriju izraisošiem Plasmodium falciparum celmiem[5].
Asteru dzimtas augos, īpaši Artemisia ģints sugās, ir daudz vairāk dažādu seskviterpēnu laktonu[6], ne tikai artemizinīns. Seskviterpēnu antimikrobiālā aktivitāte var būt saistīta ar olbaltumvielu sintēzes izmaiņām, izmainītu šūnu caurlaidību vai mijiedarbību ar šūnu sieniņu fosfolipīdiem, kas izjauc membrānas integritāti[1].
Ekdisteroīdi
Tādi augi kā Ajuga turkestanica, Leuzea carthamoides vai Spinacia oleracea (t. i., parastie spināti) satur ekdisteroīdus, kuriem ir laktona struktūra. Piemēram, ajugalaktons vai kartamosterons[7].
Grafiskais avots - doi: 10.1016/B978-0-444-63473-3.00005-8.
Kavalaktoni
Tās ir aktīvās vielas, ko satur metistīna pipari jeb kava kava. Polijā kava kava diemžēl nav atļauta izmantošanai pārtikas produktos, bet, piemēram, ASV ir nopērkami kava kava ekstrakti kapsulās ar standartizētiem kavalaktoniem[8]. Starp tām ir daudz dažādu vielu, bet kā galvenās uzskaitītas 6 - to skeleti parādīti zemāk redzamajā grafikā.
Grafikas avots - doi: 10.3390/nu12103044
Monakolīns K
Ķīmiski monakolīnam K ir laktona struktūra, kas satur estera gredzenu. Tā darbība ir analoga sintētiskajiem statīniem, un, pārvēršoties aktīvajā skābes formā, tas kļūst par enzīma, kas organismā atbild par holesterīna sintēzi, inhibitoru (tas ir HMG-CoA reduktāzes inhibitors)[9]. EFSA ekspertu grupa uzskatīja, ka monakolīns K laktona formā ir identisks lowastatīnam, kas ir vairāku ES hiperholesterinēmijas ārstēšanai apstiprinātu zāļu aktīvā viela. Šā iemesla dēļ noteikumi ir ierobežojuši atļauto monakolīna K dienas devu no uztura bagātinātājiem līdz devām, kas mazākas par 3 mg.
Laktonu iedalījums un klasifikācija
Īsumā aplūkosim daudzskaitlīgākās un izplatītākās laktonu grupas.
[šī sadaļa ir mazliet garlaicīga, bet īsumā iekļauta ķīmiskā informācija, un šeit ir liels raksturīgo atslēgvārdu piesātinājums; es to veidotu kā nolaižamu akordeonu, kā tiek veidotas faq sadaļas].
γ-laktoni
Tie ir piecu locekļu laktoni. γ-laktoni ir vairāku dabisko produktu struktūrā, piemēram, γ piesātināts butirolaktons un α-β nepiesātināti butenolidi. Butenoīdiem piemīt aizraujošas bioloģiskās īpašības, piemēram[2]:
- 3-metil-2H-furo[2,3-c]pirān-2-onam piemīt spēcīga herbicīda iedarbība,
- flupiradifurons ir efektīvs insekticīds,
- rubrolidijs M un basidalīns uzrāda pretvēža īpašības,
- 5-oktilfurān-2(5H)-onam piemīt pretapaugšanas aktivitāte.
Butenolidi un butirolaktoni ir pazīstami arī ar tiem raksturīgo smaržu, tāpēc tos plaši izmanto pārtikas un parfimērijas rūpniecībā.
δ-laktoni
sešdaļīgie laktoni. Tie ir plaši pārstāvēti dabā. Tāpat kā γ-laktonus, arī δ-laktonus var iedalīt piesātinātajos un α-β-nepiesātinātajos laktonos, no kuriem pēdējie ir visizplatītākie. δ-laktona fragments ir sastopams vairākos dabas savienojumos ar daudzveidīgu bioloģisko aktivitāti[2], piemēram:
- HIV proteāzes inhibīcija,
- apoptozes indukcija (goniotalamīns un rasfonīns),
- pretleikēmiskā aktivitāte (diktiopirons C),
- pretvēža iedarbība (pironetīns),
- leišmanicīds,
- tripanicīds,
- pretsēnīšu (argentilaktons),
- pretmikrobu līdzekļi,
- pretiekaisuma līdzekļi.
Vidēja lieluma laktoni
Šajos laktonos ir gredzeni ar 8 līdz 11 locekļiem. Dabā visbiežāk sastopami 10 locekļu dekalaktoni. No dabiskajiem 8 locekļu laktoniem izšķir oktalaktonus A un B. Tiem piemīt potenciāla citotoksiska aktivitāte pret melanomas un kolorektālo audzēju šūnām. Cefalosporolīdi un solandelaktoni ir citi dabā sastopamo 8ārdaļīgo laktonu piemēri[2].
Oksilipīni, haliholaktons, neohaliholaktons un topsentolīdi ir daži 9-daļīgo laktonu pārstāvji. Septiņi topsentolīdi (A1, A2, B1, B2, B3, C1 un C2) uzrādīja mērenu citotoksisku aktivitāti pret cilvēka vēža šūnu līnijām. Dilaktoni ar antimicīnu ir pazīstami ar savām antibiotiskajām un pretsēnīšu īpašībām un spēju izraisīt vēža šūnu apoptozi. Dekalaktoni jeb nonanolidi ir vislabāk izpētītie dabiskie vidēja lieluma laktoni, un tiem piemīt dažādas bioloģiskās īpašības. Dekarektīns izceļas ar inhibējošu ietekmi uz holesterīna biosintēzi.
Ftalīdi
Ftalīdi ir bicikliskas molekulas, kas veidojas, kombinējot γ-laktonu un benzolaktona gredzenu. Tās ir svarīgas organiskas molekulas, ko ražo vairākas Apiaceae dzimtas augu ģintis. Šie savienojumi ir sastopami arī Asteraceae, Acanthaceae, Amaranthaceae un Magnoliaceae dzimtas pārstāvjos.
Šī savienojumu klase ir pētīta kopš 18. gadsimta, un literatūrā ir daudz ziņojumu par to daudzveidīgo etnobotānisko izmantošanu un bioloģisko aktivitāti. Piemēram:
- (S)-3-n-butilftalīds tiek pārdots kā pretkrampju līdzeklis smadzeņu išēmijas ārstēšanai,
- izopestacīnam piemīt pretsēnīšu un antioksidantu īpašības,
- fuscinarīnam ir pretamnēziska iedarbība,
- (±)-koncentrikolīdam ir pretvīrusu iedarbība.
Ftalīdiem piemīt arī antimikrobiālas, prettrombocītu un pretsāpju īpašības.
Kumarīni
Tie ir augu un sēņu sekundārie metabolīti. Šie heterocikliskie savienojumi satur benzola gredzenu, kas saistīts ar α-pironu. Tie piesaista uzmanību ar savu pretvīrusu, pretvēža, Alcheimera slimības profilakses, antidepresantu, antibiotiku (armilarīns), pretiekaisuma (skopoletīns) un antikoagulantu (varfarīns un dikumarols) iedarbību.
Kumarīnus plaši izmanto kosmētikas, krāsvielu un pārtikas rūpniecībā un kā luminiscējošus materiālus.
Furanokumarīni
Savienojumi, kas satur furāna gredzenu, kas saistīts ar kumarīna skeletu. Tos ražo augi, reaģējot uz stresu un aizsargājoties pret plēsējiem, piemēram, sēnītēm, baktērijām un kukaiņiem. Furanokumarīnus izmanto ādas slimību ārstēšanai.
Spirolaktoni
Tie ir dabā sastopami savienojumi, kas veido lielu strukturāli daudzveidīgu molekulu grupu ar plašu bioloģiskās aktivitātes spektru:
- pretmikrobu līdzekļi (spiroindicumīds A),
- pretsēnīšu (perrenniporīds A),
- pretiekaisuma līdzekļi (abiespirozīds A),
- pretparazītu (plumericīns),
- pretvīrusu (biujanagīns B),
- citotoksisks (yaoshanenolide A).
Papildus dabā sastopamajiem savienojumiem spirolaktoni ietver arī sintētiskos steroīdus, kas pazīstami kā 17α-spirolaktoni. Vispazīstamākais šīs klases pārstāvis ir spironolaktons tā antagonisma dēļ pret aldosteronu - renīna-angiotensīna-aldosterona sistēmas hormonu, kas saistīts ar hipertensiju, sirds hipertrofiju un sirds un asinsvadu fibrozi.
Strigolaktoni
Tie ir fitohormoni, kas izdalīti no Striga un Orobanche ģints augiem. Strigolaktoni stimulē parazītisko augu sēklu dīgšanu, atklājot saimniekorganismu, regulē augu augšanu, kavē dīgšanu un ir pazemes ķīmiskās saziņas starpnieki starp augiem un blakusesošajiem organismiem. Vispazīstamākajiem dabiskajiem piemēriem ir triciklisks ABC kodols ar γ-laktonu kā vienu no gredzeniem un eksociklisku butenolida D gredzenu. Šādu struktūru var atrast 5-deoksistrigolā.
Strigolaktonus izmanto kā augsnes piedevas nezāļu ierobežošanai, tādējādi samazinot lauksaimniecības zaudējumus, kas saistīti ar nezāļu postījumiem. Šie savienojumi izraisa pašnāvniecisku dīgtspēju. Tas nozīmē, ka izolēto rizosfēras savienojumu vai to sintētisko ekvivalentu klātbūtnes izdalītie signāli izraisa parazītu sēklu dīgšanu bez saimnieka klātbūtnes, izraisot nezāļu bojāeju.
Makrolaktoni
Makrolaktoni jeb makrocikliskie laktoni satur gredzenus ar 12 vai pat vairāk locekļiem. Tos var klasificēt kā olidus vai diolidus.
Kukuolīdi darbojas kā feromoni, un daudzi dzīvnieki tos izmanto ķīmiskai saziņai. Kukuolids X ir identificēts kā feromons, kas piesaista vaboles Oryzaephilus surinamensis- kukurūzas un rīsu kaitēkļa - mātītes.
Makrolaktīni ir makrolīdi, kas izolēti no Bacillus un Actinomadura baktēriju celmiem. Pašlaik literatūrā ir aprakstīti 19 makrolaktīni (A-S). To bioloģiskā aktivitāte svārstās no pretvīrusu līdz pretsēnīšu iedarbībai. Piemēram, makrolaktīns A uzrāda spēcīgu iedarbību pret herpes simplex vīrusu un var kontrolēt HIV replikāciju cilvēkiem. Savukārt makrolaktīni T un B spēj inhibēt sēnītes Alternaria solani un Pyricularia oryzae un baktēriju Staphylococcus aureus. Vēl ir hinolidomicīni A1, A2 un B1, no kuriem hinolidomicīni A1 un B1 kavē dažādu vēža šūnu, tostarp pret zālēm rezistentu šūnu, augšanu.
Motivējot daudzie dabā sastopamo laktonu piemēri un to plašais bioloģiskās aktivitātes spektrs, ķīmiķi, kas saistīti ar organisko ķīmiju, ir pievērsušies laktonu gredzenu konstruēšanai.
Laktonu rūpnieciskais pielietojums
Laktoni ir tik interesantas vielas, ka būtu slikti neizmantot to potenciālu. Šā iemesla dēļ tos izmanto dažādās rūpniecības nozarēs.
Laktoni ir aromātiski savienojumi, tāpēc parfimērijas nozare ir viena no spēcīgākajām ieguvējām. Laktonu sensorās īpašības ļauj iegūt neparastus aromātus, piemēram, jasmīnu, vaniļas vai kaķumētras smaržu. Dažādas vielas ar laktonu struktūru var atrast uz smaržu un parfimērijas etiķetēm.
To plaši izmanto arī lauksaimniecībā un dārzkopībā. Dažiem laktoniem ir ļoti efektīva iedarbība pret kukaiņiem, parazītiem vai nezālēm.
Kopsavilkums
Laktonu saimē ietilpst tūkstošiem dažādu vielu. Lai gan tām ir kopīgs struktūras elements (laktona gredzens), to iedarbība var krasi atšķirties. Populārzinātniskajos tekstos tiem netiek pievērsta tik liela uzmanība kā, piemēram, polifenoliem, tomēr ir daudz laktonu, kuriem ir izcila ietekme uz cilvēka veselību. Tieši pateicoties laktoniem, mēs esam pateicīgi par tādu garšaugu kā ašvaganda vai gingo biloba labvēlīgo ietekmi. Laktonu klātbūtne dabā un plašāka to izpēte paver zinātniekiem iespēju iegūt jaunus instrumentus, lai izstrādātu arvien jaunas un labākas zāles, kas glābj cilvēku dzīvības. Mēs turam īkšķus, lai mēs varētu pēc iespējas vairāk izmantot laktonu spēku!
Avoti:
⮜ Iepriekšējais raksts
Kāda ir atšķirība starp augu un dzīvnieku olbaltumvielu uzturu?
Nākamais raksts ⮞