Белянин М.Л. Биологически активные вещества природного происхождения
Подождите немного. Документ загружается.
94
карбоксилсодержащих бензофенона (вариант В 1 и В 2), циклизация
которых ведет к дигидроароматическим кислотам 389 и 390, первая
путем окислительного декарбоксилирования превращается в
равеннелин 391, вторая в диверсиноловую кислоту 391 b.
У растений функционирует третий путь биосинтеза,
обозначенный С. Ключевой интермедиат в нем синтезируется путем
ацилирования трикетида мета-гидроксибензойной кислоты – продукта
шикиматного пути биосинтеза. Здесь в простейшем случае конечный
метаболит представляет собой 1,3,7-тригидроксиксантон, гентизеин 392,
типичный представитель и родоначальник растительных
дибензопиронов.
В ходе дальнейших биосинтетических преобразований
структурных типов, представленных на схеме 21, образуются
разнообразные ксантоны. При этом наибольшее значение имеют
реакции гидроксилирования, О-метилирования, гликозилирования,
пренилирования, и димеризации.
O
O OH
OH
OH
H
3
CO
O
O
OH
OH
HO
OH
393
394
395
396
397 398
O
O OH
HO
H
3
C
O
OH
O
O OHCOOH
b-D- Glcp-
O
(Z)
O
O
O
OH
OCH
3
O
(R)
O
(S)
(R)
(R)
(E)
O O
(R)
(R)
(S)
(E)
O OH
OH
OH OH
OH
O OH
COOH
OH
COOH
OH
Семейство горечавковые (Gentianaceae) – самый активный
продуцент ксантонов в растительном мире. Например, из растения этого
рода Сверция (Swertia) выделен свертианин 393. Характерные
представители пренилированых ксантонов – глобуксантон 394 и
95
мангостин 395. Циклизация пренилированных ксантонов дает
шестичленные пираноксантоны (гликозид лепроцибозид 396 из грибов
рода Leprocybe, обладающий ярко-зеленой флуоресценцией) и
пятичленные фураноксантоны, как псороспермин 397. В спорынье
(Claviceps purpurea) присутствует секалоновая кислота 398,
образовавшаяся в результате димеризации биосинтетического
предшественника (дегидроароматической кислоты).
Растения и грибы синтезируют большое число лактонов –
производных бензо [b] – и бензо [с]-α-пиронов, называемых
соответственно кумаринами (α-хромонами) и изокумаринами.
Простейший представитель α-хромонов – кумарин 399, давший имя
всему классу веществ, известен как приятно пахнущий ингредиент
растений. Биосинтез кумаринов может происходить несколькими
способами (схема 22).
Схема 22
Способы биосинтеза кумаринов
O O
COOH
COOH
OH
COOH
O-b-D-Glcp
O-b-D-Glcp
COOH
400
399
O
O
O
COOH
O
HO OH
OH
COOH
O
OH
OHO
4
0
1
402
II
I
В результате гидроксилирования коричной кислоты образуется
орто-кумаровая кислота, которая, подвергаясь гликозилированию и
цис-транс-изомеризации, дает гликозид цис-орто-гидроксикоричной
кислоты 400. При отщеплении глюкозы освобождающаяся кумариновая
кислота самопроизвольно циклизуется в кумарин.
96
Второй путь к кумаринам лежит через пентакетидного
предшественника 401. В простейшем случае он приводит к 5-метил-4-
гидроксикумарину 402.
Простые по структуре кумарины, имеющие в бензольном кольце
гидроксильные и метоксильные группы, содержатся во многих
представителях флоры, но особенно много их в семействе зонтичные
(Apiacae). Например, умбеллиферон 403, герниарин 404, фраксинол 405
и др. Пренилирование кумаринов с последующими реакциями
окисления, циклизации, гидратации дает богатый набор производных С-
пренилированных кумаринов. Например, остол 406, мерацин-гидрат
407, мерацин 408.
403
404
405
406
O OHO O OH
3
CO
O OH
3
CO
O OH
3
CO
OCH
3
HO
O OH
3
CO
O OH
3
CO
OH
HO
O
4
0
7
408
Пренилированные кумарины со свободной орто-гидроксигруппой
могут циклизоваться, давая пиранокумарины. Простейший
представитель – пиранокумарин ксантилетин 409, выделенный из коры
американского ясеня и некоторых цитрусовых. При гидроксилировании
двойной связи образуются цис- или транс- диолы, которые могут в
дальнейшем ацилироваться. Например, смесь сложных эфиров
виснадина 410 из растения вздутоплодника сибирского используется
как спазмолитический препарат.
Если циклизация пренилированных кумаринов происходит по
менее замещенному кольцу двойной связи изопентильной группы
боковой цепи, то возникают молекулы фуранокумаринов. Они могут
быть линейными (мармезин 411, псоралин 412) и ангулярными
(ангелицин 413).
97
O O O
OO O
O
O
OO
O
O
O
O
O
O
O O
O
409
410
411
412
4
1
3
Интересной биологической особенностью фуранокумаринов
является их способность становится цитотоксинами при освещении УФ-
или солнечным светом. Фотодинамические свойства фуранокумаринов
обусловлены тем, что, поглощая кванты УФ-излучения, их молекулы
переходят в возбужденное состояние. И в таком виде они способны
реагировать с биологически важными компонентами, содержащими
двойную связь. При этом решающее значение для проявления
цитотоксичности имеет нарушение структуры и функции ДНК.
Псоралин 412 и его аналоги образуют аддукты с генетическим
материалом клеток, реагируя с входящим в его состав нуклеиновыми
основаниями (схема 23).
Схема 23
Реакция возбужденных фуранокумаринов с тимином
O
(Z)
O
O
412
HN
N
(Z)
O
O
ДНК
O
(Z)
O
O
HN
N
O
O
ДНК
O
(E)
O
O
NHN
O
O
ДНК
98
6.5.3. Арилбензо[b]пираны. Флаваноиды
Бензо[b]пираны, имеющие ароматический заместитель в
пирановом кольце, носят название флавоноидов. Это чрезвычайно
распространенный класс соединений, обладающий также большой
значимостью для растений. Биогенетическим предшественником
арилбензо[b]пиранов служат халконы. В основе их классификации -
степень окисленности пиранового кольца арилбензопиранов. Главные
типы представленны на схеме 24.
Схема 24
Биосинтез и основные типы арилбензо[b]пиронов
O
OH
O
O
1
2
3
4
5
6
7
8
1`
2`
3`
4`
5`
6`
O
O
O
O
O
O
O
O
Ar
Ar
OH
OH
OH
Ar
Ar
O
Ar
O
Ar
OH
O
O
OH
Ar
Ar
Флаваны
Катехины
Лейкоантоцианидины
Антоцианидины
Флаваноны
Флаванонолы
Флавоны
Флавонолы
Наиболее восстановленные производные 2-арилбензопирана
называют флаванами. В зависимости от числа гидроксильных
заместителей в тетрагидропирановом кольце они подразделяются на три
типа: собственно флаваны, катехины и лейкоцианидины. В природе
флаваны встречаются довольно редко. Строение их можно рассмотреть
на примере фитоалексина из клубней нарцисса броуссина 414. Как и во
всех флаваноидах, флаваны могут подвергаться гликозилированию, как,
например, в диффутине 415, выделенном из корней растения семейства
Gentianaceae, обладающего тонизирующим действием.
99
OHO
O
H
414
4
1
5
OHO
O-b-D-Glcp
OCH
3
OCH
3
Катехины способны оказывать дубящее действие, но в отличие от
сложных эфиров галловой кислоты с глюкозой, они не подвергаются
гидролизу. Поэтому их еще называют негидролизуемые танины.
Катехины найдены во многих растениях, но особенно много их в чае.
Обладая ассиметрическими атома углерода, катехины имеют несколько
стереоизомеров или диастереоизомеров. Например, (+)-эпикатехин 416
и (-)-катехин 417 и (-)-эпикатехин 418.
Лейкоантоцианидины или флаван-3,4-диолы встречаются в
составе очень многих растений. Однако общее число их невелико. По
строению они отличаются друг от друга количеством и положением
гидроксильных групп, а также стереохимическим строением (3
хиральных центра – 8 стереоизомеров). Типичные представители –
лейкоцианидин 419, меллакацидин 420.
OHO
OH
416
417
OH
OH
OH
OHO
OH
OH
OH
OH
OHO
OH
OH
OH
OH
418
OHO
OH
OH
OH
OHO
OH
OH
OH
OH OH
OH
OH
419
420
OHO
R
2
R
3
OH
OH
R
1
421
Антоцианидины, предшественниками которых являются
лейкоантоцианидины, по химической структуре являются катионами
флавилия 421 (R
1
=R
2
=R
3
=H – пелларгонидин; R
1
=R
2
=ОН, R
3
=H –
дельфинидин; R
1
=R
2
=OCH
3
, R
3
=H). В естественном состоянии они
находятся в виде гликозидов, которые называют антоцианинами. В
нейтральной среде антоцианины и их аналоги бесцветны, а окраска
появляется только в условиях кислой среды, причем в зависимости от
рН и наличия металлов цвет может изменяться. Биологическая роль
антоцианидинов заключается, наряду с другими пигментами, в придаче
окраски цветкам растений. Как правило, антоцианы не обладают
100
биологической активностью. Они обуславливают окраску соков и вин,
выделяются в промышленном масштабе из плодов для использования в
качестве пищевых красителей.
Из флавоноидов, содержащих кетонную группу, наименее
окисленный тип – флаваноны. Эти соединения встречаются в
большинстве семейств высших растений.
O
OOH
HO
O
OOH
H
3
CO
4
2
2
423
O
O
OH
HO
OH
O
O
OH
OH
L-a-Rhap-(1-2)-D-b-Glcp-O
424
4
2
5
Например, они обычны в древесине многих хвойных
(пиноцембрин 422, пиностробин 423). Агликон нарингенин 424, будучи
безвкусным, при гликозилировании дает немногим менее горькое, чем
хинин, соединение 425.
Флавоны, как и их 3-гидроксипроизводные (флавонолы),
относятся к наиболее распространенным метаболитам растительного
мира. Практически в любом виде растения можно найти эти вещества.
Они могут находиться как в свободном виде, так и в форме гликозидов.
Среди флавоновых соединений известны О - и С – гликозиды.
Примером первого может служить скутелларин 426, а второго - С –
гликозид – сапонаретин 427.
Биосинтетические реакции пренилирования, столь характерные
для ксантонов и кумаринов, протекают также в ряду флавонов.
Например, химическую природу пренилфлавона имеет выделенный из
почек платана платанетин 428.
101
O
O
OH
OH
O
O
OH
HO
OH
426
4
2
7
HO
OH
O
H
HO
H
HO
H
H
OH
H
O
OH
O
H
HO
H
HO
H
H
OH
H
OH
O
O
OH
HO
OH
428
Часто изопреноидные боковые цепи подвергаются дальнейшим
модификациям, ведущим к замыканию пирановых и фурановых циклов.
Таким способом синтезируются молекулы полистахина 429 и
санженона 430. Отщепление трехуглеродных фрагментов у молекул
типа 429 ведет к биосинтезу ангулярных 431 и линейных 432
фуранофлавонов.
O
OOCH
3
429
O
OAc
Ac
O
O
OOH
HO
HO
O
430
O
O
O
O
O
OCH
3
OCH
3
O
431
4
3
2
В различных видах растений синтезируется очень большое
количество флавонолов. Некоторые из них весьма редки, другие же
имеют широкое распространение во всех таксонах. Основные
флавононы перечислены в таблице 6, из них кверцетин является
наиболее распространенным флавоноидом вообще.
102
O
O
OH
R
3
R
2
R
4
OH
OH
R
1
O
Таблица 6
Основные природные флавонолы
R
1
R
2
R
3
R
4
Название
H H H H Кемпферол
Me H OH H Рамнетин
H H OMe H Изорамнетин
H OH H H Морин
H H OH H Кверцетин
H H OH OH Мирицетин
Как и в случае с флавонами, флавононы часто связаны с сахарами.
Количество моносахаридных остатков во флавоноловых гликозидах
варьирует от одного до трех. Молекулы с более длинными цепями
находят очень редко. Типичный представитель монозидов – α-L-
рамнозид кверцетина 433, именуемый кверцитрином. Из биозидов
большое значение имеет рутин 434.
O
O
OH
OH
O-a-L-Rhap
OH
H
O
4
3
3
O
O
OH
OH
O-b-D-Glcp-(6-1)-a-L-Rha
p
OH
HO
434
Это вещество еще называют витамином Р. Его функция в
организме - укрепляющее действии на кровеносные каппиляры и
увеличение свертывающей способности крови. Этот тип
физиологической деятельности характерен не только для рутина, но и
для других флавоноидов (например, катехинов чая). Также можно
отметить антиоксидантные свойства флавоноидов. В их основе лежит
способность реагировать со свободными радикалами, инактивируя их.
103
Как и в ряду флавонов, для флавонолов характерны реакции
пренилирования 435, метилирования 436 и др.
O
O
OH
OH
O-a-L-Rhap
OH
HO
433
O
O
OH
OH
O-b-D-Glcp-(6-1)-a-L-Rhap
OH
HO
434
O
O
O
OH
HO
OH
O
O
OH
OCH
3
OH
CH
3
HO
H
3
C
4
3
5
436
Функциональное значение флавоноидов для растений очень
многообразно. Они играют важную роль в регуляции различных
ферментных систем. Многие из них проявляют антифидантные,
противовирусные, противогрибковые свойства.
Изофлаваноиды отличаются от флавоноидов местом
присоединения арильного заместителя. Биогенетически изофлавоноиды
происходят от флавоноидов. В результате протонирования молекулы
флавона возникает катион 437, который способен
перегруппировываться двумя путями (схема 25), давая ауроны или
изофлавоны. Типичный представитель – генистеин 438.