Белянин М.Л. Биологически активные вещества природного происхождения
Подождите немного. Документ загружается.
104
Схема 25
Биосинтез изофлавонов и ауронов
O
O
R
OH
O
O
R
OH
+ H
+
O
O
OH
R
O
O
OH
O
OH
O
R
O
OH
O
437
Аурон
Изофлавоны
O
O
HO
OH
OH
4
3
8
Изофлавоны особенно характерны для семейства бобовых. При
этом они выполняют важные химико-экологические функции. Многие
из них относятся к фитоалексинам и в этом качестве известны в других
таксонах. Так, пренилированный изофлавоноид кевитон 439 играет роль
фитоалексина в семенах гиацинта, а фазеолинохроман 440 - в фасоли.
Подобно другим флавоноидам изофлавоны способны
подвергаться реакциям пренилирования с последующей циклизацией.
Таким способом синтезируются уже упомянутый фазеолинохроман 440
и мунетон 441.
105
6.5.4. Производные нафталина
Структурный скелет многих природных соединений составлен из
конденсированных бензольных колец. В основном это производные
нафталина, антрацена, фенантрена. Более сложные полициклические
системы встречаются редко.
Нафталиновое ядро в природе синтезируется несколькими
способами. Три главных показаны на схеме 26. Первые два способа
реализуются преимущественно в растениях. Третий путь биосинтеза
осуществляется у грибов и других низших форм жизни.
Схема 26
Основные пути биосинтеза нафталинового ряда
106
O
Ar
O
Ar
OH
O
Ar
(E)
COOH
OH
HO
HO
COOH
COOH
O
-H
2
O
-CO
2
COOH COOH
O
(E)
O
O
COOH
+
OH
OH
A
B
C
7 CH
3
COSCoA
O
O O
O O
COOH
O
- H
2
O
(Z)
HO
OH OH
COOH
O
OH
OH
H
3
CO
O
O
O
[H]
[O]
Один из наиболее простых по структуре нафтохинонов – юглон
442. Также простую структуру имеет плюмбагин 443, найденный в
более чем десяти видах разных семейств.
Подобно процессам, характерным для бензольного ряда,
нафталиновое ядро также способно подвергаться пренилированию.
Наиболее известны два пренильных производных – лапахол 444 и
витамин К 445.
107
OH O
O
OH O
O
442
443
444
4
4
5
O
O
OH
O
O
O
O
O
O
OH
COOH
446
447
В результате дальнейших биосинтетических превращений
замещенных нафтохинонов и нафтофенолов могут осуществляться
реакции циклодегидратации и циклоприсоединения с участием боковых
цепей. Так, циклизация лапахола дает линейный нафтопиран лапахон
446. Подобным же образом образуются ангулярные аналоги, например,
рубимаилин 447.
Многие организмы – грибы, беспозвоночные, растения – содержат
ферментные системы, способные осуществить одноэлектронное
окисление нафталинового ядра. Образующиеся при этом свободные
радикала димеризуются с образованием бинафтилов.
Так, различные варианты димеризации свободных радикалов
плюмбагина 443, в зависимости от места сочленения, дают
биплюмбагин 448, маритинон 449 и неодиспирин 450.
108
OH
O
O
O
O
OH
O
O
OH
O
O
OH
OH
O
O
O
O
448
449
450
4
5
1
OH O
O
OH
O
O
Хиноидные бинафтилы ярко окрашены и принимают участие в
образовании привлекающей, отпугивающей или покровительственной
окраски их продуцентов. Одновременно они выступают как
биорегуляторы и токсины. Например, диоспирон 451 из коры хурмы
ингибирует клеточное деление, а также проявляет антигельминтное
действие.
6.5.5. Производные антрацена
Производные антрацена синтезируются многими типами живых
организмов, играют роль пигментов и регуляторов биохимических и
экологических процессов. Их биосинтез достигается двумя основными
путями: А – из ацетата через поликетидные предшественники, B –
циклизацией алкилированных нафталинов (схема 27). Второй путь в
природе имеет гораздо меньшее распространение.
109
Схема 27
Биосинтез антраценов
8 CH
3
COOSKoA
O
OOO
HOOC
O O O
- 3H
2
O
HOOC
OH OH OH
OH
O
O
HOOC
O
O
O
O
O
O
O OH
[O]
B
A
В качестве первичных продуктов биосинтеза пути А образуются
полифенолы, называемые антранолами, например, фисцион- антранол
452. Однако антранолы – вещества малоустойчивые, легко
окисляющиеся на воздухе, и поэтому в растениях происходит их
дальнейшее окисление до устойчивых соединений – антраценов. Их
подразделяют на производные эмодина (хризофановая кислота 453,
эндокроцин 454) и хинизарина (пурпурин 455, исландицин 456).
OH OH OH
O
O
O
OH OH
O
O
OH OH
HO
COOH
O
O
OH
OH
OH
O
O
OH
CH
3
OHOH
452
453
454
455
456
Многие из упоминавшихся выше антрахинонов обладают
различными видами физиологической активности. Практически
используется их свойство усиливать моторику кишечника и оказывать
слабительное действие. Наличием эмодиновых производных
110
объясняются лечебные свойства таких лекарственных растений, как
кора крушины, корень ревеня. Вместе с тем многие антрахиноны -
потенциально опасные вещества. Грибы сплошь и рядом продуцируют
сложные производные антрахинона, обладающие канцерогенным,
мутагенным действием. Например, аверуфин 457, лютеоскирин 458.
O
O
OH OH
HO
458
457
O
O
OHO
O
OH
O
O OHOH
HO
OH
7. Алкалоиды
Огромную и разнообразную группу природных соединений
составляют вещества, молекулы которых содержат атомы азота. Если
это растительные метаболиты и один или несколько атомов азота имеют
характер основания, то их относят к алкалоидам. Такое определение
сложилось исторически, но оно не имеет четких границ. Так, например,
азотсодержащие амиды лактамы обычно к алкалоидам не относят. Но в
то же время некоторые циклические амиды традиционно
рассматриваются как члены алкалоидоносного семейства. Кроме
растений немало азотсодержащих метаболитов продуцируют бактерии,
грибы, беспозвоночные. К ним во многих случаях не применяют термин
«алкалоид», но с точки зрения структуры и химических свойств они от
алкалоидов ничем не отличаются и их нецелесообразно отделять только
на основании их продуцентов.
У большинства алкалоидов атомы азота входят в состав
гетероциклов, поэтому классификация природных азотистых оснований
базируется на химической структуре гетероциклического остова
молекулы.
111
7.1. Ациклические основания
Органические основания, атом азота которых не входит всостав
какого либо гетероцикла, относят к типу ациклических алкалоидов или
протоалкалоидов.
Простые алкиламины – обычные ингредиенты морских
водорослей, простейших. Встречаются они также в грибах и
лишайниках. Их биосинтез осуществляется в результате
декарбоксилирования аминокислот и аминирования альдегидов (схема
28).
Схема 28
R
NH
2
COOH
H
-CO
2
R
NH
2
R
O
H
R
H
NH
+[H]
R
NH
2
+NH
3
Аминокислоты с дополнительными функциональными группами
дают полифункциональные амины. Дальнейшие биохимические
преобразования приводят к различным производным: амидам,
третичным основаниям, четвертичным аммониевым солям, N-оксидам и
др.
Четвертичные соли аминокислот называют бетаинами. Этот
термин произошел от латинского названия свеклы (Beta vulgaris), из
которой впервые был выделен простейший и самый распространенный
глицин-бетаин 459. Природные бетаины могут иметь и более сложное
строение, как, например, антоплейрин 460. Это вещество находится в
коже морского анемона и, выделяясь в окружающую среду при
повреждении хищниками, служат сигналом тревоги для сородичей.
Большое распространение имеет спирт – холин 461 и его
сложный эфир – ацетилхолин.
N
O-
O
459
4
6
0
461
N
O-
O
OH
O
H
N
OH
112
Он является важнейшим метаболитом животных, обеспечивающим
деятельность нервной системы. Холин входит в состав фосфолипидов,
важнейших компонентов клеточных мембран.
Большое значение как биологически активные природные
вещества имеют алкилароматические амины. Они образуются в
результате декарбоксилирования ароматических аминокислот
фенилаланина, тирозина. Из них адреналин 462 и норадреналин 463
известны как гормоны млекопитающих. Адреналин еще называют
гормоном стресса, т.к. в опасных ситуациях в кровь выбрасывается
увеличенное количество амина 462.
462
463
464
465
HO
HO
NH
OH
HO
HO
NH
2
OH
NH
2
OH
H
3
CO
H
3
CO
NH
2
OCH
3
O
2
N
OH
HN
Cl
O
OH
Cl
H
4
6
6
O
HO
N
4
6
7
Природный аналог адреналина – эфедрин 464, выделенный из
растений рода Ephedra, оказывает сходное с ним физиологическое
действие. Метаболит южно-американского кактуса (Lophopora
williamsii) мескалин 465 является галлюциногеном, т.е. соединением,
вызывающим галлюцинации. Это свойство уже 2000 лет назад
использовало индейское население Мексики в своих ритуальных целях.
К производным фенилэтиламина также относится известный
антибиотик левомицетин 466. Токсическое действие красного мухомора
(Amanita muscaria) в большинстве своем обусловлено наличием
мускарина 467. Доказательство строения этого четвертичного
основания 467 заняло 150 лет. В основном это обусловлено его большой
нестабильностью и трудностью выделения в чистом виде.
7.1.1. Полиамины и полиаминовые алкалоиды
Все живые организмы содержат в своем химическом составе
алифатические амины путресцин 468, спермидин 469 и спермин 470.
Все они образуются из аминокислоты аргинина через промежуточное
его превращение в орнитин и последующее декарбоксилирование.
113
NH
2
H
2
N
H
2
N
H
N
NH
2
H
2
N
H
N
NH
H
2
N
H
2
N N
H
NH
COOH
NH
2
H
2
N
COOH
NH
2
Аргинин Орнитин
468
469
470
Некоторые растения синтезируют полиаминовые алкалоиды,
представляющие собой ацилированные и алкилированные производные
полиаминов. Их можно подразделить на несколько структурных типов.
К первому принадлежат нециклические алкильные и ацильные
производные полиаминов. К ним относятся алкалоиды, выделенные из
некоторых видов пасленовых (Solanaceae). Например, солапальмитин
471 и солапальмитеин 472.
Спермидин и спермин, ацилированные непредельными
кислотами, дают начало другому структурному типу полиаминовых
алкалоидов. Он характеризуется тем, что из ацильных производных,
благодаря внутримолекулярной реакции Михаэля и другим способам
присоединения по двойной связи образуются гетероциклические
структуры. Таким способом синтезируются алкалоид хвощей
палюстрин 473 и конопли – каннабисативен 474.
471
472
473
474
N
N N
O
C
15
H
31
N
N N
O
C
13
H
27
N
H
N
N
H
O
OH
N
H
N
N
H
O
OH
OH
7.2. Азотсодержащие соединения с малыми циклами
Самый простейший азотсодержащий трехчленный цикл
азиридина лишь изредка встречается в составе более сложных
соединений. Следующий за ним четырехчленный азетедин входит в