Белянин М.Л. Биологически активные вещества природного происхождения
Подождите немного. Документ загружается.
74
1 2 3
α-L-арабиноза
O
(R)
(S)
H
OH
HO
H
H
H
OH
H
OH
(S)
(S)
α-L-Ara
α-L-рамноза
(S)
(R)
OH
HO
H
H
HO
(R)
(S)
H
3
C
OH
H
H
α-L-Rha
β-D-
глюкуроновая
кислота
O
(R)
(S)
H
HO
HO
H
H
H
OH
H
OH
(S)
(S)
HOOC
β-D-Gla
β-D-фукоза
O
(R)
(R)
OH
H
H
HO
H
H
OH
H
H
3
C
OH
(S)
(S)
β-D-Fuc
β-D-хиновоза
O
(R)
(S)
H
HO
H
HO
H
H
H
OH
(S)
(S)
OH
H
3
C
β-D-Qui
α-L-рибоза
O
(S)
(R)
H
HO
H
O
H
H
H
H
O
H
(S)
(R)
OH
H
α-L-Rib
β-D-ликсоза
O
(R)
(S)
H
HO
H
HO
H
H
H
OH
(S)
(S)
OH
OH
β-D-Lyx
β-D-аллоза
O
(R)
(S)
H
HO
O
H
H
H
H
OH
H
OH
(S)
(R)
O
H
β-D-All
Для обозначения, в какой форме
находится сахар: в пиранозной
или фуранозной, применяют
буквенные обозначения «р»
O
H
HO
H
HO
H
H
OH
H
O
O
H
O
H
H
HO
H
H
OH
H
OH
OH
3
1
7
75
(pyranose) и «f» (furanose). Например, дисахарид целлобиозу 317
сокращенно можно обозначить как β-D-Glcp(1→4)- β-D-Glcp-OH.
Цифры в скобках обозначают, что один остаток глюкозы образует
гликозидную связь со вторым по его гликозидной группе, находящейся
при С4. Т.к. связь между сахарами всегда гликозидная, то цифру 1 и
стрелку часто опускают. В таком сокращенном варианте целлобиоза
записывается как β-D-Glcp
4
- β-D-Glcp-OH.
Из володушки (Bupleurum falcatum) выделен сайкосапонин 318.
Обычно сахарная часть присоединяется по гидроксильной группе С3, но
бывают и исключения. Так, гликозид мыльного дерева – сапиндозид
имеет структуру 319.
CH
2
OH
O
OH
b-D-Glcp(1-4)-b-D-Fucp-O
318
CH
2
OH
a-L-Arap(1-2)- a-L-Rhap(1-3)-a-L-Arap-O
CO
2
-b-D-Glcp(2-1)-
b-D-Glcp
319
Ряд сапонинов оказывают гемолитичесий эффект, т.е. разрушает
красные кровяные клетки. В то же время сапонины 320, 321 из жень-
шеня (Panax ginseng) оказывают адаптогенное (повышающее
работоспособность, снимающее физическое и умственное напряжение)
действие.
b-D-Glcp(1-2)-b-D-Glcp-O
320
321
b-D-Glcp-O-
b-D-Glcp(1-2)-b-D-Glcp-O
b-D-Glcp(1-6)-b-D-Glcp-O-
b-D-Glcp(1-2)-b-D-Glcp-O
O
COOH
322
Противовоспалительными свойствами обладают тритерпеновые
сапонины солодки голой (Glycyrrhiza glabra). Одно из таких соединений
– глицирризиновая кислота 322.
76
5.4.4. Стерины, стероиды
Стерины и стероиды биогенетически родственны
тритерпеноидам. Структура стеринов 323 образуется в результате
потери трех метильных групп в циклическом остове ланостана.
Стерины с укороченной углеродной цепью называются стероидами.
Главный стерин животного мира – холестерин 324. Он составляет
важнейший элемент структуры мембран всех клеток, всегда
присутствует в плазме крови всех млекопитающих. У растений и грибов
наиболее распространены β-ситостерин 325, кампестерин 326.
HO
323
324
325
326
327
HO
HO
O O
O
O
O
OH
В некоторых видах растений семейства пасленовых
синтезируются глубоко окисленные производные стерина,
объединяемые в группу витанолидов. Датуролактон 327 содержит
практически все кислородсодержащие группы в своей структуре. Тот же
тип строения и сходный набор функциональных групп характерен и для
большинства других витанолидов.
Укорочение боковой цепи в стеринах дает новую группу
соединений, обладающих высокой биологической активностью и
носящей название стероидов. В биохимии и физиологии человека и
всех теплокровных животных чрезвычайно важную роль играют
стероидные гормоны.
Стероидные гормоны играют определяющую роль в проявлении
вторичных половых признаков, регулировании полового цикла и
размножения у млекопитающих и птиц. Те из них, которые участвуют в
этих регуляторных процессах, называются половыми гормонами.
Мужские половые гормоны представлены андростероном 328 и
тестостероном 329.
77
Характерной особенностью женских половых гормонов является
наличие одного (эстрадиол 330), двух (эквиленин 331) ароматических
циклов в молекуле.
Другая важная группа регуляторных веществ млекопитающих
синтезируется в корковом слое коры надпочечников. Эти гормоны
получили название кортикостероиды. Кортизол 332 и кортизон 333
участвуют в регуляции углеводного обмена, а альдостерон 334 –
минерального.
O
H
O
OH
O HO
O
HO
328
329
330
331
O
OH
O
HO
O
O
HO
OH
O
HO
HO
COH
OH
O
O
332
3
3
3
334
Стероидные сапонины с двумя типами агликонов и некоторыми
особенностями строения углеводного компонента выделяют в особую
группу, из-за сильного и специфического действия на сердечную
мышцу.
В настоящее время известно около пятисот сердечных
гликозидов, найденных в отдельных представителях рода Strophantus,
Erisimum, Digitalis и др. Типичный представитель агликонов сердечных
гликозидов – дигитоксигенин 335. Характерной отличительной чертой
сердечных гликозидов является наличие пятичленного ненасыщенного
лактонного кольца, названного карденолидным. Углеводная цепь
сердечных гликозидов всегда присоединена к С3. В большинстве в нее
входят необычные сахара, такие как D-дигитоксоза, L-олеандроза и др.
Сердечные гликозиды, имеющие шестичленный ненасыщенный
лактонный цикл, носят название буфадиенолидов (буфотоксин 336).
Буфадиенолиды впервые были найдены во многих видах жаб (Bufo), а
позднее выделены из некоторых растений.
78
H
O
335
OH
O
O
O
HO
O
O
O
HN
O
HOOC
HN
NH
2
HN
336
COH
OH
O
O
OH
O
OH
O
O
337
C3
O
O
OH
H
3
C
HO
OH
OH
OCH
3
CH
3
OH
D-дигитоксоза
L-олеандроза
Биологическое действие сердечных гликозидов обуславливается
ингибированием мембранного фермента Na,K-АТФ-азы, играющего
важную роль в регуляции проницаемости клеточных оболочек для
ионов. Также некоторые из них (калотропин 337) проявляют свойства
сильных цитотоксинов.
6. Ароматические природные соединения. Ацилбензолы,
алкилфенолы
Молекулы многих природных соединений содержат бензольные
кольца. Некоторые из ранее описанных соединений, содержащих в
своем составе ароматические фрагменты, образуются в результате
дегидратации и дегидрирования своих биосинтетических
предшественников. Однако существуют специальные пути синтеза
ароматических соединений в живых организмах. Первый из них
получил название ацетатного (схема 14), а второй – шикиматного
(схема 15). В данной главе будут описаны соединения, для синтеза
которых использованы именно эти два пути.
79
Схема 14
Ацетатный путь биосинтеза бензольного ядра
R-COOH + 3 CH
3
COOH
-3 H
2
O
R-CO-CH
2
-CO-CH
2
-CO-CH
2
-COOH
COOH
OH
OH
R
OHHO
OH
R O
338
Схема 15
Шикиматный путь биосинтеза бензольного ядра
COOH
OPO
3
H
CHO
OH
OH
OPO
3
H
OHHOOC
OH
OHO
OHHOOC
OH
OHHO
[H]
COOH
HO
OH
OH
HO
OH
COOH
COOH
O COOH
OH
HO
HO
OH
COOH
OH
OH
COOH
O
OH
HOOC COOH
O
COOH
O COOH
OH
- H
2
O
-[H]
- H
2
O
- [H]
I
+ I
339 340
341
342
343
344
345
3
4
6
80
Ацетатный путь начинается с конденсации трех молекул коэнзима
А в поликетокислоту 338. Цепь из чередующихся звеньев СО и CH
2
может быть различной длины, т.к. в реакции способно участвовать и
большее число ацетатных и других ацильных групп. Вещества типа 338
получили название поликетидов. Ароматические кольца строятся
путем внутримолекулярной кротоновой циклоконденсации поликетида
338.
Второй путь биосинтеза бензольного кольца носит название
шикиматного из-за названия шикимовой кислоты – одного из
промежуточных звеньев биосинтетической последовательности.
Взаимодействие фосфоенолпировиноградной кислоты (I) с 3-фосфатом
эритрозы дает 5-дегидрохинную кислоту 339, которая через стадию
хинной кислоты 340 превращается в кислоту шикимовую 341.
Последняя является непосредственным предшественником галловой 342
и протокатеховой 343 кислот. Помимо этого кислота 341 является
биогенетическим предшественником фенилпропаноидов, соединений, у
которых к бензольному кольцу присоединена прямая трехуглеродная
цепь. Шикимовая кислота 341, образуя енольный эфир с
пировиноградной кислотой 344, в последующем дегидратируется и
претерпевает Кляйзеновскую перегруппировку в кислоту перфеновую
345, дающую после окислительного декарбоксилирования п-
гидроксифенилпировиноградную кислоту 346.
6.1. Простые производные бензола
В живой природе можно встретить вещества, молекулы которых
содержат неконденсированное бензольное кольцо без сложных
заместителей. Простейшее производное – фенол 347. Он обнаружен в
организме жука (Castelitra zealandica), где выполняет функцию
феромона, а в смеси с крезолом 348 функционирует как половой
аттрактант одного из видов клещей. Глюкозид гидрохинона,
называемый арбутином 349, служит действующим началом
лекарственных растений толокнянки и бадана.
Многие растения синтезируют фенолокислоты, ароматические
вещества, содержащие карбоксильные и фенольные группы
одновременно. Эти простые метаболиты играют важную роль во
взаимоотношении между растениями. Большинство из них имеют
тривиальные названия. Например: ванилиновая 350, галловая 342,
сиреневая 351, салициловая 352 и др.
81
OH
CH
3
OH
347
348
349
350
351
352
353
OH
O
H
HO
H
HO
H
H
OH
H
O
OH
COOH
COOH
COOH
OH
OMe
OH
OMeMeO
OH
COOH
OH
O
H
HO
H
HO
H
H
H
O
OH
O
OHOH
CH
2
OH
O
Фенолокислоты в растениях находятся либо в свободном виде,
либо входят в состав более сложных вторичных метаболитов.
Гликозилированые фенолокислоты, например дигликозид 353, играют
роль осмотического регулятора давления в листьях (тургора).
6.2. Алкилированные фенолы
Условно можно считать образование алкилированных фенолов
присоединением к бензольному кольцу С
6
алкильной группы С
3
. Тогда
фенилпропаноиды можно считать С
6
+ С
3
соединениями. Часто
встречающимися представителями С
6
+ С
3
соединений являются
гидроксикоричные кислоты. Формула 354 показывает различных
представителей этой группы веществ.
COOHR
2
R
1
R
3
R
1
= OH, R
2
=R
3
=H п-кумаровая кислота
R
1
=R
2
=OH, R
3
=H кофейная кислота
R
1
=OH, R
2
=R
3
=OCH
3
синаповая кислота
3
5
4
Восстановление С
6
+ С
3
соединений ведет к фенилпропаноидам,
содержащим аллильный заместитель. Из них наиболее известны анетол
355 и эвгенол 356. Эти и подобные им вещества как минорные
компоненты содержатся во многих эфирных маслах. Эвгенол
82
стимулирует аппетит у самцов плодовых мушек так, что в присутствии
избытка еды они погибают от переедания.
H
3
CO
HO
OCH
3
355
356
Помимо непосредственного введения боковой цепи (С
3
) на
«доароматической» стадии в природе возможно прямое введение
алкильных заместителей. В качестве алкилирующих в большинстве
случаев выступают метильные и изопреноидные (пренильные)
фрагменты. Например, таким способом образуется грибковый
метаболит барбанол 357 из орселлиновой кислоты 358.
Пренилированный гидрохинон 359, метаболит морской фауны,
оказывает очень сильное антимутагенное действие.
HO
OH
358
357
COOH
OH
HO
HO
OH
OH
359
360
361
OH
OH
OH
OH
HOOC
O
Более сложное строение имеют кристатовая кислоты 360,
найденная в плодовых телах гриба (Albatrellus cristatus) и урушиол 361,
сильнейшее раздражающее и аллергенное вещество, выделенное из
плюща Rhus toxicodendron.
83
6.3. Ацилбензолы
Среди ацилированных бензолов наиболее распространены
производные ацетофенона. Гидроксилированные ацетофеноны
синтезируются всеми хвойными деревьями северного полушария.
Химическое строение этих соединений можно выразить общей
формулой 363, где R
1
и R
2
могут быть Н, ОН, OCH
3
, O-β-D-Glcp
группами.
Ацилбензолы могут быть синтезированы в результате окисления
бензильной метиленовой группы алкилированных или
пренилированных фенолов. Например, ингибитор прорастания семян
эвкалипта грандинол 364 является продуктом такого окисления.
R
1
R
2
CH
3
O
R
1
=OH, R
2
=H п-гидроксиацетофенон
R
1
=O-b-D-Glcp, R
2
=H пицеин
R
1
=OH, R
2
=OCH
3
ацетованилон
363
3
6
4
OH
COH
OHHO
O
6.4. Ароматические соединения, содержащие несколько
неконденсированных бензольных колец
Усложнение строения ароматических природных соединений
может происходить в результате связывания фенильных циклов друг с
другом посредством углеродных мостиков или С-О связи простых или
сложных эфиров.
У некоторых организмов, в основном лишайников и у грибов,
могут реагировать две и более молекулы фенолокислот, образуя
сложные эфиры, называемые депсидами. Например, гигрофоровая
кислота 365 из грибов рода Hygrophorus.
Если сложноэфирная связь расположена в
пара- положении к свободной
карбоксильной группе, то такие вещества
называются пара-депсидами. В результате
реакций перегруппировки Смайлса и
миграции ацильных групп образуются
различные типы ароматических соединений
(схема 16).
O
O
OHH
3
CO
O
H
COOH
3
6
5