Флавоноїди - біологія

Флавоноїди є групою фітохімікатів, до яких належить значна частина квіткових пігментів. Вони хімічно отримані з основної структури Флавана (2-фенілхроман) і складаються з двох ароматичних кілець, з'єднаних тетрагідропірановим кільцем. У природі налічується близько 8000 сполук, різноманітність яких створюється різними ступенями окиснення в кисневмісному кільці, різними заміщеннями на ароматичних кільцях та додаванням цукрів (утворення глікозидів). Біосинтез відбувається шляхом шикімової кислоти.

колір квітки

Флавоноїди універсально присутні в рослинах, отже, і в їжі людини. Кажуть, що вони мають особливо антиоксидантними властивостями. Кілька рослин, що містять флавоноїди, використовуються в медичних цілях.

Флавоноїди були виявлені в 1930-х роках лауреатом Нобелівської премії Альбертом фон Сент-Дьорді Нагірапольтом і спочатку називались вітаміном П. "Р" у вітаміні Р означає "фактор проникності".

Деякі рослини люблять фарбовий дуб (Quercus tinctoria), стіна фарбувача (Резеда жовта) або шовковиці деревини (Maclura tinctoria) раніше використовувались для пожовтіння. Після визначення їх інгредієнтів цю групу барвників називали флавонами, за латинським словом flavus для жовтого. Коли було визнано, що багато інгредієнти структуровані однаково, багато з яких по-різному або безбарвно забарвлені, групу речовин називали флавоноїдами. [1]

Виникнення

Флавоноїди широко поширені в рослинному світі і зустрічаються в насінницьких рослинах, а також у мохах і папороті. Утворення флавоноїдів відомо лише з кількох мікроорганізмів, таких як лійка Aspergillus candidus. Тварини не можуть виробляти флавоноїди. Поява у деяких видів тварин, наприклад у крилах деяких метеликів, зумовлена ​​потраплянням рослинних флавоноїдів з їжею та їх зберіганням в організмі. [2] Згідно з іншою інформацією, флавоноїди обмежені рослинами. [1]

Структура, різноманітність та підгрупи

Основна структура флавоноїдів складається з двох ароматичних кілець, які з'єднані містком С3. Кільце А здебільшого демонструє схему заміщення флороглюцину, що вказує на його ацетогенінове походження. Кільце В і міст С3 походять із шляху шикімової кислоти, кільце В переважно гідроксилюється на 4 ', часто також на 3' або 3 'і 5'. У переважній більшості флавоноїдів (за винятком халконій) міст С3 закритий, утворюючи О-гетероциклічне кільце (кільце С). Отже, основною структурою флавоноїдів є флаван (2-фенілхроман). Кільце В рідко зміщується в положення 3 (ізофлаван, похідне із ізофлавонів) або 4 (неофлаван). [1]

Всього вже описано понад 8000 різних флавоноїдів (станом на 2006 рік). Конструкція, особливо ступінь окиснення на мості С3, служить для розподілу флавоноїдів на різні підгрупи. [1]

Флавоноїди поділяються на різні групи за ступенем окиснення мосту С3. У більшості вищих рослин є шість основних підгруп: халкони, флавони, флавоноли, флавандіоли, антоціанідини та конденсовані дубильні речовини. Полярні сяйва дуже поширені, але не всюдисущі. Ізофлавони (особливо у Fabaceae) та 3-дезоксиантоціанідини, які використовуються як попередники флобафенів, наприклад Vitis vinifera, Arachis hypogaea і Pinus sylvestris формуються. [3]

Структурна різноманітність флавоноїдів обумовлена ​​великою кількістю моделей заміщення на кільцях А і В, а також тим, що флавоноїди зазвичай не є вільними, а скоріше у вигляді глікозидів. Виявлено понад 80 різних цукрів. Для кверцетину описано 179 різних глікозидів. [4]

Приклади базової структури
Халконії Ізоліквіритигенін, ксантогумол
Флавони Лютеолін, апігенін
Флавоноли Морин, кверцетин, рутин, кемпферол, мірицетин, ізорамнетин, фісетин
Флаваноли Катехін, галокатехін, епікатехін, епігалокатехін галлат
Флаванони Гесперетин, нарінгенін, еріодиціол
Флаваноли Таксіфолін
Ізофлавони Геністеїн, Дайдзеїн, Лікорицидин
Антоціанідини (антоціани) Ціанідин, дельфінідин, мальвідин, пеларгонідин, пеонідин, петунідин
Аврон Ауреусидин

біосинтез

Початковою точкою біосинтезу флавоноїдів є ароматична амінокислота фенілаланін, яка утворюється шляхом шляху шикімової кислоти. Фенілаланін перетворюється у фенілаланін-аміачну ліазу (PAL) переклад-Перетворюється на коричну кислоту. Це, в свою чергу, гідроксилюється до р-кумарової кислоти 4-гідроксилазою коричної кислоти. Цей шлях є загальним для всіх фенілпропаноїдів. P-кумарова кислота активується до циннамоїльного коферменту А. [5]

На наступному етапі утворюється друге ароматичне кільце: фермент халконсинтаза (CHS) утворює халкон з циннамоїл-КоА та три молекули малоніл-коферменту А, які надходять із шляху синтезу жирних кислот. Халькон знаходиться в рівновазі з флаваноном завдяки дії хальконізомерази (ХІ). Це замикає третє кільце. [5]

Три ключові ферменти (PAL, CHS та CHI), а також частково ферменти подальших стадій синтезу присутні у вигляді ферментних комплексів. Комплекс, ймовірно, знаходиться на цитозольній стороні ендоплазматичної сітки. [3]

Різні шляхи ведуть від флаванону до флавонів, флавонолів, ізофлавонів та антоціанідинів. [5]

Біосинтез флавоноїдів індукується світлом; зберігання відбувається переважно у вакуолі. [6]

Більшість ферментів для біосинтезу флавоноїдів походять з трьох класів ферментів, які містяться у всіх організмах: оксоглутарат-залежні діоксигенази, НАДФН-залежні редуктази та цитохром Р450 гідроксилази. Два ключові ферменти CHS і CHI належать до різних сімейств. Вважається, що ХІ є унікальним для рослин як за послідовністю, так і за тривимірною структурою. CHS, у свою чергу, належить до надродини рослинних полікетид-синтаз. [3]

значення

Різні флавоноїди виконують безліч функцій у рослинах.

Флавоноїди утворюють найважливішу групу серед квіткових пігментів і служать для залучення запилювачів. Антоціанідини забезпечують різноманітні кольори, починаючи від оранжевого, червоного і блакитного. Всі квіти, що містять антоціанідин, також містять флавони та/або флавоноли, які служать для стабілізації антоціанідинів, але у більш високих концентраціях також змушують колір квітки переходити в синю область. Жовтий колір квітки рідше викликають флавоноїди. Флавоноли, такі як госипетин та кверцетагетин, мають жовтий колір квітки Gossypium hirsutum, Primula vulgaris і деякі композити на зразок Хризантема segetum відповідальний. Халькон та Аврон спричиняють жовтий колір квітів у деяких інших рослин айстри Кореопсис і Жоржина і в дев'яти інших сімействах рослин. Жовті флавоноїди часто зустрічаються в сімействі маргариткових разом з жовтими каротиноїдами. 95% кольору білої квітки спричиняють флавоноїди: такі флавони, як лютеолін та апігенін, та флавоноли, такі як кемпферол та кверцетин, при цьому флавоноли дещо поглинають у діапазоні довгих хвиль. [7]

Ущільнені дубильні речовини взаємодіють з глікопротеїнами в слині рослиноїдних тварин і мають в’яжучу дію. Вони знижують засвоюваність рослин і тим самим стримують багатьох потенційних травоїдних. [2]

Інші флавоноїди діють як захист від рослиноїдних (репелентів). Для спеціалізованих комах такі флавоноїди в свою чергу є стимуляторами живлення. [2] Зокрема, флавон і флавонольні глікозиди, наприклад на основі рутину, кверцитрину та ізокверцитрину, токсичні для комах, тоді як вони нетоксичні для вищих тварин. Ріст різних гусениць різко зменшується за наявності, наприклад, ізоверцитрину в раціоні, до 10% контрольних груп. Ці флавоноїди в основному містяться в трав'янистих рослинах і повинні замінити конденсовані дубильні речовини деревних рослин. [8-й]

Флавони та флавоноли, зокрема, діють як захист від ультрафіолетового випромінювання та короткохвильового світла. [2] Вони відкладаються у вільній формі рослин в екстремальних місцях, таких як посушливі або альпійські райони на поверхні листя, часто у вигляді борошноподібних покривів. Таким чином вони запобігають фотоокислювальному руйнуванню мембран і фотосинтетичних пігментів. Завдяки своїй ліпофільності вони також зменшують колонізацію поверхні листа мікроорганізмами. Флавоноїди також мають пряму противірусну, антибактеріальну та протигрибкову дію. [9]

Деякі рослинні флавоноїди відіграють роль у регуляції експресії генів у бульбочковій бактерії Ризобій. [2]

Сильно метоксильовані флавоноїди часто виявляються в ексудатах бруньок та інших ліпофільних секретах. Вони мають фунгіцидну дію, як і нобілетин Цитрусові-Прокрутіть. [2]

Флавоноїди служать структурним лейтмотивом для розвитку селективних лігандів рецепторів GABAA. [10]

Флавоноїди в їжі та ліках

їжа

Люди приймають з їжею більшу кількість флавоноїдів. Приблизно дві третини приблизно одного грама фенольних речовин, які споживає людина, є флавоноїдами. «Вважається, що завдяки їх антиоксидантному ефекту, який in vitro, напр. Т. сильніший, ніж у відомих антиоксидантів, таких як вітамін Е, мають суттєвий вплив на здоров’я людини "[1].

Епідеміологічні дослідження показали менший ризик різних захворювань із більшим споживанням флавоноїдів, включаючи смертність від серцево-судинних захворювань. Флавоноїди діють на метаболізм арахідонової кислоти і, отже, на згортання крові. Епідеміологічні дослідження не показали зв’язку з раком, за винятком раку легенів, ризик якого зменшується в основному через прийом флавоноїдів з яблук. [4]

Мутагенний або генотоксичний ефект був продемонстрований для деяких сполук під час тестів in vitro. Однак доказів токсичності у людей немає; експерименти на тваринах не показали жодної канцерогенної дії флавоноїдів. [4]

Деякі флавоноїди призводять до сильного інгібування цитохрому Р450-залежних монооксигеназ (ферменти фази I), тоді як інші призводять до активації. Також може відбуватися дозозалежна активація ферментів фази II. Все це може призвести до лікарських взаємодій, таких як грейпфрут. [4]

Медичне використання

Терапевтично використовують кілька лікарських препаратів, що містять флавоноїди, а також деякі чисті речовини. Вони використовуються як венозні засоби завдяки судинному захисному, набряковому захисному ефекту, як серцево-судинні засоби через їх позитивний інотропний, гіпотензивний ефект, як діуретики, як спазмолітики при шлунково-кишкових скаргах та як печінкові препарати. Його ефект головним чином пояснюється його антиоксидантними властивостями та пригніченням ферментів. [1]

Епідеміологічні, як і більшість досліджень in vivo, вказують на те, що флавоноїди позитивно впливають на різні серцево-судинні захворювання. Традиційно ці ефекти пояснюються лише їх антиоксидантною активністю. Однак, крім прямого зв’язування активних форм кисню (АФК), існує ряд інших ефектів, які у фармакологічно досяжних концентраціях також можуть бути відповідальними за позитивний серцево-судинний вплив флавоноїдів, таких як таксіфолін. До них належать, зокрема, інгібування АФК-утворюючих ферментів, інгібування функції тромбоцитів, інгібування активації лейкоцитів та судинорозширювальних властивостей. [11]

Серед численних ефектів флавоноїдів, які були продемонстровані в тестах in vitro та in vivo, найбільш важливими є: [1]

  • протиалергічний та протизапальний ефект
  • противірусні та протимікробні ефекти
  • антиоксидантний ефект
  • антипроліферативні та антиканцерогенні ефекти

Флавоноїди діють за допомогою декількох механізмів дії. Основна увага приділяється взаємодії з ДНК та ферментами, активації клітин, їх властивості як поглиначів вільних радикалів, а також впливу на різні шляхи передачі сигналу в клітинах (NF-κB, MAPK). Флавоноїди інгібують понад тридцять ферментів в організмі людини. Вони активують різні типи клітин в імунній системі. Останні дві властивості відповідають за протизапальну дію флавоноїдів. [1]

Наступні флавоноїди використовуються як чисті речовини як венозні агенти: [1]

  • Цитрусові біофлавоноїди, гесперидин
  • Діосмін
  • Рутин та гідроксиметилрутинозид

Серед лікарських препаратів переважають ті, що містять флавонольні глікозиди та глікозилові флавони. Важливими лікарськими препаратами, що містять велику кількість флавоноїдів, є: [1]

  • Квіти арніки (арніка)
  • Листя берези (береза ​​срібляста, береза ​​болотна)
  • Трава гречки (Fagopyrum esculentum)
  • Листя гінкго (гінкго)
  • Трава золототисячника (від Solidago virgaurea, Солідаго гігантський і Солідаго канадський)
  • Бузина (чорна бузина)
  • Шишки хмелю (справжній хміль)
  • Квіти ромашки (ромашки)
  • Квіти котячої лапи (звичайна котяча лапа)
  • Екстракт модрини (таксіфолін)
  • Трава і квіти лугового солодкого (луговий)
  • Плоди розторопші (розторопші)
  • Пасифлора (від Passiflora incarnata)
  • Гірка апельсинова кірка (гіркий апельсин)
  • Квіти календули (чорнобривці)
  • Римська ромашка
  • Листя червоної лози (Vitis vinifera)
  • Квіти сафлору (сафлор)
  • Трава братки (Viola arvensis і Віола триколірна)
  • Корінь солодки (солодки)
  • Листя глоду з квітами (кілька видів глоду)