Chemie a biochemie přírodních látek. Cyklus Organická chemie, svazek 27. ÚOCHB-AVČR, Praha, 2002; kap. 4, str. 117-142.
4. FENYLPROPANOIDY, LIGNANY A JEJICH BIOLOGICKÉ ÚČINKY Juraj Harmatha Ústav organické chemie a biochemie AVČR, 166 10 - Praha, oddělení přírodních látek e-mail:
[email protected] Obsah:
4.4. 4.4.1. 4.4.2. 4.4.3. 4.4.4. 4.4.5. 4.4.6. 4.4.7. 4.5.
Úvod Fenylpropanoidy Lignany Stereostruktura lignanů Neolignany Lignin Známé biologicky aktivní a klinicky vyuţívané lignany Norlignany / conioidy Fytoestrogeny lignanového typu a enterolignany rostlinného původu Flavonoidy a stilbeny Flavonoidy Typy flavonoidů a jejich biogeneze Degradace flavonoidů Funkce a biologické účinky flavonoidů a příbuzných fenolů Známé bio-aktivní flavonoidy a stilbenoidy vyuţívané ve farmacii a výţivě Flavonoidy v čaji Flavonoidy a stilbenoidy ve víně Literatura
4.1.
Úvod
4.1. 4.2. 4.3. 4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.4.
4.3.5. 4.3.6.
Fenylpropanoidy tvoří velkou skupinu rostlinných sekundárních metabolitů, pozoruhodných svojí bohatou strukturní variabilitou a velmi širokým rozsahem biologických funkcí a účinků, a to jak v rostlině samotné, tak i v působení na organismy jiných druhů. Chemická rozmanitost fenylpropanoidů, jakoţ ostatně rozmanitost všech sekundárních metabolitů rostlin, není náhodná. Je výsledkem specificky vyvinutých a řízených biogenetických drah, které se jednoznačně promítají do příslušných rostlinných metabolismů. Převáţná většina sekundárních metabolitů je produkována jen poměrně nepočetnými metabolickými drahami, vedoucími k jednomu nebo k značně omezenému počtu klíčových metabolitů. Z nich pak vzniká velký počet derivátů a konjugátů převáţně jednoduchými, ovšem také často specifickými, enzymovými transformacemi. V této kapitole je schematicky znázorněno několik typických drah, týkajících se biogeneze fenolických látek. Pozornost se soustředila na běţné a také
117
na některé zvláštní fenylpropanoidy a jejich nejpočetnější a zároveň i nejvýznamnější zástupce, lignany, flavonoidy, kumariny, rotenoidy a stilbeny. Pro tuto kapitolu byly vybrány právě lignany, flavonoidy a stilbenoidy, které nejlépe ilustrují celou velkou rodinu sekundárních metabolitů fenolického typu. Pro lepší pochopení funkce a významu fenylpropanoidů v rostlinách je vhodné se ještě zmínit i o jejich postavení v opravdu široké škále a struktuře sekundárních metabolitů a to jak z hlediska jejich chemických vlastností, tak z hlediska jejich biologických funkcí. Rozvoj analytických, izolačních, identifikačních a strukturně-analytických metod v uplynulých dvou desetiletích způsobil nebývalý vzrůst počtu nově identifikovaných chemických individuí, izolovaných z přírodních materiálů s fascinující, někdy celkem neočekávanou variabilitou a povahou chemických struktur. Je to tak u všech typů sekundárních metabolitů, fenylpropanoidy nevyjímaje. Tyto nové poznatky pak vedly k velkému úsilí o pochopení jejich funkce a významu a to jak pro samotný organismus, tak i pro existenci, vývoj a přeţití organismů, vzájemně se ovlivňujících právě prostřednictvím těchto látek. Konečně pak také k jejich vyuţití v zemědělské, farmaceutické, kosmetické a jinak související praxi. V minulosti se věnovalo sekundárním metabolitům méně pozornosti neţ metabolitům primárním nebo dalším ekonomicky, farmakologicky a jinak zajímavým přírodním látkám. V poslední době se ovšem zájem zvýšil i o sekundární metabolity, i kdyţ nemají primární význam pro přeţití samotného organismu. Mají ovšem zásadní význam pro přeţití biologického druhu a tím i pro ekologické vztahy a fylogenetický vývoj v přírodě. Význam sekundárních metabolitů rostlin je komplexní a zkoumá se z různých hledisek. Jedním z hledisek, které je preferováno v tomto kurzu, je chemická ekologie. Z tohoto hlediska jde hlavně o chemické interakce mezi rostlinou a organismem, který je na ní závislý. Je to vztah hosta a hostitele. Hostem můţe být parazit nebo partner v symbióze. Někdy jde jenom o vztah konkurenta v ţivotním prostředí. Existuje mnoho typů, a tím i mnoho modelů, takových interakcí. Nejznámějšími jsou interakce: rostlina – mikroorganismus (sem patří například výzkum fytoalexinů) nebo rostlina – rostlina (například výzkum allelopatické účinnosti plevelů na uţitkové rostliny), anebo rostlina – býloţravec (nejobvykleji herbivorní hmyz). Vztah rostlina – hmyz je modelem, kde se dá funkce sekundárních metabolitů velmi dobře a bezprostředně studovat. Koevoluce rostlin a hmyzu vytvořila totiţ velmi rozsáhlou a sloţitou škálu specifických chemických interakcí. V základních rysech jsou tyto interakce popsány v jedné z kapitol předchozího kurzu o Chemii přírodních látek (Harmatha, Ţďárek, 1982). V tomto kurzu jsou aktualizovány hlavně z hlediska biologického (kapitola 2). Je zřejmé, ţe herbivorní hmyz reaguje na velký počet chemických sloţek rostlin, které pak 118
mohou indukovat různé změny v chování, jiné zase v růstu, vývoji a rozmnoţování. Je to velká rozmanitost biologických účinků, ale ještě větší je rozmanitost chemických struktur, které tyto účinky způsobují. Z hlediska účinků je lze dělit do několika skupin (Tab.1). Tabulka 1: Bioaktivní rostlinné látky působící na vztahy mezi rostlinami a hmyzem A. Regulátory chování - semiochemikalie (s účinkem informačním) 1. Kairomony - atraktanty, arestanty, stimulanty 2. Alomony - repelenty, deterenty, antifeedanty 3. Rostlinné sloţky a prekurzory feromonů B. Regulátory růstu a vývoje (s účinkem fyziologickým / farmakologickým) 1. Juvenoidy - rostlinné analogy juvenilního hormonu 2. Fytoekdysteroidy - rostl. analogy metamorfozního hormonu 3. Chemosterilanty a antihormonální látky 4. Přírodní insekticidy a rostlinné toxiny Biologické hledisko, jehoţ příkladem je Tab. 1, lze výhodně vyuţít pro formulování projektu a pro správně cílený postup ve výzkumu a vyuţití sekundárních metabolitů, ovšem pro správnou volbu metod, jakoţ i pro výběr látek pro konečné vyuţití, je více důleţité chemické hledisko. Aţ po zvládnutí chemické části problému, jakou je izolace, identifikace, strukturní analýza, chemická nebo biochemická transformace, syntéza a ověření fyzikálněchemických vlastností, strukturně-aktivitních vztahů, mechanismů účinku, toxicity, stability v ţivotním prostředí, analýzy degradačních produktů a reziduí, je pak moţno znova přistoupit k biologické části a vypracovat konečnou formulaci účinné látky, t. j. dát jí konečnou aplikační formu, a stanovit podmínky a způsob pouţití. Pro názornost je uvedeno několik charakteristických příkladů a typů látek ilustrujících některé fáze těchto hledisek. Některé příklady reprezentují přínos našeho pracoviště k poznání chemické ekologie rostlin a hmyzu. Z hlediska chemické struktury se v interakci mezi rostlinami a hmyzem uplatňují téměř všechny typy nízkomolekulárních přírodních látek: alifatické látky, terpenoidy, steroidy, alkaloidy, fenolické látky, peptidy a také mnohé deriváty těchto látek, nejčastěji estery, jednoduché glykosidy nebo saponiny. Tyto deriváty nebo jiné konjugáty se stávají aktivními často aţ po uvolnění aktivní sloţky. Tak velká komplexnost struktur a vztahů umoţňuje chemikovi uplatnění celé šíře analytických postupů, izolačních technik, strukturně analytických metod, chemických transformací a syntézy analogů pro odhalení strukturně-aktivitních vztahů, objasnění problémů synergismu a pro odlišení vlastních nativních aktivních látek od artefaktů.
119
4.2.
Fenylpropanoidy Fenylpropanoidy velmi názorně reprezentují šíři a bohatost struktur v rámci jediného
strukturního typu sekundárních metabolitů. Z hlediska účinků, jak je členěn v Tab. 1, jsou fenylpropanoidy, na rozdíl od většiny jiných, často úzce a specificky se řadících typů, široce zastoupené téměř ve všech kategoriích, od těkavých a nízkomolekulárních atraktantů a repelentů, přes větší a polárnější deterenty a antifeedanty, specifické juvenoidy a receptorové agonisty ekdysteroidů, antihormonální látky, chemosterilanty a toxiny, aţ po komplexní látky interferující s tvorbou a svlékáním kutikuly, ostatně tvořené také z části oligomérními fenoly. Rostlinné fenolické látky, jakoţ i jiné typy sekundárních metabolitů, vznikají jen malým počtem několika základních biogenetických drah, vedoucích k omezenému počtu dvou tří klíčových meziproduktů. Z těch pak dále vzniká velký počet stovek aţ tisíců takzvaných periferních derivátů, obvykle velmi jednoduchými enzymatickými transformacemi. Z hlediska biogeneze je vznik fenylpropanoidů odvozen od kyseliny šikimové (Obr. 1). Základním klíčovým meziproduktem biosyntézy je kyselina skořicová nebo její biogenetické ekvivalenty, t.j. hydroxy (i methoxy) deriváty: k. kumarová, kávová, ferulová a sinapová). COOH
HO
OH OH
COOH
P-O-(C=CH2)-COOH COOH
O
O HO
fenylpyruvát
p-OH-fenylpyruvát
COOH
COOH
NH2 fenylalanin
HO
fen. amino lyasa
tyr. amino lyasa
COOH
NH2 tyrosin COOH
HO k. skořicová
k. kumarová
Fenylpropanoidy
(C6 - C3)n
Obrázek 1. Biosyntéza fenylpropanoidů (šikimátová dráha)
120
Z těchto klíčových látek pak dále vznikají další klíčové meziprodukty druhého stupně čtyřmi mechanismy: prodlouţením propanového řetězce substitucí, prodlouţením a cyklizací, zkrácením řetězce a redukcí dvojné vazby řetězce. Tyto druhoplánové metabolity se pak dále diverzifikují specifickými hydroxylacemi, metoxylacemi, dehydrogenacemi, fenoloxidacemi, esterifikacemi, glykosylacemi, radikálovými oligomeracemi apod. V případě jen jediné skupiny fenylpropanových derivátů tak narůstá jejich počet i do stovek (např. u lignanů) nebo i do tisíců (např. u flavonoidů). Nejběţnější typy rostlinných fenolických látek lze přehledně klasifikovat například podle počtu uhlíků a jejich vzájemných vazeb (Tab. 2).
Tabulka 2 Nejběţnější typy fenolických látek v rostlinách [seřazeny dle počtu uhlíků] C6 C6-C1 C6-C2 C6-C3 C6-C4 C6-C5 (C6)2 C6-C1 -C6 C6-C2 -C6 C6-C3 -C6 C6-C4 -C6 C6-C5 -C6 (C6-C3 )2 (C6-C3 -C6)2 (C6-C3 -C6)n (C6-C3 )n (C6 )n
jednoduché fenoly (1) fenolické kyseliny (2) / aldehydy (3) acetofenony (4), benzofurany (5), isobenzofurany fenylpropanoidy, benzopyranoidy (kumariny (6), chromeny) naftochinony (7) ageratochromeny (prekoceny (8)) dibenzofurany (9) benzofenony (10), dibenzopyrany (11) antrachinony (12), stilbeny (13) flavonoidy (14), chalkony (15) norlignany (difenylbutadieny (16)) norlignany (conioidy (17)) lignany, neolignany biflavonoidy kondenzované taniny lignin katecholmelaniny
[6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [30] [n] [n] [n]
O COOH
OH
CHO
O
HO
CH3O 1
2
O
CH3O
3
O
5
4
O
O 7
6 O
O
O 9
8 O
O
O 10
11
12
13
O
O
14
15
O
16
121
17
V tabulce jsou zvýrazněným písmem vyznačeny fenylpropanoidy, které mají důleţitou roli jak z hlediska chemoekologického, tak i farmakologického, a na které se uţ odedávna, a to aţ dodnes, poutá nemalá pozornost badatelů. Proto byly vybrány i pro tuto kapitolu jako nejzajímavější reprezentanti svého druhu.
4.3.
Lignany Lignany tvoří jednu z bohatě zastoupených, biogeneticky příbuzných a tudíţ struktur-
ně vymezených a charakteristických skupin fenylpropanoidů. Struktura lignanů je podmíněna jejich vznikem z redukované formy základních, biogeneticky klíčových meziproduktů, t.j. z alkoholů pocházejících z kyseliny skořicové nebo z jejích dalších čtyř biogenetických ekvivalentů (viz popis k biogenezi na Obr. 1). Lignany tedy vznikají oxidativní dimerizací dvou fenylpropanových jednotek spojených centrálními uhlíky jejich propanových bočních řetězců (v polohách C-8 a C-8´ na Obr. 2).
Typy (A - C) odvozené od způsobu spojení fenylpropanových jednotek: dibenzylbutanový typ (A) aryltetralinový typ (B) dibenzocyklooktanový typ (C)
6
7
9
8
8 5
1 8
2
4
7'
3
2
8'
9'
7'
2'
1'
8'
7
8
Další moţná strukturní variabilita odvozená od počtu a polohy dvojných vazeb + substituentů (-OH, -OCH3, -OCH2O-, -OGlc)
C
B
8
7
8
7
7
8
OH 7,
7,
8,
OH
8,
O 7,
7,
8,
7
8
7,
8,
O 8,
O
OH
I
II
9
Formy VI-VIII tvoří samostatné typy (D - F)
2
2'
A
Formy (I-VIII) odvozené od stupně oxidace (I-V) a od struktury epoxidu (VI-VIII) butanová forma (I) butandiolová forma (II) 9,9´-epoxy forma (III) hemiacetalová forma (IV) butanolidová forma (V) bis-epoxy forma (VI) 7,9´ / 7´,9-epoxy forma (VII) 7,7´-epoxy forma (VIII)
8'
O 7,
O 9,
IV
III
9
7
O
V
7
O 7,
7
9,
O 7,
VI
VII
VIII
(D)
(E)
(F)
Obrázek 2. Typy a formy lignanů
122
9 9,
Další strukturní variabilita vzniká pak ještě zavedením dvojných vazeb do butanové části molekuly a také přítomností různého druhu a počtu substituentů (nejčastěji hydroxyl, methoxyl, methylendioxyl a glykosyl) na aromatické či alifatické části molekuly. Všechna jiná spojení pak tvoří příbuzné struktury nazývané neolignany (kap. 4.3.2, obr. 6). Následnými transformacemi lignanů se pak rozšiřuje jejich strukturní variabilita o další příbuzné struktury, jakými jsou norlignany nebo conioidy (kap. 4.3.5, obr. 9). Biosyntéza, která kombinuje spolu s fenylpropanoidy i další látky jiného biogenetického původu (např. terpenoidy), poskytuje takzvané hybridní lignany (nebo lignoidy). O těch uţ zde ovšem nebudou uváděny podrobnější informace. Celá lignanová rodina látek přesahuje uţ tisícovku jedinců a neustále jsou publikovány další nové látky tohoto typu. Jak je vidět z Obr. 2, tak dvě fenylpropanové jednotky spojené bočními řetězci v polohách C-8 a C-8´ mohou tvořit jen omezený počet strukturních typů (A – C), tj. jeden lineární typ A (dibenzylbutanový) a dva cyklické typy, jmenovitě typ B (aryltetralinový, syn. 2,7´-cyklolignanový) a typ C (dibenzocyklooktanový, syn. 2,2´-cyklolignanový). Další oxidace propanových jednotek a následná cyklizace můţe vést ke vzniku hydroxy- oxy- nebo oxo- forem u kaţdého z typů A-C. Jsou to formy: I (butanová, tj. neoxidovaná), II (butandiolová, tj. hydroxylová), III (oxy-butanová, syn. 9,9´-epoxy forma nebo také cyklo-eterová), IV (hemiacetalová, syn. „laktolová“), V (butyrolaktonová, syn. butanolidová), VI (bis-epoxy forma, syn. bis-perhydrofuranová, či furofuranová), VII (7,9´ nebo 7´,9-epoxy forma) a VIII (7,7´-epoxy forma). Je zřejmé, ţe formy VI-VIII mohou vznikat jenom z typu A příslušnými mono nebo bis epoxidacemi. Tyto, vlastně strukturně specifické, formy (VI-VII) lze povaţovat za samostatné strukturní typy (D - F). 4.3.1. Stereostruktura lignanů Spojení dvou fenylpropanových jednotek u lignanů typů A - C (viz obr. 2) můţe poskytnout čtyři stereochemické varianty (obr. 3). H
H
Ar
H
Ar
Ar
O Ar O
cis: H, H (+) cis: H, H (?)
O Ar
H
CH2OH
H
CH2OH
Ar H
trans: H, H (+) trans: H, H (-)
Obrázek 3. Sterické uspořádání lignanů typu A – C
123
Ve skutečnosti se přírodní lignany vyskytují jenom ve dvou variantách: v méně početné variantě cis (H, H) a v nejpočetnější variantě trans (H, H, v pořadí lokalizací C-8 a C-8´). Druhé dvě varianty byly nalezeny jenom u tak malého počtu látek, ţe je lze povaţovat za artefakty vzniklé při nešetrné izolaci nebo jiné manipulaci. U dibenzocyklooktanového typu C (obr. 2) přibývají ještě další dvě varianty stereostruktury znázorněné na obr. 4. OCH3
OCH3
CH3O
CH3O H
H
CH3O
O
CH3O
O CH3O
H CH3O
H
O
O
CH3O OCH3
OCH3
(-)-steganolide C
(+)-steganolide A
Obrázek 4. Sterické uspořádání steganolidů (lignanů typu C) Jejich existence a stabilita není vyvolána jenom přítomností velkých substituentů ve vzájemně blízkých polohách (viz steganolide A), ale je vynucená poměrně rigidní konformací připojeného osmičlenného kruhu, na kterém je vázán pětičlenný lakton (v pevné obálkové konformaci). Laktonem vynucená konformace se projevuje také dokonce aţ u desetičlenných kruhů seskviterpenických laktonů. Stereochemie lignanů je velmi dobře probádaná i experimentálně na většině moţných stereoizomerech získaných chemickou transformací nebo totální syntézou. Sterické uspořádání u typů D-F je formálně jiné, ale principiálně podobné. Je zřejmě řízené stejnými mechanismy. Rozhodujícím prvkem, který ovlivňuje vznik jen určitých stereospecifických forem, je usměrnění biosyntézy řídícím proteinem (obr. 5). Tento názor vznikl právě proto, aby bylo moţné vysvětlit situaci, ţe oxidačně vzniklé radikály produkují jen omezené stereoformy a nikoliv všechny moţné formy. Spoluúčast doplňkového řídícího proteinu umoţnila nejen vysvětlit jev, ale v případě jeho důkazu tento jev i experimentálně potvrdit. Důkaz byl proveden tím, ţe za účasti takového proteinu vznikl oxidativně vyvolanou radikálovou dimerizací jenom (+)-pinoresinol (jeden z enantiomerů lignanu typu D), kdeţto bez účasti proteinu vznikl racemický pinoresinol (obr. 5), a navíc, vedle něj i racemický dehydrodikoniferylalkohol a další neolignany. Řídící protein je tedy odpovědný nejenom za 124
stereostrukturu, ale i za samotný vznik lignanů. Jiné neţ lignanové spojení můţe být totiţ důsledkem neřízených vazeb (viz dále neolignany, kap. 4.3.2 a lignin, kap. 4.3.3). Zatím není známo, jak protein váţe a orientuje substrát, ale vysvětluje, proč vzniká jen omezené mnoţství typů a stereospecifických forem lignanů.
.
O CH3O
H
CH3O O
H
OCH3
H
OH
OH O
.
OH
H
H OH
H O
HO
(+)-pinoresinol OCH3
OCH3
OCH3
OH
OH OH
O
HO
H
+ O
H O
OCH3
OH OCH3
HO OCH3
(±)-pinoresinol
(±)-dehydrodikoniferyl alkohol + další neolignany
Obrázek 5. Řídícím proteinem usměrněná biosyntéza lignanů
4.3.2. Neolignany Všechny jiné neţ z definice lignanů vyplývající spojení fenylpropanových jednotek dávají moţnost vzniku dimerů nejrozličnějšího typu. Je to například přímé spojení fenylů nebo jejich spojení skrz jednu nebo dvě etherové vazby nebo kombinace přímé a etherové vazby nebo vazba fenylu z jedné a bočního řetězce z druhé jednotky (a to ve všech moţných polohových kombinacích) nebo spojení bočních řetězců v polohách jiných neţ lignanově definovaných C-8, C-8´. V kombinaci s redukcí vazeb a cyklizací mohou vzniknout ještě varianty, jejichţ původní fenylpropanové jednotky lze odhalit jen pozorným rozborem struktury (viz poslední dva příklady na obr. 6). Z toho vyplývá, ţe neolignanů bude v přírodním materiálu mnohem víc neţ lignanů. Zatím to tak není. Můţe to být tím, ţe neregulovaných biosyntetických drah je méně, nebo jen zpoţděním ve výzkumu neolignanů, jejichţ rutinní strukturní
125
analýzu umoţnily aţ metody posledních dvou dekád. Jejich biologické účinky oproti účinkům lignanů jsou zatím také méně probádané.
O
Ar
O
O
Ar Ar
Ar O
O
Ar
Ar
Ar
Ar
Ar
O
Obrázek 6. Výběr některých charakteristických typů neolignanů
4.3.3. Lignin Mimo dimerizace fenylpropanových jednotek mohou ovšem probíhat i oligomerace aţ polymerace. U těchto spojení se uplatňují jak vazby lignanového, tak i neolignanového typu. Tři nejběţnější fenylpropanové jednotky jsou uvedeny na obr. 7. Kaţdá z připojených jednotek poskytuje pak další funkční místa pro další moţná spojení nebo derivatizaci. Tak vzniká různě velké zesíťování, jak co do počtu vázaných jednotek, tak i co do počtu (hustoty vazeb). Některé volné funkční skupiny těchto sítí (viz obr. 7) mohou být glykosylovány nebo vázány na celulózu za vzniku lignocelulosového komplexu. Ten je pak základním stavebním prvkem dřevitých rostlin a umoţňuje stromům jejich mohutný vzrůst, pevnost, tvar a jiné charakteristické vlastnosti. Tento komplex je základní surovinou pro celulózo-papírenský průmysl, který byl dlouhodobě výzkumnou základnou a hnací silou při studiu nejenom technologického, ale i chemického, biochemického a biologického výzkumu fenylpropanoidů všeho druhu. Skandinávské země a Kanada dodnes významně přispívají k poznatkům v této oblasti výzkumu.
126
p-kumaroylalkohol ( I ) konyferylalkohol ( II ) sinapylalkohol ( III )
OH
OH
Základní fenylpropanové jednotky ligninu:
OH
OCH3 OH
OH
I.
II.
CH3O
OCH3 OH III.
O
Charakter vazeb fenylpropanových jednotek tvořících základní skelet ligninu:
O Glc HO
OCH3
O
3
CH3O O
1. propan - propan (lignanový typ) 2. fenyl - fenyl (neolignanový typ) 3. propan - fenyl (neolignanový typ)
O
1
O
OCH3
3 O 2
CH3O
O
O
Obrázek 7. Sloţky a vazby ligninu
4.3.4. Známé biologicky aktivní a klinicky využívané lignany Lignany přitahovaly pozornost badatelů jiţ odedávna, jednak proto, ţe jsou hodně rozšířené v rostlinné říši, a také proto, ţe se vyznačují širokou škálou biologických účinků. V této kapitole nelze celou tu šíři zachytit, pouze ilustrovat určitým výběrem. Obecně, biologická funkce lignanů zatím ještě nebyla plně identifikována. Existují ovšem důkazy, ţe lignany hrají nezanedbatelnou roli v chemických interakcích mezi rostlinami a houbami, rostlinami navzájem a rostlinami a hmyzem, a to buď přímo nebo zprostředkovaně, formou synergismu s jinými účinnými rostlinnými látkami. To znamená, ţe mají svůj význam v obranném systému hostitelských rostlin a ovlivňují tak symbiózu organismů na ekologické úrovni. Prekursory lignanů jsou také meziprodukty nebo komponenty tvorby ligninu, tudíţ mohou hrát určitou roli i v regulaci růstu rostlin. Lignany ovšem vykazují velmi rozmanité spektrum účinků i na vyšší organismy, včetně člověka. Šíře jejich biologických vlastností předpokládá také šíři mechanismů účinků. Tato šíře podněcovala jiţ odedávna jejich výzkum, v současnosti se soustřeďuje především k zájmu o prozkoumání strukturně aktivitních vztahů, o zmapování místa jejich působení, a v konečném důsledku, i o vývoj nových farmakologických preparátů.
127
Příkladem mohou být lignany yatein a podophyllotoxin (viz obr. 8) a jejich cíleně modifikované deriváty etoposid a teniposid (obr. 8), které dospěly aţ k aplikaci v klinické medicíně, působící v širokém spektru chemoterapie rakoviny (plic, varlat, lymfatických ţláz) a také v léčbě akutní lymfocytické leukemie. Podophyllotoxin byl identifikován jako účinná látka dávno známé léčivé rostliny Podophyllum peltatum (takzvané americké mandragory), kterou vyuţívali uţ kolonisté amerického západu proti horečkám a různým parazitárním infekcím. Dobrá pověst této rostliny přetrvala aţ do současné doby. Její hlavní účinné sloţky (lignany) byly spolu s dalšími strukturními analogy z jiných rostlinných zdrojů (např. yatein z tropické dřeviny Libocedrus yateensis nebo z rostlin rodu Piper) testovány v různých modelech základních skríningových testů v buněčných kulturách. Mnohé pak postoupily i do vyšších specializovaných předklinických a klinických testů. Některé byly po vhodně volených chemických modifikacích (viz například etoposid na obr. 8), s vyšší účinností, niţší toxicitou a hlavně patentovatelnou přípravou, registrovány firmou Sandoz jako léčiva.
CH3
OH
H
O
O
O H
O H
O
OCH3
CH3O
OCH3
yatein
OCH3
CH3O
OCH3
podophyllotoxin
etoposid (Sandoz)
R
OH CH3O
O
OH
O HO
HO R´
O
OCH3
O
OH
CH3O
trachelosid
H
O
OCH3
H CH3O
OH
H
O
O O
O-Glu
O OH
O
CH3O
O
HO
H
O
CH3O
O O
CH3O
COOH OH
O
OCH3
CH3O
OH
thujaplikatiny ( R, R´ = H / OH )
kyselina plikatinová
Obrázek 8. Známé biologicky aktivní lignany
128
OCH3 OH
Dalším příkladem biologické účinnosti lignanů je jejich antivirová aktivita. Například lignanový glukosid trachelosid (obr. 8), původně izolovaný z rostlin rodu Trachelospermum, byl testován a prokázán účinným proti HIV-1 viru. Trachelosid a jeho strukturní analogy byly získány také ze známé léčivé rostliny sibiřského původu, pěstované a analyzované i u nás, z parchy saflorové, Leuzea carthamoides. Tato rostlina je zdrojem i dalších cenných a účinných látek steroidního (ekdysteroidy), terpenického, flavonoidního a serotonin-fenylpropanoidního charakteru, poskytujících regenerační, tonizující a anabolické účinky. Zajímavým příkladem biologické účinnosti lignanů jsou thujaplikatiny a kyselina plikatinová (obr. 8) z dekorativní a stavbařsky významné dřeviny Thuja plicata (western red cedar). Stavby z trámů této dřeviny byly odolné vůči hmyzu a třísky se ve venkovských a hospodářských staveních pouţívaly v minulosti jako přírodní insekticidy. Bohuţel, vedlejším účinkem byly astmatické alergie. Podobné látky byly identifikovány i v příbuzné dřevině východního původu Cryptomeria japonica (Japanese red cedar - Sugi) a Chamaecyparis obtusa (Japannese cypress – Hinoki). Tisíc let staré chrámy postavené z těchto dřevin odolávají houbám i termitům. Extrakty z hinoki slouţí jako surovina pro mnohé Japonské medicinální, kosmetické a voňavkářské preparáty.
4.3.5. Norlignany / conioidy Mimo thujaplikatiny a další jim příbuzné lignany byly ve výše jmenovaných dřevinách identifikovány i lignanové deriváty s niţším počtem uhlíků (norlignany), často obsahující i dodatečné konjugované dvojné vazby (např. látky 2, 4, 5). Mnohé z nich se vyznačují nestálostí (tvorba chinonů, chinonmethidů, radikálů a následných produktů) a téţ barevností (od ţluté přes oranţovou aţ k červené). Tyto látky dávají svým dřevinám, patřícím do řádu Coniferopsida (odsud byl odvozen jejich původní, chemotaxonomicky související název conioidy), jejich neobvyklou barvu a přispívají k jejich výjimečné odolnosti. Biogenetickou souvislost norlignanů (obr. 9) s thujaplikatiny (obr. 8) lze snadno odvodit pouhou kombinací dekarboxylace a přesmyků (obr. 9). HO
HO
OH
HO
OH
O OH
2. 1,4-p-difenylbutadien
OH
4. hinokiresinol
129
5. sugiresinol
HO
OH
COOH OH
R = CH2OH
Ar
Ar
Ar
Ar
OH R
HO
OH
4
1
R = COOH
Ar
R = CH2OH
Ar
Ar
Ar HO
2
OH
3 HO
O OH
Ar OH HO
Ar
OH OH
HO
OH
O OH
5
yateresinol (1), 1,4-p-difenylbutadien (2), agatharesinol (3), hinokiresinol (4), sugiresinol (5)
Obrázek 9. Předpokládaná biogeneze norlignanů / conioidů z hypotetického prekursoru odvozeného od kyseliny plikatinové (viz obr 8)
4.3.6. Fytoestrogeny lignanového typu a enterolignany rostlinného původu V kapitole 3, pojednávající o steroidech, jsou podrobněji popisovány estrogeny a to jak z hlediska struktury, tak i funkce. Je tam zmínka i o fytoestrogenech, t.j. xenoestrogenech rostlinného původu s jinou neţ steroidní strukturou, především těch nejznámějších, odvozených od isoflavonoidů. Látek s účinky agonistů nebo antagonistů estrogenu na estrogenním receptoru je ovšem mnohem víc. Patří mezi ně například i několik lignanů dibenzylbutyrolaktonového typu. V odborné i populárně naučné literatuře je velmi často zmiňován matairesinol, sekoisolariciresinol a jeho diglukosid (viz obr. 10). Jsou to lignany bohatě zastoupené v běţné rostlinné potravě: sóji, rýţi, obilninách, vlákninách, oříškách, ovoci a ve lněných semínkách. Lidstvo vyuţívá tyto zdroje v celé své historii, ovšem s různou intenzitou. Některé zdroje jsou nepostradatelné a tudíţ trvalé, některé se ve vlnách vytrácejí a vracejí, ovlivňované buď ekonomickou nutností nebo mediální/reklamní popularizací. Příkladem můţe být sekoisolariciresinol diglukosid ze lněných semen (s obsahem 0,9 – 3 %, podle kultivaru). Tato semena, jako vedlejší produkt lnu, byla v minulosti běţnou potravou a krmivem, stejně jako lněný olej, který byl ovšem průmyslovou revolucí degradován jen na
130
výrobu fermeţí, linolea a margarinů. Přestoţe světová produkce lněných semen je stále asi 2,5 milionů tun ročně (čtvrtina z toho v Kanadě), nutriční vyuţití lněných produktů vázlo. Aţ nyní se tyto produkty vracejí do povědomí lidí, hodně popularizované jako téměř vše léčící nutraceutika, aniţ by byly jejich deklarované farmakologické a medicinální účinky uspokojivě objasněny. Známé je jen to, ţe matairesinol a sekoisolariciresinol (a asi i některé jiné lignany stejného strukturního typu) jsou prekursory dvou prokázaných xenoestrogenů: enterodiolu a enterolaktonu (obr. 10). Tyto dvě látky byly původně objeveny v moči, mléku, krevním séru a jiných tělních tekutinách ţen (i samic jiných primátů) v období těhotenství, laktace nebo jiných hormonálních změn či poruch . Jelikoţ lignany s hydroxyly výlučně jen v meta poloze nebyly z jiných zdrojů známy, dlouho se předpokládalo, ţe jde o látky endogenní. Aţ později bylo prokázáno, ţe tyto látky vznikají z exogenních zdrojů, ze strukturně vhodných lignanů, a to v zaţívacím traktu působením střevních bakterií. Bylo zjištěno, ţe procházejí stejně jako steroidní ţlučové kyseliny nebo steroidní hormony enterohepatálním oběhem, coţ je resorpce látek do portálního krevního oběhu zachycena játry a opět vyloučena na příslušných místech svého působení). Odtud je odvozen i jejich název. Jejich účinky jsou hlavně estrogenní a kancerostatické (např. u karcinomu prsu a střev). Vliv jejich nadměrného dávkování ovšem nebyl ještě uspokojivě prozkoumán a objasněn.
H
H
HO
CH3O
O-Glu
OH
O-Glu
OH
HO
H
H
OH
OCH3 OH
enterodiol diglukosid sekoisolariciresinolu
H
H
HO
CH3O
O
O HO H
H
O
O
OH
OCH3 OH
enterolakton
matairesinol
Obrázek 10. Fytoestrogeny lignanového typu a odvozené enterolignany
131
4.4.
Flavonoidy a stilbeny Flavonoidy a stilbeny jsou vzájemně biogeneticky příbuzné sekundární metabolity
rostlin, patřící do zvláštní skupiny polyketidů, vzniklých biosyntézou tří molekul malonylCoA vázaných na startér, kterým je CoA-ester fenylpropanové kyseliny. Jsou tudíţ i zvláštní skupinou fenylpropanoidů s polyketidickou součástí molekuly. S fenylpropanoidy je logicky pojí i mnoho podobných chemických, fyzikálních a biologických vlastností, rozsah strukturní různorodosti, společný výskyt a často i biologický význam pro organismus, který je jejich zdrojem.
4.4.1. Flavonoidy Flavonoidy tvoří jednu z nejpočetnějších skupin rostlinných patnáctiuhlíkatých fenolických látek s formálním sloţením C6-C3-C6 (Tab. 2). Současný odhad počtu izolovaných a strukturně identifikovaných flavonoidů jiţ přesahuje počet 4000 a spolu s oligomery a kondenzovanými taniny počet 8000. Jsou přítomny téměř ve všech rostlinách, převáţně v listech, květech, slupkách plodů, v semenech, kůře a také v různých přírodních produktech rostlinného původu, např. v medu, propolisu, víně. Bývají účinnou sloţkou v převáţné většině rostlinných léčivých preparátů s antibakteriálním, antialergickým, protizánětlivým, virostatickým, protinádorovým, protisráţlivým a vazodilatačním působením. Flavonoidy, stejně jako jim příbuzné stilbenoidy, jsou významné přírodní antioxidanty, schopné odstraňovat (zhášet) hydroxylové a peroxidové radikály. Tak mohou působit uvnitř samotného organismu jiţ od úrovně buňky, ale také mimo organismus, jako součást chemické interakce mezi organismy. Počet rostlinných stilbenů s formálním sloţením C6-C2-C6 (Tab. 2) a stilbenoidních oligomerů je podstatně menší neţ počet flavonoidů. I jejich distribuce v rostlinné říši je méně globální, přesto zabírá několik čeledí, převáţně u vyšších rostlin. Biosyntéza stilbenů vykazuje značnou paralelu s flavonoidy (obr. 11). Jejich biologický význam tkví především v obraně rostlin vůči mikrobiálnímu napadení. Tato obrana má často fytoalexinový charakter, t.j. organismus produkuje dané látky v nepoměrně větší (účinné) dávce aţ po stresu vyvolaném takovým napadením. Příkladem můţe poslouţit pinosylvin u borovic nebo jeho hydroxylový analog resveratrol u révy vinné (viz dále).
132
4.4.2. Typy flavonoidů a jejich biogeneze Flavonoidy jsou deriváty 2-fenylchromanu (flavanu), který je reprezentován (obr.11) flavanonem, jedním z nejcharakterističtějších typů flavonoidů. Flavanon a flavanonol jsou vlastně základními strukturními typy této velké a zajímavé skupiny rostlinných sekundárních metabolitů (obr. 12). Biogeneticky vznikají z chalkonu, přímého produktu biosyntézy dvou rozdílných sloţek (obr. 11). Jednou sloţkou, biogenetickým prekursorem, je fenylpropanová kyselina (skořicová, kumarová, kávová nebo jiné di- a tri-hydroxyskořicové kyseliny) pocházející ze šikimátové dráhy (obr. 1). Na tento prekursor se pak váţí tří molekuly malonyl-CoA poskytující druhou sloţku, substituovaný aromatický kruh, jako produkt polyketidové dráhy (obr. 11, kruh A). Tento A kruh (viz flavanon, ale také chalkon a stilben na obr.11 a všechny typy na obr.12) nese charakteristické substituenty flavonoidů, t.j. hydroxyly v polohách 5 a 7 (na kruhu A) a kyslík v poloze 1 (v kruhu B), které pocházejí z polyketidové dráhy biosyntézy. Karbonyl v poloze 4 je ovšem pozůstatkem fenylpropanové sloţky. Jinak je to u biosyntézy stilbenoidů, kde se karbonylfenylpropanové sloţky podílejí na cyklizaci kruhu A, ale karbonyl třetí sloţky z malonyl-CoA je pak v dalším kroku odstraněn dekarboxylací (obr.11). OH
OH
OH O
O
SCoA
3 x malonyl-CoA
O
O
CoAS
COSCoA O
O
O
O
kumaroyl-CoA
3 3´ 2´ 8
HO 7
A
1
5´ 2
B
3
6 4
OH
O
flavanon
HO
3´
4´
2´
OH
A
6´
5´
5 6
OH
OH
4
2
OH
C
O
5
4´
HO
A
6´
OH
O
chalkon
OH
stilben (resveratrol)
Obrázek 11. Biosyntéza chalkonu a resveratrolu, prekursorů flavonoidů a stilbenoidů Flavanon je jedním z klíčových meziproduktů při tvorbě dalších strukturních typů na biogenetické dráze vzniku flavonoidů. Tato dráha se větví do několika proudů znázorněných na obr. 12. Názvy jednotlivých meziproduktů a koncových produktů těchto větví se pouţívají
133
pro označení nejběţnějších typů flavonoidů. Tyto typy se liší různým oxidačním stupněm spočívajícím buď v přítomnosti další dvojné vazby (flavon), dalšího hydroxylu na kruhu B (flavanonol) nebo kombinací obou (flavonol). Variabilita na kruhu B připouští i různý stupeň redukce karbonylu (katechin, proanthocyanidin) nebo ionizace heterocyklického kyslíku (anthocyanidin). OH HO
O
+
OH HO
OH HO
OH
O
OH OH
OH
anthocyanidin
O
OH HO
O
auron
OH
chalkon
OH HO
O
OH HO
O
OH OH
OH
OH
O
OH
O
flavanon
flavon
proanthocyanidin
HO
HO
O
OH
OH
OH
HO
O
O
OH
OH
OH OH
OH
OH
O
katechin
flavanonol
O
flavonol
Obrázek 12. Typy flavonoidů a jejich biogeneze Dihydroflavonoidy (s nasycenou vazbou C-2,C-3) mohou vznikat buď přímou hydroxylací flavanonu nebo epoxidací dvojné vazby chalkonu a cyklizací za současného otevření epoxidu. Různý vznik těchto typů utváří i jejich různou stereostrukturu na centrech C-2 a C-3, coţ výrazně zvyšuje strukturní a typovou variabilitu (není vyznačena na obr.12). Biosyntézou vzniklé typy mohou být dále modifikovány sérií následných reakcí a poskytovat skutečně velké mnoţství jednotlivých flavonoidních látek. K takovým reakcím patří hydroxylace, O-methylace, C-alkylace, acylace, glykosylace, oligomerace aţ polymerace a vazba na polysacharidy. Některé typy vskutku existují převáţně jen v modifikované formě. Například antocyaniny jsou polyglykosidy antocyanidinů, které mývají volný hydroxyl v para pozici na kruhu C, se snadnou moţností přeskupení na chinon, a pak spolu se soused-
134
ním meta-hydroxylem jsou schopny tvořit různobarevné cheláty s kovy. Anthocyany, které nemohou tvořit takové komplexy, bývají ve formě oxoniových solí, které mění barvy podle pH prostředí z modré na červenou. Takto jednoduše nebo kombinovaně modifikované a také komplexní flavonoidy poskytují uţ tisíce jedinců. Dalším stupněm strukturní variability je enzymaticky řízená chemická transformace flavonoidního seskupení. Isomerizací vznikají isoflavonoidy (obr. 13), které mohou být dále modifikovány O-methylací, C-alkylací a cyklizací za vzniku odvozených/kombinovaných struktur. Některé z nejběţnějších jsou uvedeny na obr. 13. Zvláštní skupinou jsou strukturně (i biogeneticky) kombinované deriváty, jako jsou například flavonolignany, známá a účinná přírodní léčiva a regenerační prostředky pro infekcemi nebo alkoholem poškozená játra (viz silybin na obr.13).
OH H HO
HO
O
OH
OH
O
O O
OH
O
OCH3 OCH3
isoflavon
O
HO
H
O
H
O
O O
H
H
H O
H
O O
OH
OH
faseolin
O OCH3
pterokarpan
O
OCH3
OCH3
rotenon
O HO
O
OH
flavanon
HO
HO
O
HO
CH2OH
O O
OH
OH
O OH
OCH3
OH
O
flavonolignan (silybin)
homoisoflavon (cis-eucomin)
Obrázek 13. Isoflavonoidy a některé strukturně příbuzné a kombinované analogy
135
4.4.3. Degradace flavonoidů Flavonoidy jsou v převáţné většině látky chemicky nestálé. Příčinou jsou jejich samotné strukturní dispozice. Hydroxylované aromatické systémy konjugované s dvojnou vazbou a s karbonylem mohou v některých podmínkách snadno tvořit chinony a pak podléhat dalším reakcím. Výsledkem takovýchto reakcí jsou pak různé artefakty. Jiným projevem jejich nestálosti je jejich neustálá proměna jiţ v nativním biologickém prostředí. Dlouho se zdálo, ţe metabolická stabilita sekundárních metabolitů je jejich charakteristickou vlastností. Později se prokázalo, ţe tomu tak není, ţe mnohé sekundární metabolity se mohou transformovat nebo dokonce degradovat i na metabolity primární. Z hlediska metabolické stability lze tudíţ rozlišit tři typy sekundárních metabolitů: 1) skutečně koncové inertní produkty, 2) produkty stálé jen v určitém fyziologickém a vývojovém stavu/prostředí, 3) produkty podléhající neustálé proměně/transformaci. Převáţná část flavonoidů patří spíše ke druhé a mnohdy ke třetí skupině. Metabolická degradace probíhá zpravidla ve dvou stupních: a) uvolnění aglykonů z glykosidů glykosidasami, b) degradace flavonoidního skeletu peroxidasami. Oxidativní degradace probíhá přes hydroxylace (obvykle do poloh 2 a 3´ ) a končí štěpením skeletu na fenyl-propanové, -ethanové, -methanové aţ fenylové deriváty. U methylovaných flavonoidů (na kruhu A) probíhá obvykle eliminace kruhu C jako m-hydrochinon, za současného vzniku dimethoxychromonu z kruhů A a B. Metabolity tohoto typu zpravidla doprovázejí flavonoidy, buď jako samostatné sloţky biologického materiálu nebo jsou na ně vázané chemicky, jako například kyselina gallová u katechingallátů (obr. 14). 4.4.4. Funkce a biologické účinky flavonoidů a příbuzných fenolů Přehled a popis funkcí a biologických účinků flavonoidů by vydal na samostatnou kapitolu. Proto jsou v tomto textu některé účinky spíše jen ilustrativně zmiňovány. Z funkcí lze vybrat také jen ty nejběţnější, nejvíce charakteristické, převáţně ekologicky významné. Flavonoidy a jejich deriváty, přehledně shrnuty podle typů, fungují například jako: Pigmenty květů: anthocyaniny, chalkony, aurony, flavony Pigmenty plodů: anthocyaniny, isoflavony, chalkony Allelopatické substance: chinony, fenoly, fenolické kyseliny Fungicidy: isoflavony, dihydrochalkony, fenolické kyseliny Insekticidy a hmyzí potravní deterenty: rotenony, katechiny
136
Ochranné látky proti škůdcům: chinony, taniny, flavonoly Fytoalexiny: stilbeny, isoflavony, fenylpropanoidy, kumariny 4.4.5. Známé bioaktivní flavonoidy a stilbenoidy využívané ve farmacii a výživě Z tisíců dosud popsaných a neustále přibývajících flavonoidů se v běţné fytochemické potravinářské, farmaceutické a kosmetické praxi opakovaně objevuje a uplatňuje jen několik desítek nejběţnějších. Stejně je to i s jejich rostlinnými zdroji. Ačkoli jsou flavonoidy a jim příbuzné fenoly obsaţeny ve všech vyšších a mnohých niţších rostlinách a organismech, jejich přísun je omezen také jen na desítky aţ stovky výhodných zdrojů. K obecnému přehledu můţe poslouţit následující tabulka 3.
Tabulka 3 Nejběţnější typy, jedinci a zdroje flavonoidů typy flavonoidů flavanoly flavony, flavonoly
významní zástupci typu katechiny quercetin, kaempferol
biflavony flavanony flavanonoly proanthocyanidiny
amentoflavon, bilobetin hesperidin, naringin taxifolin oligomerní katechiny
anthocyaniny (-osidy)
cyanidin, delphinidin, malvidin, petunidin silymarin genistein, diadzein
flavonolignany isoflavony
rostlinný zdroj čaj, révová semena, kůra borovic čaj, jablka, slupky révy, plody ostropestřce, listy jinanu listy jinanu (Ginkgo biloba) slupky citrusů plody ostropestřce, kůra borovic kůra borovic, semena révy, listy borůvek, břízy, jinanu modré révy, červená vína, borůvky, plody bezů ostropestřec (Silibum marianum) sojové oříšky
Jinými zdroji mohou být i nepřímé produkty z rostlin. Například včelí produkt propolis obsahuje quercetin, pinocembrin, sakuranetin, kaempferol, acacetin a isorhamnetin. Za zvláštní zmínku stojí informace o flavonoidech a stilbenoidech ze dvou běţných a kaţdému známých zdrojů, z čaje a z vína. Tyto zdroje jsou nejen bohaté na zajímavé látky, ale jsou i snadno dostupné, jejich příprava je jednoduchá a jejich pouţití je příjemné.
137
4.4.6. Flavonoidy v čaji Typickým rysem flavonoidů v zeleném čaji (obr.14) je vysoký stupeň hydroxylace kruhu C, který pak přímo souvisí s kapacitou jejich antioxidační aktivity. Ta se pohybuje v rozsahu 0,01 (u C-nesubstituovaného chrisinu) přes 0,1 (u C-monohydroxylovaného apigeninu) k 1,0 (u C-disubstituovaného luteolinu). C-trisubstituovaný epigallokatechin v zeleném čaji (obr.14) dosahuje uţ hodnoty 1,88 a jeho gallát aţ 2,02. Oxido-redukční potenciál di- a tri-substituovaných fenylů související s moţností přechodu na o-chinon nebo radikál umoţňuje těmto polyhydroxylovaným flavonoidům inhibovat oxygenasy a zabránit tak peroxidacím lipidů nebo zhášet volné hydroxy-, peroxy- a superoxidové radikály a tím chránit své mateřské rostliny před oxidačním stresem a zvyšovat jejich toleranci k UF záření. Stejným mechanis-mem jsou tyto flavonoidy schopné sniţovat hladinu oxidace LDL cholesterolu v krevním séru u lidí. OH
OH
OH
HO
HO
O
OH
OH
OH
HO
O
O OH
OH O
OH
OH
OH
OH
OH
OH O
epigallokatechin
epikatechin
OH OH
OH
HO
OH
OH
HO
O
OH OH
O
O
OH
quercetinchalkon: 2´,3,4,4´,6´-pentahydroxy-hydroxychalkon
gallát epigallokatechinu
OH OH
HO
O
O O OH HO
OH HO
O
rutin: quercetin 3--D-rutinosid
HO
Obrázek 14. Bioaktivní flavonoidy v zeleném čaji Čaj je bohatý především na flavonoidy flavanonolového a flavonolového typu (viz obr. 12) s multihydroxylovaným kruhem C, a na jejich galloyl-, respektive glykosylderiváty (obr. 14). Ty jsou přítomné a účinné hlavně v čaji zeleném. Rovnocenné účinky ovšem zůstávají i látkám vzniklým po uvolnění enzymatickou hydrolýzou v čaji fermentovaném.
138
Flavonoidy v čaji (nebo také v citrusových plodech) jsou ideálním partnerem kyseliny askorbové (vitaminu C) pro synergické spolupůsobení, tudíţ pro vzájemné zvyšování svých účinků. Synergický účinek kyseliny askorbové s polyhydroxylovanými flavonoidy je vysvětlován jejich schopností regenerovat flavonoid v tomto systému pro jeho další antioxidační působení: 2 FlavOH + H2O2 ---> 2 FlavO* + 2 H2O Takto vzniklý flavonoidní phenoxyradikál (FlavO*) se regeneruje kyselinou askorbovou (kA) zpět na flavonoid za tvorby monodehydroaskorbátového radikálu (MDA*): 2 FlavO* + 2 kA ---> 2 FlavOH + 2 MDA* MDA* je schopen dál se neenzymaticky oxidovat na kyselinu dehydroaskorbovou (DHA) za současné reduktivní regenerace své ekvivalentní části na kyselinu askorbovou: 2 MDA* ---> DHA + kA Takto vzniklá DHA se pak můţe (např. v rostlinné tkáni) zredukovat zpět na kyselinu askorbovou dehydroaskorbát-reduktasou nebo se můţe externě doplnit příslušnou dávkou kyseliny askorbové (např. u flavonoidních léčiv nebo u nápojů s potenciálními léčivými účinky flavonoidů). Příkladem můţe poslouţit askorutin nebo všem známý a běţně konzumovaný nápoj, čaj. Platí to i opačně, kdy flavonoidy v citrusových a jiných ovocných šťávách zvyšují potenciál účinku vitaminu C. V počátcích výzkumu vitaminu C se v citrusech předpokládala ještě existence „vitaminu C2“ na základě kvantitativních srovnání obsahu vitaminů a jejich účinku. Aţ později se pak prokázalo, ţe za tento rozdíl mezi obsahem a účinkem byly zodpovědné flavonoidy. Přidávání kyseliny askorbové do čaje nejenţe zvyšuje účinek flavonoidů, ale také stabilizuje barvu čaje (udrţuje polyhydroxylované fenoly v hydrochinonové formě), zabraňuje tvorbě usazenin a sraţenin (tj. tvorbě chinonů, chinonmethidů a radikálů schopných snadno polymerovat). Přídavkem kyseliny askorbové do extrakčního média byli zvyklí stabilizovat své extrakty i fytochemici věnující se polyoxidovaným fenolickým látkám. Rutin je také jednou z účinných sloţek nefermentovaných čajů. Vyniká nejen svými antioxidačními účinky, ale spolu s kyselinou askorbovou dal základ velmi známému léčivu, askorutinu. Tento preparát pouţívá značná část starší populace pro jeho schopnost sniţovat fragilitu cév narušených vysokým krevním tlakem a arteriosklerosou, nebo také občasně se vyskytujícími mykotoxiny ve špatně skladovaných a infikovaných potravinách. Zdrojem rutinu, jednoho z vůbec nejrozšířenějších flavonoidů, jsou ovšem rostliny, které ho obsahují v nepoměrně větším mnoţství neţ čaje. K takovým nejznámějším zdrojům patří pohanka, listy různých eukalyptů nebo dekorativní jerlín (Sophora japonica). 139
4.4.7. Flavonoidy a stilbenoidy ve víně Dalším nápojem a skvělým přírodním zdrojem bioflavonoidů je víno. Obsahuje mimo mnohé cenné látky blahodárně působící na čichové, chuťové a zaţívací orgány, také bohatě zastoupené a účinné flavonoidní antioxidanty (obr. 15). OH OH OH
OH OH HO
HO
HO
O
O OH OH OH
OH
OH
trans-resveratrol
OH
OH HO
O
epikatechin OH OH
procyanidin B1
OH HO
OH HO
OCH3
O
OH OH OH OH
cis-resveratrol
OH
+
HO
O
OCH3
O
quercetin
O-Glu OH
malvin-3-glucosid (enosid)
Obrázek 15. Bioaktivní stilbeny a flavonoidy ve víně Největší zájem se ovšem soustřeďuje na stilbenoidy: cis- a trans- resveratrol (obr. 15) a jeho oligomery (obr. 16). Oba isomery resveratrolu jsou strukturně mnohem jednodušší neţ jakýkoliv flavonoid a postrádají regionální uspořádání hydroxylů v pozicích, které byly uváděny jako farmakofory flavonoidů. Přesto jsou povaţovány za nejúčinnější sloţku pozitivně ovlivňující arteriosklerotické změny a koronární onemocnění srdce. Jsou nejvíce zkoumaným a usvědčovaným faktorem tzv. francouzského paradoxu. Tím paradoxem je skutečnost, ţe obyvatelé jiţní Francie, známí konzumací nadměrně mastných a kořeněných jídel, ale také pravidelnou a střídmou konzumací lokálních červených vín, mají nejniţší úmrtnost na selhání srdce. Vysvětluje se to tím, ţe stilbenoidy, flavonoidy a optimální mnoţství alkoholu účinně inhibují oxygenasové enzymy, čímţ sniţují oxidaci LD lipidů (brání tak agregaci krevních destiček, trombóze, a ukládání cholesterolu, nadměrnému zvyšování krevního tlaku). Flavonoidy a stilbenoidy jsou komponenty slupek bobulí hroznů, součástí anthocyanových barviv modrých odrůd a protiplísňových obranných látek většiny odrůd. Nacházejí se ovšem hlavně
140
v červených vínech, jejichţ technologie výroby umoţňuje extrakci těchto látek do moštu, a tak i vstup do konečného produktu, do vína. Technologie bílých vín vynechává maceraci (nepotřebuje zpracovávat barevnou sloţku), a tak přichází i o resveratroly, pokud není záměrně upravena právě pro jejich získávání. Zvláštní kategorií z tohoto hlediska jsou vína tokajská, která sice přicházejí o značnou část resveratrolů jiţ před zpracováním (viz dále), ale získávají jejich vzácné a zatím nedoceněné oligomery. O
OH
O
HO
HO OH
HO HO
OR OR
OH
-viniferin
resveratrol-trans-dehydrodimer
OH
OH
HO
OH
OH
OH
HO
O
HO
H
O
O H HO
OH
HO
H
OH OH
HO
O
OH
H
H
OH
HO
OH
HO
restritisol A
-viniferin
pallidol
Obrázek 16. Dehydrooligomery resveratrolu (konstitutivní stilbeny) Resveratrol je významný i z hlediska chemoekologického. Je typickým fytoalexinem. Jeho obsah vzrůstá stresem révy po infekci bobulí plísněmi. Je součástí protiplísňové bariéry hroznů. Některé plísně (např. ušlechtilá Botrytis cinerea) dokáţí překonat tuto bariéru tím, ţe způsobují oligomeraci resveratrolů, z nichţ ovšem aktivním zůstává uţ jenom -viniferin (cyklický trimer resveratrolu, obr.16). Takto postiţené bobule (cibeby) jsou esencí tokajských výběrů (aszú). Fenolické deriváty vytvořené touto modifikací jsou pak zdrojem ušlechtilých vlastností a léčivých účinků těchto vín. Fytoalexinový charakter resveratrolů je důvodem toho, ţe ani některá červená vína je nemusí obsahovat v účinné koncentraci (například vína kalifornská ve svém ideálně slunném podnebí bývají méně napadána plísněmi a tudíţ negenerují větší mnoţství resveratrolů). Naopak mnohá bílá vína z tradičních vinařských oblastí Evropy jsou infikována plísněmi a tvoří dostatek resveratrolů, které je pak moţné vhodně upravenou technologií převádět i do bílých vín (s deklarovaným a analyticky potvrzeným obsahem příslušného resveratrolu). 141
Resveratrol není jenom obsahovou látkou révy vinné. Byl také identifikován u více neţ 70 druhů (30 rodů z 12 čeledí) vyšších rostlin. V téměř stejném mnoţství jako u révy vinné se dá nalézt i v běţně konzumované kapustě, brokolici, zelí, čekance, petrţeli, cibuli, červené řepě, ale i v jiných rostlinách. Své jméno dostal po kýchavici velkokvěté (Veratrum grandiflorum), ze které byl poprvé izolován jiţ v první polovině minulého století. Cis-resveratrol (obr. 15), -viniferin (obr. 16) a řada dalších stilbenových oligomerů testovaných na ekdysteroidním receptoru octomilky (Drosophila melanogaster) se projevily jako antagonisty hmyzího metamorfózního hormonu ekdysonu, coţ otvírá pohled i do jiných neţ jenom oxido-redukčních mechanismů jejich působení, a to nejenom u hmyzu. Význam steroidních receptorů (viz kap. 3) je dalekosáhlý. Vývoj v této oblasti bude jistě vzrušující. Mnohé firmy produkující přírodní léčiva a léčivé preparáty dodávají jiţ teď na trh resveratrol v různých galenických formulacích (od tinktur aţ po tablety). Ţádná ovšem nemůţe překonat svrchovaně přírodní, technologicky vstřícnou, gastronomicky příjemnou a staletími kulturně ukotvenou „galenickou formu“ jakostního vína.
4.5.
Literatura
1. D.C. Ayres, J.D. Loike: Lignans. Chemical, Biological and Clinical Properties. Cambridge University Press, 1990. 2. J.B. Harborn: Phenolics. Natural Products. Their Chemistry and Biological Significance. (red.: J. Mann, R.S. Davidson, J.B. Hobbs a spol.). Longman, Harlow. 1994. 3. M. Luckner: Secondary Metabolism in Microorganisms, Plants, and Animals, druhé vydání, VEB Fischer Verlag, Jena, 1984. 4. L.M. Schoonhoven, T. Jermy, J.J.A van Loon: Plant Chemistry: Endless Variety. Insect-Plant Biology. Chapman & Hall, London, 1998. 5. J.B. Harborn: Introduction to Ecological Biochemistry. Čtvrté vydání, Academic Press, London, 1993. 6. J.B. Harborn: Biochemical Aspects of Plant and Animal Coevolution. Academic Press, London, 1978. 7. L. Dinan a spol.: Plant Natural Products as Insect Steroid Receptor Agonists and Antagonists. Pesticide Science, 55: 331 (1999). 8. J. Harmatha, J. Ţďárek: Látky ovlivňující vývoj a chování hmyzu. Chemie přírodních látek, 7. sv. cyklu Organická chemie, ÚOCHB ČSAV, Edice Macro N-8, 1982.
142
