Glukosinoláty a produkty jejich rozkladu
Glukosinoláty: sekundární metabolity rostlin Glukosinoláty - hořčičné glykosidy (glykosidy hořčičných olejů – typické štiplavé aroma některých rostlin) jsou sirné glukosidy (dříve thioglukosidy). Významné sekundární metabolity rostlin, působí jako obrana proti škůdcům Aglykon je tvořen C=N skupinou substituovanou sulfátem na dusíku, na kterém je navázán Sglykosidickou vazbu ß-D-glukopyranosa další řetězec, charakteristický pro daný glukosinolát.
2
Glukosinoláty Biologicky aktivní látky Cukerná složka – většinou ß-D-glukosa Esterifikovaná sinapovou nebo jinou karboxylovou kyselinou
Aglykon – sulfonovaný oxim Více než 120 glukosinolátů – různý postranní řetězec R CH2 OH O S C OH N O SO3 -
HO OH
3
R CH2 OH O S C OH N
Nejznámnější - příklady
O SO3 -
HO OH
sinigrin
2-propenyl (allyl)
R = CH2 - CH = CH2
progoitrin
(R)-2-hydroxy-3-butenyl
R = CH2
CH CH CH2 OH
glukorafanin 4-methylsulfinylbutyl
O R = CH2 CH2 CH2 CH2 S
glukobrassicin 3-indolylmethyl
CH3
CH2
R= N H
neoglukobrassicin
R= 4
5
Zástupci glukosinolátů
Rozdělení do skupin podle struktury postranního řetězce
1- Glukosinoláty s alkylovou a alkenylovou skupinou
nejvíce zastoupené glukosinoláty alifatického charakteru, jejichž hydrolýzou v neutrálním a alkalickém prostředí se tvoří isothiokyanáty Antinutriční účinky - selektivně váží jód a zabraňují štítné žláze v jeho příjmu Vlastnosti antimikrobiální, antifungicidní, antibakteriální a thyroidní, tvoří přirozenou ochranu vlastní rostliny Biofumiganty
6
Rozdělení do skupin 2 - Glyukosinoláty obsahující na alkylovém nebo alkenylovém řetězci hydroxyskupinu
hydroxy-glukosinoláty, jejichž rozkladné produkty isothiokyanáty nejsou stabilní a cyklizují za vzniku substituovaného 2 oxazolidinthionu OXAZOLIDINU ( goitrinu VTO) – antinutriční účinky - silně strumigenní
7
Rozdělení do skupin 3- Glujosinoláty s indolovou skupinou (méně zastoupeny) glukosinoláty obsahující indolovou skupinu nebo benzenové jádro (Sinalbin) hydrolýzou tvoří thiokyanáty
Antikarcinogenní vlastnosti, plní funkci aktivní obrany
R-S-CN
8
Rozdělení do skupin Dále pak: Sirné – obsahující v postranním řetězci methyl-thioskupinu Aromatické – s nesubstituovaným nebo substituovaným benzenovým jádrem
9
Rozklad Při štepění vznik 3 různých hlavních metabolitů R-S-CN
• Thiokyanátů • Isothiokyanátů • Oxazolidinu
Nitrily (obecně ze všech glucosinolátů)
R C
N
Goitrin (z progoitrinu) Indoly (z glucobrassicinů včetně ascorbigenu a indol-3-carbinolu) 10
11
12
13
Rozklad Hydrolýza pomocí enzymů thioglukosidických glukohydrolas, tzv.
myrosinas. Hydrolýzou - glukosa, síran a nestabilní aglykon, který se dále přeměňuje za vzniku isothiokyanátů Isothiokyanáty jsou buď těkavé štiplavé látky, těkající s vodní parou (např. allyl-, sek.butyl-, benzylisothiokyanát - tzv. hořčičné silice), nebo netěkavé, nepáchnoucí látky, které chutnají ostře (např. phydroxybenzylisothiokyanát). Všechny isothiokyanáty mají antiseptické vlastnosti, působí lokální podráždění a lokální rozšiřování cév, zvyšují sekreci žaludečních šťáv, krevní tlak a aktivitu enzymu amylázy. U alifatických glukosinolátů s β-hydroxylovou skupinou (např. glukorapiferin) probíhá rozklad odlišným způsobem. Ihned po jejich rozštěpení vznikají spontánně oxazolin-2-thionové deriváty. Tyto thiooxazolidony patří k tzv. brassica-faktorům, které vyvolávají zvětšení štítné žlázy. K jinému typu brassica-faktorů patří látky, jejichž rozkladem vznikají thiokyanáty (např. glukobrasicin). 14
Různé možnosti rozkladu glukosinolátů 15
Myrosinasa je lokalizována odděleně v buňkách idioblastů (k rozkladu dochází až po mechanickém porušení struktury) Glukosinoláty v parenchymatických pletivech Poškozením pletiv (krájení, mletí, trávení, kousání, mechanické poškození, hmyz, ) dojde ke spojení a vlastní hydrolýze Rychlost hydrolýzy je dána aktivitou enzymu (vliv teploty, pH, rostliny, aktivátorů, inhibitorů)
16
Syntéza Glukosinoláty jsou syntetizovány z aminokyselin, a to jak proteinogenních, tak neproteinogenních. Zdrojem síry bývá nejčastěji aminokyselina Lcystein.
17
18
Syntéza glukosinolátu glukokonnigrinu
19
Hlavní prospěšné produkty – produkty degradace glukosinolátů Isothiokyanáty: allyl, benzyl, 2-fenylethyl, 4methylsulfinylbutyl (aktivace důležitých detoxikačních enzymů) Indoly: ascorbigen, indol-3-carbinol (antimutagenní, anticarcinogenní produkty) Samotné glukosinoláty nemají biologické účinky
20
Allyisothiokyanát AITK • Vznik štěpením sinirginu • Neškodný vůči zdravým buňkám • Selektivně dokáže odstranit rakovinné buňky tlustého střeva
21
Sulforafan (4-methylsulfinylisothiokyanát) • V brokolici, ředkvičce a ředkvi • Uvolňuje se z glukorafaninu • Aktivuje enzymy obranného systému
22
Indoly • Vznik z indolylglukosinolátů - glukobrassicinů • V čínském zelí • Urychlují odbourávání hormonů estrogenů, snižují riziko vzniku rakoviny • Ve vodném prostředí vznik 3-hydroxymethylindolu, reakce s askorbovou kyselinou → vázaná forma vitaminu C = Askorbigen (5-60 mg/kg) • Indole-3-carbinol
23
• Příklady cyklizace: progoitrin – goitrin (v řepce)
24
Výskyt Rod Allium a Brassicaceae
Rostliny čeledi brukvovitých (Brassicaceae) Hořčičné oleje vznikají při rozkladu glukosinolátů, jsou odpovědné za typický dráždivý zápach (štiplavé aroma) rostlin této čeledi. Zápach může chránit rostlinu před škůdci a predátory. Prokázána hormonální funkce některých sloučenin odvozených od glukosinolátů. Například indolacetonitril, odvozený od glukobrassicinu, exhibuje aktivitu auxinu v rostlinách.
25
Brukvovité (Brassicaceae) Byliny, vyskytující se v mimotropických oblastech severní polokoule, mnoho kulturních rostlin V základních pletivech mají brukvovité rostliny idioblasty, obsahující enzym myrosinasu, která štěpí glukosinoláty na příslušné isothiokyanáty, hydrogensíran a glukosu. Přes velkou nestálost se glukosinoláty v rostlině neštěpí, k jejich rozkladu dochází až při poranění pletiva. Při štěpení vznikající isothiokyanát je příčinou typického zápachu brukvovitých rostlin. Kromě glukosinolátů obsahují některé druhy brukvovitých také kardioglykosidy.
26
Brukvovité (Brassicaceae) Hořčice bílá (Sinapis alba) tenká jednoletá bylina se světle žlutými květy. Semena obsahují glukosinolát sinalbin, přičemž isothiokyanát, který se uvolňuje jeho rozkladem, je nedráždivý a podporuje trávení. Brukev černá (Brassica nigra) jednoletá bylina s rozvětvenou lodyhou. Semena obsahují glukosinolát sinigrin, jehož štěpením vzniká allylisothiokyanát, známý jako hořčičná silice (Oleum sinapis). Křen selský (Armoracia rusticana) vytrvalá, lysá bylina s dlouze válcovitým kořenem a s velkými, podlouhlými listy. U nás se často pěstuje jako kořenná rostlina. Poskytuje čerstvý kořen (Radix armoraciae recens). 27
Řeřišnice luční (Cardamine pratensis) Kokoška pastuší tobolka (Capsella bursa-pastoris) Řepka olejka (Brassica rapa) jednoletá až dvouletá bylina. Olej je jedlý, používá se v potravinářství, značné množství se využívá technicky (výroba mýdel, textilní průmysl, bionafta). V semenech některých odrůd řepky se vyskytují glukosinoláty (progoitrin), které mohou negativně působit na činnost štítné žlázy, jater i ledvin, mohou přecházet do oleje (otruby). žádané glukosinoláty zeleniny: sulforafan v brokolici a v menší míře i v ředkvičce a ředkvi, některé indolové deriváty v čínském zelí atd vysoké zastoupení užitečných glukosinolátů najdeme v růžičkové kapustě (významný zdroj kyseliny listové) 28
0bsah glukosinolátů v zelenině rodu Brassica Druh
Dominantní GSL*
mg/ 100g
Hlávkové zelí bílé
SINI, IBER, GB, NGB
26-275
Hlávkové zelí červ.
SINI, IBER, GB, NGB
16-120
Kapusta
SINI, NAPI, PROG, GB
47-129
Květák
SINI, IBER, GB, NGB, MGB
14-208
Brokolice
SINI, RAFA, GB, NGB
40-340
Růžičková kapusta
SINI, NAPI, PROG, GB
145-394
Kadeřávek
SINI, PROG, GB
40-140
Kedluben
SINI, IBER, GB, NGB
109-200
Čínské zelí
SINI, GB, NGB, MGB
17-136
Ředkev, ředkvička
RAFS, RAFA, RAFE, NAST
4-218
Křen
SINI, NAST
500
Řeřicha zahradní
TROP.
95
Alifatické -SINI-sinigrin, NAPI glukonapi, BRNA glukobrassicanapin, PROG progoitrin, NAPO glukonapoleiferin, RAFS-glukorafesatin, IBER glukoiberin, RAFE glukorafanin, RAFE glukorafenin, Aromatické -TROP glukotropaeolin, NAST gluconasturtiin, Indolové -GB glukobrassicin, NGB neoglukobrassicin, MGB 4-ydroxyglukobrassicin
29
Obsah glukosinolátů v zelenině (mg/kg jedlého podílu) Zelenina Zelí bílé Čínské zelí Růžičková kapusta Brokolice Květák Kedluben Ředkev, ředkvička
Průměr 800
Rozsah 300-1200
200
100-350
2000
600-3900
860 430 370 750
450-1200 200-750 160-550 400-1200
30
Účinky glukosinolátů sloučeniny, obsahujících síru Brukvovité se konzumují tepelně upravené, zpracované za syrova (např. kysané zelí), a také ve formě salátů. Produkty odbourávání glukosinolátů (isothiokyanáty) dodávají jídlům jejich typickou pálivou / nahořklou chuť. Při kuchyňském zpracování zeleniny rozklad ???? mohou být ochranné vlastnosti těchto látek významným přínosem pro udržení a upevnění lidského zdraví ???? je ovlivňování obsahu glukosinolátů vhodným cílem pro genetické manipulace při pěstění komerčně využívaných zeleninových odrůd
Účinky rozkladných produktů: antinutriční, antimikrobiální, antifungicidní, antibakteriální, přirozené biofumiganty Antikarcinogenní 31
Klinické studie Konzumace zeleniny rodu brukvovitých pravděpodobně snižuje riziko vzniku nádorového onemocnění díky přítomnosti glukosinolátů. Produkty odbourávání glukosinolátů (GDP) -součástí dvou antikarcinogenních mechanizmů. Konzumace zeleniny z rodu brukvovitých snižuje riziko vzniku nádoru plic a zažívacího traktu. Konzumace zeleniny rodu brukvovitých nepředstavuje u lidí žádné genotoxické riziko, ale potravní doplňky by neměly obsahovat extrémně vysoké množství glukosinolátů. Při tepelném zpracování se glukosinoláty výrazně mění a proto je doporučeno konzumovat zeleninu z rodu brukvovitých jak vařenou, tak v syrovém stavu.
32
Studie – otázky o glukosinolátech 1. Poskytují ochranu proti nádorovému onemocnění, pokud jsou
2.
konzumovány v množství odpovídajícím běžné evropské stravě? Ano, vykazují ochranné vlastnosti, díky kterým klesá rakovinotvorný účinek karcinogenů z životního prostředí na zvířecí modely. Dochází k posílení účinku detoxikačních a opravných enzymů na poškozenou DNA. Zároveň byla při klinických studiích potvrzena zvýšená aktivita GST (Glutathion Stransferasa) enzymů u lidí po požití růžičkové kapusty nebo červeného zelí. Dále bylo na zvířecích a in vitro modelech zjištěno, že GDP (degradační produkty glukosinolátů) potlačují buněčné dělení a podporují kontrolovanou smrt buněk obsahujících poškozenou DNA Jsou GDP pro člověka škodlivé? Konzumace košťálové zeleniny nepředstavuje pro člověka genotoxické riziko, ale nelze vyloučit, že při požití extrémně vysokých dávek může dojít k nežádoucím účinkům 33
Studie – otázky o glukosinolátech 3. Jsou v těle GDP absorbovány a metabolizovány? Ano. Pokud dojde před požitím k hydrolýze, mohou se GDP absorbovat v tenkém střevu. Nehydrolyzované glukosinoláty jsou hydrolyzovány na GDP střevní mikroflórou a pak se absorbují v tlustém střevu 4. Jak je množství GDP v zelenině rodu (brukvovitých) Brassica ovlivněno způsobem zpracování? Množství glukosinolátů a GDP silně závisí na způsobu zpracování (na krájení, uložení, vaření a jiném tepelném ošetření) a na skladovacích podmínkách
34
Zdravotní prospěch zeleniny z čeledi brukvovitých Dosud získané epidemiologické důkazy jsou dostatečné pro tvrzení, že ovoce a zelenina má antikancerogenní účinky. Zelenina z čeledi brukvovitých představuje hlavní skupinu, kterou konzumujeme. Potenciálně antikancerogenní skupinou látek jsou isothiokyanáty. Uvedené isothiokyanáty snižují toxicitu xenobiotik snižováním cytochrom-P450 enzymové aktivity a indukováním aktivity glutathion-S-transferázy.
35
Konzumace brukvovité zeleniny vede k absorpci glukosinolátů nebo isothiokyanátů. Žvýkáním syrové zeleniny se glukosinoláty z velké části štěpí na příslušné isothiokyanáty. Procesem žvýkání se uvolňuje enzym myrosináza, která katalyzuje tento degradační proces. Tepelnou úpravou zeleniny se tento enzym inaktivuje, a tak dochází výhradně k příjmu samotných výchozích glukosinolátů.
36
Souhrnně platí konzumace tepelně upravené brukvovité zeleniny vede k příjmu glukosinolátů, zatímco konzumace syrové zeleniny vede k příjmu směsi isothiokyanátů a glukosinolátů. Faktor, který ovlivňuje poměr těchto dvou složek, je intenzita žvýkání.
K absorpci isothiokyanátů dochází v tenkém střevu, zatímco glukosinoláty se musí podrobit kyselé hydrolýze nebo degradaci střevní mikroflórou na isothiokyanáty. Po absorpci mohou isothiokyanáty tvořit konjugáty s glutathionem a dále se metabolizovat jako merkapturové kyseliny. Absorbované isothiokyanáty se vylučují ledvinami jako jejich odpovídající merkapturové kyseliny isothiokyanátů.
37
Hlavní glukosinolát v brokolici je glukorafanin, ze kterého vzniká isothiokyanát sulforaphan. Klinické pokusy: konzumací tepelně upravené brokolice se získává hlavně glukoraphanin, zatímco konzumací syrové brokolice sulforaphan Analýza merkapturových kyselin odvozených od isothiokyanátů v moči je dobrým indikátorem příjmu isothiokyanátů Vylučuje se více merkapturových kyselin, pokud se brokolice konzumuje syrová než tepelně upravená.
38
Glukosinoláty z brukvovitých udržují mozek v dobré kondici Extrakty z rostlin mají zřejmě srovnatelné účinky jako léky používané k léčbě pacientů s Alzheimerovou chorobou (Velká Británie) Extrakty z brokolice, ředkviček, ale také jablek, pomerančů a brambor zpomalovaly v pokusech odbourávání acetylcholinu – sloučeniny, která je v centrálním nervovém systému nezbytná pro přenos nervových vzruchů. Nejlepší účinek - brokolice. Při hledání aktivních látek byly jako inhibitory odbourávání acetylcholinu identifikovány glukosinoláty obsažené v košťálovinách a jiné zelenině z čeledi brukvovitých. Dlouhodobý příjem v brokolici obsažených látek může zpomalit odbourávání acetylcholinu a tak pozitivně ovlivnit paměťovou funkci mozku. Gemüse, 42, 2006, č. 1, s. 4
39
Odhady příjmu glukosinolátů v některých zemích Stát Japonsko
Odhadovaný příjem (mg/osobu/den) 112
Velká Britanie 46 USA
15
Kanada
13
ČR
10
Japonsko a Orient – vysoká konzumace brukvovitých zelenin Velká Británie – růžičková kapusty Denní příjem u častých konzumentů brukvovité zeleniny (např. vegetariánů) může být až stovky mg na osobu. ČR – ¾ glukosinolátů ze zelí a květáku (brokolice) Doporučení: konzumace brukvovité zeleniny alespoň 2x týdně 40
Úbytek obsahu glukosinolátů Tepelná úprava – úbytek Nad 80°C potlačena činnost myrosinasy nedochází ke štěpení na biologicky účinné složky Částečný rozklad indolů Isothiokyanáty při záhřevu těkají Celkové ztráty při tepelné úpravě 25 – 60 % oproti čerstvé zelenině
41
Úbytek obsahu glukosinolátů Účinné látky rozpustné ve vodě Při vaření přecházejí do výluhu Vhodnější vařit zeleninu v celku Ve zmrazené zelenině není myrosinasa aktivní, aktivace po rozmražení Dušení šetrnější než vaření Šetrnější vyšší teplota po kratší dobu.
42
Negativní účinky Strumigenní (goitrogenní) účinky Řepkové šroty – krmivo pro hospodářská zvířata (šlechtění řepky se sníženým obsahem glukosinolátů)
- Antinutriční faktory interferující s metabolismem jodu, poškození štítné žlázy - Biologické vlastnosti degradačních produktů – pozitivní x negativní působení na zdraví člověka - Hepatotoxicita, nefrotoxicita - Strumigenní účinky u lidí nebyly jednoznačně prokázány
43
Glukosinoláty a zdraví - shrnutí 1. Glukosinoláty mohou být hydrolyzovány za vzniku sloučenin, 2. 3. 4.
které jsou podle dřívějších výzkumů považovány za toxické a mutagenní Z toho důvodu vyšlechtili pěstitelé nové odrůdy kapusty s nízkým obsahem glukosinolátů Odborníci se však vrátili zpět k otázce toxicity a mutagenity glukosinolátů a v současné době se zaměřují na kladné přínosy glukosinolátů a jejich degradačních produktů (GDP) Z výsledků epidemiologických studií vyplývá, že konzumace košťálové zeleniny příznivě ovlivňuje riziko vzniku nádorového onemocnění plic, žaludku, střev a rekta.
44
Intocel
45
Reviva Labs Ultra C Cream with Ascorbigen from Cabbage Juice 0.25 oz X 12 Case
46
