Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie
CZ.1.07/2.2.00/15.0316
letní semestr 2012/2013
LÉČIVÉ ROSTLINY (BOT/LER) Přednáška: 21. března 2013
OBSAHOVÉ LÁTKY LÉČIVÝCH ROSTLIN Biosyntéza a hlavní skupiny dle chemické struktury
PharmDr. Jaroslav Peč, Ph.D.
[email protected] CR‐Haná (ED0007/01/01); VÚRV, v.v.i.
Doplňkový seznam literatury • Biosyntézy • Milan Nagy, Daniel Grančai, Pavel Mučaji: Farmakognózia, Biogenéza prírodných látok. Osveta, 2011. • Paul M. Dewick: Medicinal Natural Products, A biosynthetic approach. Wiley, 3rd edition. • Obsahové látky • Lubomír Opletal: Přírodní látky a jejich biologická aktivita, Nutraceutika. Karolinum, 2010. • Kresánek J. ml a st: Atlas liečivých rastlín a lesných plodov. Osveta, 2008. • Zahraniční publikace věnované farmakognosii (pharmacognosy) a fytoterapii (phytotherapy).
Primární X Sekundární • Primární • Cukry, tuky, bílkoviny, nukleové kyseliny • Zajištění základních životních procesů; glykolýza, Krebsův cyklus, pentózový cyklus, β‐oxidace … • Prekurzory základních stavebních kamenů sekundárních metabolitů • Sekundární • Obrovská variabilita chemických sloučenin • Odpadní produkty primárního metabolismu – odmítaná teorie • Často nejasný důvod přítomnosti • Specifické účinky: obrana před patogeny, predátory, ostatními rostlinnými druhy, fyzikálními jevy (UV záření, chlad atp.); atraktanty; hormony – komunikace v rostlině i mezi jednotlivci navzájem • Překryv – některé mastné kyseliny, sacharidy
Primární X Sekundární • Čeledi Apiaceae – silice, furanokumariny (fototoxicita) Asteracea – inulin, seskviterpenické laktony (Chrysanthemum parthenium, Artemisia) , pyrrolizidinové alkaloidy (Tussilago farfara) Fabaceae – chinolizidinové alkaloidy (Cytisus, Genista, Laburnum), isoflavonoidy (Melilotus) Lamiaceae – silice Solanaceae – alkaloidy (tropanové, nikotin, steroidní) • Častý výskyt podobných obsahových látek • Chemovary s odlišným profilem obsahových látek (siličné drogy např. Melissa officinalis, alkaloidy např. Papaver, Claviceps)
Základní stavební jednotky
Jahodář L., 2010
ACETÁTOVÁ METABOLICKÁ DRÁHA
• Syntéza mastných kyselin – molonyl‐CoA + acetyl‐CoA, acyl karierový protein (ACP)
• Echinacea – alkylamidy Imunitní systém • Aromatické polyketidy – antrachinony (Rhei rhizoma, Aloe, Frangulae cortex) – specifika skladování Laxancia • Hypericin (Hyperici herba) Antidepresivum
Dewick P.M., 2003
• Aromatické polyketidy
ACETÁTOVÁ METABOLICKÁ DRÁHA • Mastné kyseliny nasycené a nenasycené Význam ve výživě, kardiovaskulární onemocnění, cholesterol Olivový olej, pupalkový olej, brutnákový olej, černý rybíz (γ‐linolenová) Ricinový olej • Prostaglandiny
• Nasycené mastné kyselin Myristová, 14:0 Palmitová, 16:0 Margarinová, 17:0 Stearová, 18:0 Arachidová, 20:0 Behenová, 22:0 Lignocerová, 24:0 • Nenasycené mastné kyseliny Palmitolejová, 16:1 (9c) Olejová, 18:1 (9c) Linolová, 18:2 (9c, 12c) α‐linolenová, 18:3 (9c, 12c, 15c) γ‐linolenová, 18:3 (6c, 9c, 12c) Stearidonová, 18:4 (6c, 9c, 12c, 15c)
ŠIKIMÁTOVÁ METABOLICKÁ DRÁHA
• D‐erytróza‐4‐fosfát (pentózový cyklus) + fosfoenolpyruvát (glykolýza) → fosfát 3‐deoxy‐D‐arabino‐heptulózové k. • Cyklizace (červeně: zbytek fosfoenolpyruvátu)
• o‐ nebo p‐ disubstituované: ‐OH, ‐ OCH3, ‐Gly • Fenylalanin, Tyrosin, Tryptofan • C6C3 Fenylpropanoidy: Der. k. skořicové, kumariny, lignany, flavonoidy, alkaloidy • Gallotaniny, elagotaniny – hydrolyzovatelné třísloviny; nejčastěji estery s D‐glukózou
• Deriváty kyseliny skořicové (k. kávová, ferulová, p‐kumarová, sinapová) – redukce na aldehydy a alkoholy • Lignin (polymer; spolu s celulózou hlavní stavební složkou) • Aromatické fenylpropeny (Apiaceae, Asteraceae, Lamiaceae – anetol, estragol, eugenol, myristicin) Salicin (Kyselina acetysalicylová ‐ Aspirin), vanilin, arbutin.
MEVALONÁTOVÁ A DEOXYXYLULÓZO‐ FOSFÁTOVÁ METABOLICKÁ DRÁHA • Izoprenoidy • Terpeny
• Hemiterpeny (C5) • Monoterpeny (C10) – geraniol, mentol • Seskviterpeny (C15) – karyofylen, matricin • Diterpeny (C20) – gingolid, taxol, steviosid • Sesterterpeny (C25) • Triterpeny (30) – steroidy, ginsenosidy, saponiny, kardioglykosidy • Tetraterpeny (C40) – lutein, β‐karoten • Polyterpeny (nx C5) – kaučuk
SEKUNDÁRNÍ METABOLITY ODVOZENÉ Z AMINOKYSELIN • Alkaloidy • Definice: biologicky aktivní nízkomolekulární látky, které obsahují heterocyklický skelet s bazicky reagujícím dusíkem
• Alkaloidy odvozené od: 1)Ornitinu – tropanové (hyoscyamin, kokain) 2)Lysinu – piperidinové (piperin, lobelin), chinolizidinové (cytisin, lupinin) 3)Kyseliny Asparagové ‐ nikotin 4)Tyrosinu – mezkalin, morfinany 5)Tryptofanu – psilocybin, + terpen – vinblastin, ergotamin, chinin 6)Histidinu (Dusík se dostává transaminační reakcí do skeletu, avšak původní donorová aminokyselina není zabudována) 1)Diterpenové alkaloidy ‐ akonitin 2)Steroidní alkaloidy ‐ solanidin
ALKALOIDY Farmaceuticky význmané:
Amaryllidaceae Liliaceae Apocynaceae Loganiaceae Menispermaceae Papaveraceae Ranunculaceae Rubiaceae Rutaceae Solanaceae
Atropa belladona, Hyoscyamus niger (Solanaceae); Erythroxylum coca; Papaver somniferum (Papaveraceae); Colchicum autumnale (Colchicaceae); Catharanthus roseus – Vinca rosea (Apocanaceae); Cinchona (Rubiaceae); Camptoteca acuminata (Nyssaceae); Claviceps purpurea (Clavicipitaceae); Ephedra (Ephedraceae)
FLAVONOIDY
Šikimátová dráha Acetátová dráha (3x AcCoA)
Flavanony (naringenin), Flavony (apigenin, luteolin), flavonoly (kampferol, quercetin) Glykosidy – Rutin (quercetin‐O‐Glc‐Rha), Naringin (naringenin‐O‐Glc‐Rha) Katechiny – kondenzované třísloviny Antokyany – barviva Antioxidanty, kardiovaskulární choroby, lomivost kapilár Isoflavonoidy – Fabaceae (Medicago, Trifolium, Glycine max) – daidzein, genistein; Fytoestrogeny, protekce před estrogen dependentními karcinomy (rakovina prsu), doplňky stravy při menopauze
KUMARINY
• Kumariny Laktony derivátů k. skořicové (kumarin, umbeliferon, aeskuletin, skopoletin) Apiaceae, Rutaceae Melilotus officinalis – tvorba dikumarolu (warfarin) – krvácení
Šikimátová dráha Terpen
Furanokumariny – psoralen, bergapten, xantotoxin (UV absorpce) – toxicita (puchýře), vitiligo, lupenka Ruta graveolens, Heracleum
LIGNANY • Dimery derivátů kys. skořicové – koniferylalkohol …
• Podophylum, Berberidaceae Podofylotoxin, Etoposid (cytostatikum i.v. polosyntetický) • Flavonolignany silybin, silychristin, silydianin – Silybum marianum – hepatoprotektivum Léčivá látka: Cardui mariae fructus extractum siccum ‐ suchý extrakt plodu ostropestřce marianského (20 – 33,1 : 1) od 68,03 do 75,19 mg v jedné obalené tabletě (odpovídá 50 mg silymarinum, přepočteno na silibinin [acetonový extrakt]. www.sukl.cz Silymarin AL
Cardui mariae fructus extractum siccum (35‐40:1) 204 mg (odpovídá 150 mg silymarinu, přepočteného na silybinin), extrahováno metanolem, v jedné obalené tabletě. www.sukl.cz Lagosa
TERPENY
• Mono‐ a Seskvi‐terpeny – nejčastější složkou silic; Lavandula, Rosa, Melissa, Citrus, Eucalyptus, Mentha, Thymus, Salvia, Matricaria, Zingiber, Artemisia, Humulus
• Silice Těkavé, intenzivně vonící směsi přírodních látek Lipofilní, ve vodě těžce rozpustné Zastoupeny metabolity ze všech metabolických drah Pinaceae, Lauraceae, Rutaceae, Asteraceae, Lamiaceae, Apiaceae Žlaznaté trichomy, siličné kanálky, siličné buňky
TERPENY
Nagy M., 2011
Nagy M., 2011
• Diterpeny Ginkgo biloba – standardizované extrakty z listů – zlepšení prokrvení mozku a dolních končetin; ginkgolidy (A, B, C, J, M) a flavonoidy Taxus brevifolia ‐ Taxol®, paclitaxel (3 dospělé stromy – 100 let – poskytnou cca 1 g taxolu), využití polo‐syntézy z 10‐deacetylbaccatinu; cytostatikum • Triterpeny Steroidy Triterpenické saponiny* • Tetraterpeny Karoteny, lutein, lykopen
SAPONINY KARDIOGLYKOSIDY • Aglykon – lipofilní • Cukerný řetězec – hydrofilní (až 12 monosacharidových jednotek) • (Glykosidy obecně)
• Triterpenické pentacyklické saponiny* Ve vodě pění (surfaktanty, amfifilní molekula) Hemolytické vlastnosti, i.v. toxické Glycyrrhizin (Glycyrrhiza glabra) Aescin (Aesculus hippocastanus) Ženšen (Panax ginseng) – ginsenosidy Prvosenka, břečťan, měsíček, divizna • Kardioglykosidy Digitalis purpurea, Digitalis lanata Apocynaceae, Asclepiadaceae, Liliaceae (Convallaria)
SLIZY TŘÍSLOVINY HOŘČINY • Číslo bobtnavosti • Vazba na proteiny – vyčiňování kůže • Číslo hořkosti
• Slizy – bobtnající polysacharidy Malvaceae (Malva sylvestris, Althea officinalis), Plantago, lišejník islandský Kyselina galakturonová a glukuronová rhamnóza, galaktóza, arabinóza • Třísloviny – svíravá chuť (adstringentní) , polyfenoly, všeobecně rozšířené • gallotaniny – kyselina gallová (duběnky, Juglans regia, Hamamelis virginiana • katechinové – Quercus, Potentilla, borůvka • Camellia sinensis – epigalokatechin‐3‐galát
• Hořčiny – různá chemická struktura, hořce chutnající látky bez jiného farmakologicky významného účinku. Terpeny s laktonovým seskupením Hořec žlutý, čubet lékařský, Gentianaceae (gentiopikrosid), Asteraceae zeměžluč okolíkatá (achilin, absinthin)
OSTATNÍ • Vitamíny • Organické kyseliny • Minerální látky • Kapsaicin • Xantinové deriváty (alkaloidy, ale dusík není bazický) • Sirné látky česneku • Glukosinoláty (Brassicaceae) • Kyanogenní glykosidy (Prunus)
Využití léčivých rostlin • Biologicky aktivní sloučeniny – zejména sekundárni metabolity s výrazným efektem na fyziologické funkce člověka a jiných organismů (zvířata, hmyz, rostliny) • Biologicky indiferentní – škroby, slizy, gumy, pektiny, vosky, tuky – využití jako pomocných látek nebo součást technologie zpracování • Fytofarmaka Celkové extrakty – tradiční fytoterapie, celkové působení obsažených látek v extraktu – synergismus; často neznáme jednotlivou účinnou látku zodpovědnou za terapeutický efekt Standardizované extrakty – známe účinné látky, které odpovídají za účinek a standardizujeme jejich obsah v lékové formě Izolované sloučeniny – klasická léčiva (jednotlivá látka – rutin, soubor – aescin, sumární extrakt – sylimarinová komplex) Rozdíl mezi fytoterapií a klasickou medicínou
Využití léčivých rostlin • Sběr a pěstování léčivých rostlin Vyšlechtěné odrůdy Specifika sběru / sklizně – ontogenetické stádium vývoje + sklízený orgán + denní doba + podnebí + lokalita • Biotechnologie Nezávislé na podnebí / počasí Celoroční provoz • Polosyntézy a syntézy Chemická proveditelnost Polosyntézy z prekurzorů – složité sloučeniny s řadou chirálních center
Standardizovaný produkt
Variace obsahových látek ‐ příklady • Alkaloidy Papaver somniferum – morfin: max. za 2½ až 3 týdny po kvetení, dříve jsou obsaženy kodein, thebain, papaverin. Datura stramonium – poměr hyoscin/hyosciamin: mladé sazenice 80%, dospělé rostliny s plody 30% • Silice Mentha piperita – pulegon v mladých rostlinách, menthon a menthol v dospělých Teplota – zvýšená produkce silice / při velmi horkých dnech ztráty Srážky snižují obsah některých metabolitů (alkaloidy, silice …) Délka dne / osvětlení (UV‐B + terpeny, flavonoidy, antokyany) Půdní podmínky (N +silymarin)
Využití léčivých rostlin ‐ extrakce 1:1 tekutý extrakt 10:100 tinktura (separanda) 20:100 tinktura (ostatní) 5 – 10:100 (nálevy, odvary)
stabilizace zmrazením nebo okamžité vylisování šťávy
Jahodář L., 2010
Využití léčivých rostlin ‐ extrakce • Způsoby extrakce (selektivita rozpouštědla, pH, provlhčení) Macerace, infuze, dekokce Perkolace Soxhletova extrakce Extrakce za zvýšeného tlaku Extrakce na pevné fázi Superkritické fluidní extrakce Destilace (silice), lisování (olej) • Důvod – fytoekvivalence / bioekvivalence • Standardní operační postupy doplněné chemickou analýzou – Lékopisné zkoušky (Český lékopis – překlad evropského lékopisu s národní částí; další např. Americký lékopis …)
Využití léčivých rostlin ‐ technologie • Stabilizace / konzervace – sušení • Skladování • Úprava drogy – rozdrobňování, sítování • Mísící zařízení • Extrakce – zahuštění / sušení Extracta fluida Extracta semisolida Extracta sicca • Rafinace – vytřepávání, adsorpce, izolace … • Lékové formy – tobolky, kapky, sirupy, spreje, masti, krémy, gely • Definice Plantae medicinales dle Českého lékopisu – příprava a kontrola (Plantae medicinales ad potionem aquosam), Lékopisné drogy
Výzkum léčivých rostlin • High throughput technologie – bioassay guided • Ethnofarmakologie Artemisinin (Artemisia annua) – tradiční čínská medicína – horečky a malárie. Antimalarikum. Seskviterpenický lakton. Galantamin (Galanthus, Narcissus) – Inhibitor acetylcholin esterázy. Alzheimerova choroba. Registrované léčivo. Alkaloid. Huperzin A (Huperzi serrata) – tradiční čínská medicína pro pro zlepšení paměti u seniorů. Inhibitor acetylcholin esterázy. Alkaloid.
Využití léčivých rostlin ‐ přípravky • Registrovaná léčiva ATC skupina V11 Fytofarmaka (www.sukl.cz) • Př. 1: Gingio (SPC: 80 mg Ginkgo bilobae extractum siccum normatum (35 – 67 : 1), extrahováno acetonem 60% V/V v 1 potahované tabletě (odpovídá 17, 6 ‐ 21,6 mg flavonových glykosidů a 4, 0 ‐ 5,6 mg terpenolaktonů ‐ gingkolidů, bilobalidu). • Potravní doplňky / nutraceutika
Využití léčivých rostlin ‐ přípravky • Registrovaná léčiva • Př. 2: Lagosa (SPC: Cardui mariae fructus extractum siccum (35‐40:1) 204 mg (odpovídá 150 mg silymarinu, přepočteného na silybinin), extrahováno metanolem, v jedné obalené tabletě). • Potravní doplňky / nutraceutika
Využití léčivých rostlin – další léčivé přípravky – registrované Detralex: Flavonoidorum fractio purificata micronisata 500 mg: Diosminum 450 mg, Flavonoida 50 mg vyjádřené jako Hesperidinum v jedné potahované tabletě. Sinupret: 1 obalená tableta obsahuje: Gentianae radix 6,0 mg Primulae flos 18,0 mg Rumicis herba 18,0 mg Sambuci flos 18,0 mg Verbenae herba 18,0 mg Chamomilla‐Teva: Matricariae extractum fluidum 25 ml, 100 ml. Pomocné látky: ethanol 96% (V/V) Paclitaxel 6mg/ml koncentrát pro přípravu Infuzního roztoku.
