Флавоноиди - Биология

The Флавоноиди са група фитохимикали, към които принадлежи голяма част от цветните пигменти. Те са получени химически от основната структура на Flavan (2-фенилхроман) и се състоят от два ароматни пръстена, свързани с тетрахидропиран пръстен. В природата има около 8000 съединения, чието разнообразие се създава от различни степени на окисление в кислородсъдържащия пръстен, различни замествания на ароматните пръстени и добавянето на захари (образуване на гликозиди). Биосинтезата се осъществява по пътя на шикимовата киселина.

пътя шикимовата

Флавоноидите присъстват универсално в растенията, следователно и в човешката храна. Твърди се, че имат особено антиоксидантни свойства. Няколко растения, съдържащи флавоноиди, се използват медицински.

Флавоноидите са открити през 30-те години на миналия век от носителя на Нобелова награда Алберт фон Сент-Гьорджи Нагираполт и първоначално наричан витамин П. "P" във витамин P означава "фактор на пропускливост".

Някои растения харесват дъба на бояджията (Quercus tinctoria), стената на бояджията (Reseda lutea) или черницата на бояджията (Maclura tinctoria) са били използвани за пожълтяване в миналото. След идентифицирането на съставките им тази група оцветители се нарича флавони, след латинската дума flavus за жълто. Когато беше признато, че много съставки са структурирани по един и същ начин, много от които са оцветени по различен или безцветен начин, групата вещества се нарича флавоноиди. [1]

Поява

Флавоноидите са универсални в растителното царство и се срещат в семенните растения, както и в мъховете и папратите. Образуването на флавоноиди е известно само от няколко микроорганизма, като например лейка Aspergillus candidus. Животните не могат да произвеждат флавоноиди. Появата при някои животински видове, например в крилата на някои пеперуди, се дължи на поглъщането на растителни флавоноиди с храна и съхранението им в организма. [2] Според друга информация флавоноидите са ограничени до растенията. [1]

Структура, разнообразие и подгрупи

Основната структура на флавоноидите се състои от два ароматни пръстена, които са свързани с мост С3. Пръстен А показва най-вече модела на заместване на флороглюцин, което показва неговия ацетогенинов произход. Пръстен В и мостът С3 идват от пътя на шикимовата киселина, пръстен В е предимно хидроксилиран на 4 ', често също на 3' или 3 'и 5'. В по-голямата част от флавоноидите (с изключение на халконите) мостът С3 е затворен, за да образува О-хетероцикличен пръстен (пръстен С). Следователно основната структура на флавоноидите е флаванът (2-фенилхроман). Пръстен В рядко се премества в позиция 3 (изофлаван, получен от изофлавони) или 4 (неофлаван). [1]

Вече са описани общо над 8000 различни флавоноиди (към 2006 г.). Дизайнът, особено степента на окисление в моста С3, служи за подразделяне на флавоноидите в различните подгрупи. [1]

Флавоноидите са разделени на различни групи според степента на окисление на моста С3. Шест основни подгрупи се срещат в повечето висши растения: халкони, флавони, флавоноли, флавандиоли, антоцианидини и кондензирани танини. Авроните са много често срещани, но не повсеместни. Изофлавони (особено при Fabaceae) и 3-дезокси-антоцианидини, които се използват като предшественици на флобафени, например от Vitis vinifera, Arachis hypogaea и Pinus sylvestris се формират. [3]

Структурното разнообразие на флавоноидите се дължи на големия брой модели на заместване на пръстени А и В, както и на факта, че флавоноидите обикновено не са свободни, а по-скоро като гликозиди. Установени са над 80 различни захари. 179 различни гликозиди са описани за кверцетин. [4]

Примери за основна структура
Халкони Изоликвиритигенин, ксантохумол
Флавони Лутеолин, апигенин
Флавоноли Морин, кверцетин, рутин, кемпферол, мирицетин, изорамнетин, физетин
Флаваноли Катехин, галокатехин, епикатехин, епигалокатехин галат
Флаванони Hesperetin, naringenin, eriodictyol
Флаваноли Таксифолин
Изофлавони Генистеин, Дайдзеин, Ликорицидин
Антоцианидини (антоцианини) Цианидин, делфинидин, малвидин, пеларгонидин, пеонидин, петунидин
Аурон Ауреусидин

биосинтеза

Отправната точка за биосинтеза на флавоноидите е ароматната аминокиселина фенилаланин, която се образува по пътя на шикимовата киселина. Фенилаланинът се превръща във фенилаланин амонячна лиаза (PAL) транс-Превръща се в канелена киселина. Това от своя страна се хидроксилира до р-кумарова киселина чрез 4-хидроксилаза на канелената киселина. Този път е общ за всички фенилпропаноиди. P-кумаровата киселина се активира до цинамоил коензим А. [5]

В следващия етап се образува вторият ароматен пръстен: ензимът халкон синтаза (CHS) образува халкон от цинамоил-КоА и три молекули малонил-коензим А, които идват от пътя на синтеза на мастните киселини. Халконът е в равновесие с флаванон чрез действието на халкон изомераза (CHI). Това затваря третия пръстен. [5]

Трите ключови ензима (PAL, CHS и CHI), както и частично ензимите от следващите етапи на синтез присъстват като ензимни комплекси. Комплексът вероятно е от цитозолната страна на ендоплазмения ретикулум. [3]

Различните пътища водят от флаванон до флавони, флавоноли, изофлавони и антоцианидини. [5]

Биосинтезата на флавоноидите се индуцира от светлина, съхранението се извършва главно във вакуолата. [6]

По-голямата част от ензимите, участващи в биосинтеза на флавоноиди, идват от три класа ензими, които се намират във всички организми: оксоглутарат-зависими диоксигенази, NADPH-зависими редуктази и цитохром Р450 хидроксилази. Двата ключови ензима CHS и CHI принадлежат към различни семейства. CHI вероятно е уникален за растенията както по отношение на последователността, така и по отношение на триизмерната структура. CHS от своя страна принадлежи към суперсемейството на растителните поликетидни синтази. [3]

значение

Различните флавоноиди изпълняват множество функции в растенията.

Флавоноидите формират най-важната група сред цветните пигменти и служат за привличане на опрашители. Антоцианидините осигуряват разнообразие от цветове, вариращи от оранжево до червено до синьо. Всички цветя, съдържащи антоцианидин, също съдържат флавони и/или флавоноли, които служат за стабилизиране на антоцианидините, но в по-високи концентрации също карат цвета на цветята да се измести към синята област. Жълтият цвят на цветята се причинява по-рядко от флавоноиди. Флавонолите като госипетин и кверцетагетин са за жълтия цвят на цветята Gossypium hirsutum, Primula vulgaris и някои композити като Хризантема сегет отговорен. Chalcone и Aurone причиняват жълтия цвят на цветя при някои други астерни растения като Кореопсис и Далия и в девет други семейства растения. Жълтите флавоноиди често се срещат в семейството на маргаритките заедно с жълтите каротеноиди. 95% от цвета на бялото цвете се причинява от флавоноиди: флавони като лутеолин и апигенин и флавоноли като кемпферол и кверцетин, като флавонолите абсорбират малко по-нататък в дългите вълни. [7]

Кондензираните танини взаимодействат с гликопротеините в слюнката на тревопасните животни и имат стягащо действие. Те намаляват смилаемостта на растенията и по този начин възпират много потенциални тревопасни животни. [2]

Други флавоноиди действат като защита срещу тревопасни (репеленти). За специализираните насекоми такива флавоноиди от своя страна са стимуланти за хранене. [2] По-специално, флавонът и флавонолните гликозиди, например на базата на рутин, кверцитрин и изокверцитрин, са токсични за насекомите, докато не са токсични за висшите животни. Растежът на различни гъсеници се намалява драстично в присъствието, например, на изокверцитрин в храната, до 10% от контролните групи. Тези флавоноиди се намират главно в тревистите растения и трябва да заместват кондензиралите танини на дървесните растения. [8-ми]

Флавоните и флавонолите по-специално действат като защита срещу UV лъчение и късовълнова светлина. [2] Те се отлагат в свободна форма на растения на екстремни места, като например в сухи или алпийски райони на листната повърхност, често под формата на брашноподобни покрития. По този начин те предотвратяват фотоокислителното разрушаване на мембраните и фотосинтетичните пигменти. Поради липофилността си, те също намаляват колонизацията на листната повърхност с микроорганизми. Флавоноидите също имат пряк антивирусен, антибактериален и противогъбичен ефект. [9]

Някои растителни флавоноиди играят роля в регулирането на генната експресия в нодулната бактерия Ризобий. [2]

Силно метоксилирани флавоноиди често се откриват в ексудатите на пъпките и други липофилни секрети. Те имат фунгициден ефект, както и нобилетинът в Цитрусови-Превъртете. [2]

Флавоноидите служат като структурен лайтмотив за развитието на селективни GABAA рецепторни лиганди. [10]

Флавоноиди в храните и лекарствата

храна

Хората приемат по-големи количества флавоноиди с храната си. Около две трети от приблизително един грам фенолни вещества, които хората консумират, са флавоноиди. „Смята се, че благодарение на техните антиоксидантни ефекти, които in vitro напр. Т. е по-силен от този на известните антиоксиданти като витамин Е, оказват значително влияние върху човешкото здраве. "[1]

Епидемиологичните проучвания показват по-нисък риск от различни заболявания с по-висок прием на флавоноиди, включително смъртност от сърдечно-съдови заболявания. Флавоноидите действат върху метаболизма на арахидоновата киселина и по този начин върху съсирването на кръвта. Епидемиологичните проучвания не показват връзка с рака, с изключение на рак на белия дроб, рискът от който се намалява главно чрез приема на флавоноиди от ябълки. [4]

Мутагенен или генотоксичен ефект е показан за някои съединения при тестове in vitro. Няма обаче доказателства за токсичност при хора; експериментите с животни не са показали никакви канцерогенни ефекти на флавоноидите. [4]

Някои флавоноиди водят до силно инхибиране на цитохром P450-зависимите монооксигенази (фаза I ензими), докато други водят до активиране. Може да се получи и дозозависимо активиране на фази II ензими. Всичко това може да доведе до лекарствени взаимодействия, като грейпфрут. [4]

Медицинска употреба

Няколко флавоноид-съдържащи лекарствени лекарства се използват терапевтично, както и някои чисти вещества. Те се използват като венозни средства поради техния съдово-защитен, едем-защитен ефект, като сърдечно-съдови средства поради техния положителен инотропен, антихипертензивен ефект, като диуретици, като спазмолитици при стомашно-чревни оплаквания и като чернодробни терапевтици. Ефектът му се дължи основно на антиоксидантните свойства и инхибирането на ензимите. [1]

Епидемиологичните, както и повечето in vivo проучвания показват, че флавоноидите имат положително влияние върху различни сърдечно-съдови заболявания. Традиционно тези ефекти се дължат само на тяхната антиоксидантна активност. Въпреки това, в допълнение към директното свързване на реактивни кислородни видове (ROS), има редица други ефекти, които във фармакологично постижими концентрации също имат положителен ефект върху сърдечно-съдовото влияние на флавоноидите като напр. Таксифолин може да носи отговорност. Те включват по-специално инхибиране на ROS-образуващи ензими, инхибиране на функцията на тромбоцитите, инхибиране на активирането на левкоцитите и съдоразширяващи свойства. [11]

Сред многобройните ефекти на флавоноидите, които са демонстрирани при in vitro и in vivo тестове, най-важни са: [1]

  • антиалергичен и противовъзпалителен ефект
  • антивирусни и антимикробни ефекти
  • антиоксидантен ефект
  • анти-пролиферативни и анти-канцерогенни ефекти

Флавоноидите действат чрез няколко механизма на действие. Фокусът е върху взаимодействието с ДНК и ензимите, активирането на клетките, тяхното свойство като чистачи на свободни радикали и влиянието на различни пътища на трансдукция на сигнала в клетките (NF-κB, MAPK). Флавоноидите инхибират над тридесет ензима в човешкото тяло. Те активират голямо разнообразие от клетъчни типове в имунната система. Последните две свойства са отговорни за противовъзпалителните ефекти на флавоноидите. [1]

Следните флавоноиди се използват като чисти вещества като венозни агенти: [1]

  • Цитрусови биофлавоноиди, хесперидин
  • Диосмин
  • Рутин и хидроксиметил рутинозид

Сред лекарствените лекарства преобладават тези, които съдържат флавонолни гликозиди и гликозилови флавони. Важни лекарствени лекарства, които съдържат големи количества флавоноиди, са: [1]

  • Арника цветя (арника)
  • Листа от бреза (сребърна бреза, блатна бреза)
  • Билка от елда (Fagopyrum esculentum)
  • Листа от гинко (гинко)
  • Goldenrod (от Solidago virgaurea, Solidago gigantea и Solidago canadensis)
  • Бъз (черен бъз)
  • Конуси от хмел (истински хмел)
  • Цветя на лайка (лайка)
  • Цветя на котешка лапа (обикновена котешка лапа)
  • Екстракт от лиственица (таксифолин)
  • Ливадна билка и цветя (ливадна сладка)
  • Плодове от бял трън (бял трън)
  • Пасифлора (от Passiflora incarnata)
  • Горчива портокалова кора (горчив портокал)
  • Невен цветя (невен)
  • Римска лайка
  • Червени лозови листа (Vitis vinifera)
  • Шафран цветя (шафран)
  • Билка магданоз (Viola arvensis и Виола трицветна)
  • Корен от женско биле (сладник)
  • Глог листа с цветя (няколко вида глог)