ПРИРОДНЫЕ ПОЛИФЕНОЛЫ: БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ, ПУТИ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ (ОБЗОР)

Аннотация:

Полифенолы — продукты вторичного метаболизма растений, широко применяемые в качестве биологически активных соединений в фармакологии, медицине, сельском хозяйстве. Фенольные соединения встречаются во всех органах самых различных растений (плоды, семена, корни, кора, древесина и листья). В тканях растений идентифицировано более 8000 различных фенольных соединений. Широта их распространения в растительном мире определяет разнообразие их химической структуры. Фенольные соединения существуют в растениях в виде мономеров, олигомеров, полимеров и представлены простыми фенолами, гидроксикоричными и гидроксибензойными спиртами, альдегидами и кислотами, флавоноидами, стильбенами, лигнанами и их производными, дубильными веществами и лигнином. Флавоноиды составляют один из самых многочисленных классов природных фенольных соединений, представляя собой полифенолы, структурной основой которых служит флавоновое ядро, содержащее два ароматических кольца, соединенных СЗ-мостиком. В зависимости от структуры ядра выделяют катехины, лейкоантоцианы, антоцианы, флавононы, флавоны, флавонолы, халконы и т д. Флавоноиды широко представлены в различных овощных культурах, фруктах, цветках, семенах, коре деревьев, и поэтому являются важной составной частью рациона питания животных и человека. Частью обширной группы полифенолов являются соединения стильбена, структурно и функционально родственные флавоноидам фенольные соединения с двумя бензольными кольцами. Соединения стильбена встречаются во многих видах растений, в том числе в хвойных деревьях, являются природными фенольными защитными соединениями, обладающими антимикробной активностью по отношению к фитопатогенам и антиоксидантной к окислителям — озону и ультрафиолетовому облучению. Основными представителями класса стильбенов являются широко применяемые в современной фармацевтике, медицине и промышленных технологиях ресвератрол, птеростильбен, пиносильвин, рапонтицин. Типичный представитель класса — стильбен широко используется в сцинтилляционных счетчиках, а его производные находят применение как красители, оптические отбеливатели, противоопухолевые препараты и искусственные гормоны с высокой эстрогенной активностью. Стильбены привлекают большое внимание в связи с их широким спектром действия. Онипроявляют антиоксидантные, противоопухолевые, противовоспалительные, антибактериальные, антивирусные, антималярийные свойства, ингибируют различные патологические процессы. Стильбены проявляют нейропротективные свойства при нейротоксическом воздействии глутамата, повреждении головного мозга при церебральной ишемии, выявлены также их гепатопротекторные свойства. Было продемонстрировано, что они могут ингибировать ряд ферментов, активирующихся при воспалительных реакциях. По функциональным свойствам стильбены и флавоноиды относятся к большому классу фитоалексинов, представляющих собой растительные антибиотики. Фитоалексины являются компонентами системы защиты растений от болезней и способны инактивировать микробных возбудителей. Особое внимание исследователей к этим классам соединений обусловлено их уникальными антиоксидантными, противовоспалительными, антимикробными, гепаго- и кардиопротекторными, антиканцерогенными и антидиабетическими свойствами, которые проявляют отдельные их представители. Обзор посвящен характеристике биологической активности фитоалексинов флавоноидной и стильбеновой природы в различных системах, основным механизмам их действия и возможным способам применения в современной науке, медицине и биоинженерии. Флавоноиды представляют собой группу природных соединений, насчитывающую более 8000 представителей, и этот список постоянно пополняется. Являясь продуктами вторичного метаболизма растений, флавоноиды не только широко распространены в природе, но также в продуктах, полученных на основе растений — красном вине, меде, чае, различных плодах и ягодах, семенах, коре и древесине деревьев. Химически флавоноиды представляют собой 15-углеродный скелет, включающий два бензойных кольца (А и В), связанных через гетероциклическое пирановое кольцо (С). Группа флавоноидов насчитывает несколько классов: флавоны, флавонолы, флавононы, катехины, лейкоантоцианы, антоцианы, халконы. Различные классы флавоноидов отличаются по уровню окисленности и характеру замещения С-кольца, тогда как отдельные представители флавоноидов внутри каждого класса различаются по типу замещения А- и В-колец. Разделение флавоноидов на классы обусловлено особенностями их биосинтеза в растительных клетках, определяющего наличие различных промежуточных (халконы, флаваноны, флаван-3-олы) и конечных (флавоны и флавонолы) продуктов метаболизма. Флавоноиды распространены также в виде агликонов, гликозидов и метилированных производных. Базовая структура флавоноидов представляет собой агликон. Шестичленное кольцо конденсировано с бензойным кольцом либо в виде а-пирона (у флавонолов и флавононов), либо его дигидропроизводного. Положение бензойного заместителя делит класс флавоноидов на собственно флавоноиды (положение 2) и изофлавоноиды (положение 3). Флавонолы отличаются от флаванонов гидроксильной группой в положении 3 и двойной связью С2-С3. Халконы имеют нециклический СЗ-фрагмент. Флавоноиды часто гидроксилированы в положениях 2, 3, 5, 7, 3', 4' и 5'. Широко распространены также метиловые и ацетиловые сложные эфиры спиртовой гидроксильной группы. При образовании гликозидов гликозидная связь обычно формируется в положении 3 или 7, а углеводным компонентом могут служить L-рамноза, D-глюкоза, глюкорамноза, галактоза или арабиноза. Распространение в растениях и типичные представители фитоалексинов флавоноидной природы представлены в табл. 1. Стильбены — изкомолекулярные (Mr = 210—270) соединения полифенольной природы, широко распространенными в природе в растениях: винограде, чернике и других растениях. Структурно стильбены обладают базовым углеродным скелетом С6—С2—С6, включающим 2 фенильных группы, связанные этиленовым мостиком. Стильбены существуют в виде изомеров Е и Z в зависимости от расположения функциональных групп относительно двойной связи. Z-форма стильбенов (транс-ориентация молекул) обладает более высоким потенциалом в реализации антиоксидантного действия на животных моделях. Распространенность наиболее значимых представителей стильбенов представлена в табл. 2.Флавоноиды играют важную роль в жизни растений, выполняя функции мессенджеров во взаимодействии растения и окружающей среды. Эти соединения способны регулировать движение фигогормона ауксина, создавая его градиент в клетках растений и вызывая таким образом формирование различных морфоанатомических фенотипов. Например, затененные растения, богатые кемпферолом или производными апигенина, имеют длинные междоузлия и большую листовую пластинку в сочетании с уменьшенной толщиной листьев, что позволяет им эффективно использовать солнечную радиацию. В основе такой регуляции лежит взаимодействие флавоноидов с гликопротеинами плазматической мембраны (PIN и MDR), вовлеченными в движения ауксина из клетки в клетку. Флавоноиды у растений выступают также биомаркерами абиотического стресса. Воздействиеабиотических стрессорных факторов на растение приводит к развитию окислительного стресса, который, в свою очередь, приводит к генерации избыточных количеств активных форм кислорода (АФК). Способность флавоноидов поглощать солнечный свет при длинах волн, соответствующих диапазону длинноволнового (UV-A) и средневолнового (UV-B) ультрафиолетового излучения, ингибирует индуцируемую им продукцию АФК. Эта способность к гашению АФК строго зависит от природы заместителей в фенольных кольцах соединений. Дигидроксипроизводные В-кольца обладают большей антиоксидантной активностью, в то время как моногидроксипроизводные обладают значительным потенциалом поглощения АФК, генерированных в ходе солнечной радиации. Эти свойства флавоноидов при избыточном солнечном облучении обеспечивают растениям защиту по механизму оптического экранирования УФ-излучения. Анализ спектров поглощения экстрактов кожицы плодов, адаптированных к сильному свету, показал, что флавонолы, представленные главным образом, гликозидами кверцетина и антоцианами, существенно поглощают свет при 400—420 нм, обеспечивая наряду с хлорофиллом и каротиноидами, защиту клеток от избыточного излучения и его последствий. Антиоксидантная активность флавоноидов в растительных клетках, обусловленная способностью к гашению АФК, была недавно подтверждена. Обнаружено,что флавоноиды локализованы в ядрах клеток мезофилла и хлоропластах, где происходит первичная продукция агрессивных форм АФК, включая гидроксильные радикалы и синглетный кислород. В ходе различных стрессовых воздействий (засухи, засоленности почв, высоко- и низкотемпературного стрессов, ограничения питания) происходит также ограниченная диффузия углекислого газа к сайтам карбоксилирования, необходимая для эффективного протекания фотосинтеза. В этих условиях происходит значительное снижение уровня антиоксидантных ферментов в хлоропласте, которое компенсируется возрастанием синтеза АФК-детоксифицирующих флавоноидов. Известно также о взаимодействии ряда флавоноидов, в частности рутина, непосредственно с головками мембранных фосфолипидов, приводящим к поддержанию целостности мембран при оксидативном воздействии. Фитоалексины флавоноидной и стильбеновой природы принимают активное участие в реакциях фитоиммунитета. Показано, что инфицирование злаковых растений патогенными грибами рода Puccinia ингибировалось при увеличении концентрации гликозидов флавоноидов апигенина и лютеолина. Кроме того, на начальных этапах инфицирования растений ржи спорами Puccinia graminis наблюдалось увеличение содержания флавоноидных гликозидов почти на 50%, а при инфицировании растений септориозным грибом Septoria nadorum происходило специфическое новообразование фитоалексинов флавоноидной природы, что подтверждает их участие в специфическом иммунном ответе растений при развитии грибной патологии. Флавоноиды у растений также выполняют роль транскрипционных регуляторов. Накопление флавоноидов в ядрах клеток было отмечено у целого ряда видов: арабидопсиса (Arabidopsis thaliana), рапса (Brassica napus), желтохвоста (Flaveria chloraefolia), ели (Picea abies), тсуги канадской (Tsuga canadensis) и тиса (Taxus baccata). Предполагается, что флавоноиды могут защищать ДНК от УФ-излучения и окислительного разрушения, а также осуществлять прямой либо опосредованный контроль транскрипции генов, необходимых для роста и развития растения, в том числе кодирующих белки-транспортеры фитогормона ауксина. Взаимодействие флавоноидов и стильбенов с микроорганизмами. Флавоноидные и стильбеновые фитоалексины синтезируются в растительных организмах в ответ на развитие микробной инфекции, поэтому обнаружение у них бактерицидной активности не удивительно. Экстракты целого ряда растений, богатых флавоноидами, обладают мощным антибактериальным эффектом. Среди флавоноидов с бактерицидной активностью были отмечены апигенин, галангин, флавон и флавоноловые гликозиды, а также флаваноны и изофлаваноны. Робинетин, мирицетин и эпигаллокатехин обладают способностью ингибировать синтез ДНК в протеях Proteus vulgaris. Бактерицидное действие кверцетина и апигенина на культуру Escherichia coli обусловлено ингибированием ДНК-гиразы. В последние годы все большую актуальность приобретают исследования, направленные на борьбу с инфекционными агентами, образующими биопленки, в частности возбудителями туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis), инфекций верхних дыхательных путей (Streptococcuspneumoniae) и половой сферы (Neisseria gonorrhoeae), кариозной микробиотой (Streptococcus mutans), характеризующимися высокой мультирезистентностью к широкому числу антибиотиков. Некоторые полифенольные соединения, в частности, эпикатехингаллаг и "полифенолы красного вина" (кверцетин, фитезин, кэмпферол, апигенин, хризин, лютеолин, ресвератрол) эффективно ингибировали рост биопленок, образуемых Staphylococcus aureus. Флавоноиды из плодов цитрусовых (нарингенин, кверцетин, синенсетин и апигенин) нарушали межклеточные взаимодействия и таким образом препятствовали образованию биопленок у Е. coli 162. Апигенин, эпигаллокатехин и олигомерные проантоцианы показали эффективность при воздействии на биопленки возбудителя кариеса S. mutans. Механизм антибактериальной активности флавоноидов детально не известен, однако большинство авторов склоняются к множественности потенциальных клеточных мишеней, через которые эти полифенолы могут действовать, вступая в ковалентные и нековалентные взаимодействия с компонентами бактериальных клеток — адгезинами, ферментами, белками клеточной оболочки. Липофильные флавоноиды способны взаимодействовать непосредственно с бактериальными мембранами. Практически все подклассы флавоноидов характеризуются антифунгальной активностью. Проведенные длительные исследования, направленные на выявление фунгицидного эффекта этих полифенолов в отношении патогена животных и человека гриба Candida albicans показали, что основные представители флавоноидов ингибируюг развитие этого штамма в системе in vitro в концентрациях от 4 до 197 мкг в 1 мл. Антифунгальное действие флавоноидов проявлялось как в ингибировании роста колоний и разрушении клеточной стенки гриба, так и индукции апоптоза в дрожжевой культуре.

Авторы:

Издание: Прикладная биохимия и микробиология
Год издания: 2018
Объем: 21с.
Дополнительная информация: 2018.-N 3.-С.215-235. Библ. 182 назв.
Просмотров: 1706