Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Растения - продуценты биологически активных веществ

Голосов: 5

Рассмотрены структуры и пути биосинтеза некоторых вторичных растительных веществ из классов алкалоидов, изопреноидов и фенольных соединений, которые применяются в современной медицине. Новейшие биотехнологии вносят свой вклад в расширение арсенала природных лекарственных средств.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                                                                                       БИОЛОГИЯ

                                               РАСТЕНИЯ – ПРОДУЦЕНТЫ
                                           БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

                                                                           В. А. ПАСЕШНИЧЕНКО
                                            Институт биохимии им. А.Н. Баха Российской академии наук, Москва



                                                                                                            ВВЕДЕНИЕ
                            PLANTS AS PRODUCERS                                                       Растения отличаются от бактерий и особенно от жи-
                            OF BIOACTIVE COMPOUNDS                                                    вотных поразительным многообразием синтетических
                                                                                                      процессов, конечными продуктами которых является
                            V. A. PASESHNICHENKO                                                      множество соединений самого разного химического
                                                                                                      строения, многие из которых биологически активны.
                            The structures and technology of biosynthesis                             Известны тысячи представителей различных химичес-
                                                                                                      ких классов веществ, и каждый год благодаря прогрес-
                            of some secondary vegetable substances of                                 су в методах выделения и физико-химического анализа
                            alkaloid, isoprenoid and phenol compounds                                 число их увеличивается [1].
                            classes, which are being used in modern medi-                                  Биологически активные растительные соединения
                            cine, are described. The newest biotechnologies                           могут воздействовать различным образом на микроор-
                            contribute to the variety of natural drugs.                               ганизмы, животных и человека. Это послужило осно-
                                                                                                      вой их использования в медицине и создания из них ле-
                                                                                                      карственных средств. Несомненными преимуществами
                            Рассмотрены структуры и пути биосинте-
                                                                                                      получения лекарств из растений являются широкий
                            за некоторых вторичных растительных                                       спектр их биологической активности и экологическая
                            веществ из классов алкалоидов, изопренои-                                 безопасность изготовления, что особенно ценно в на-
                            дов и фенольных соединений, которые при-                                  ше время.
                            меняются в современной медицине. Новей-                                        Природные молекулы растительного происхожде-
                                                                                                      ния служат и еще долго будут служить моделями для
                            шие биотехнологии вносят свой вклад в
                                                                                                      синтеза полезных человеку соединений. Примером та-
                            расширение арсенала природных лекарст-                                    кого соединения может быть салициловая кислота, вы-
                            венных средств.                                                           деленная из коры ивы и некоторых других растений. На
                                                                                                      ее основе было создано такое популярное лекарство,
                                                                                                      как аспирин (ацетилсалициловая кислота). В настоя-
                                                                                                      щее время, несмотря на огромные успехи химиков-син-
                                                                                                      тетиков, из растений получают более трети лекарствен-
                                                                                                      ных препаратов, структура многих из них настолько
                                                                                                      сложна (винбластин, сердечные гликозиды, кокаин, ре-
                                                                                                      зерпин, хинин, колхицин, пилокарпин), что растения
© Пасешниченко В.А., 2001




                                                                                                      еще долго будут их единственным источником.

                                                                                                            ОСОБЕННОСТИ
                                                                                                            ВТОРИЧНОГО ОБМЕНА РАСТЕНИЙ
                                                                                                      Целебное действие лекарственных растений обуслов-
                                                                                                      лено присутствием в них биологически активных ве-
                                                           www.issep.rssi.ru                          ществ, относящихся обычно к продуктам специализи-
                                                                                                      рованного (вторичного) обмена.



                                       П А С Е Ш Н И Ч Е Н К О В . А . РА С Т Е Н И Я – П Р О Д У Ц Е Н Т Ы Б И О Л О Г И Ч Е С К И А К Т И В Н Ы Х В Е Щ Е С Т В   13


                                                          БИОЛОГИЯ
         Реакции и соединения первичного обмена являют-                      кая адаптация. Вторичные метаболиты, по-видимому,
     ся общими для всех живых организмов. В то же время                      играют в этом главную роль, поскольку среди них
     существует огромное число метаболических путей, при-                    обнаружены соединения с аллелопатическими (воз-
     водящих к образованию соединений, присущих лишь                         действующими на соседние растения), инсектицидны-
     немногим видам растений. Чем больше химических ре-                      ми (воздействующими на насекомых), фунгицидными
     акций необходимо для синтеза какого-либо вторично-                      (воздействующими на грибы) и бактерицидными свой-
     го соединения, тем более ограничено его распростра-                     ствами, а также вещества, токсичные и ядовитые для
     нение [2].                                                              животных и рыб, фитоалексины (вещества, защищаю-
         Вторичный метаболизм – это особенность диффе-                       щие растения от патогенных микроорганизмов) и ве-
     ренцированных растительных клеток и тканей. Он                          щества, подобные гормонам животных (фитоэкдизо-
     присущ обычно только специализированным органам                         ны – аналоги гормонов линьки насекомых, аналоги
     и только определенным фазам развития растений [2].                      половых гормонов млекопитающих) [2]. В основу клас-
     Вторичные метаболиты обладают таксономической спе-                      сификации вторичных метаболитов положен биогене-
     цифичностью, то есть каждый из них синтезируется                        тический принцип, что резко отличает ее от химической
     определенным таксоном (на уровне семейства, рода,                       классификации (по характеру функциональных групп).
     вида). Следует отметить связь между первичным и вто-                        Изучению путей биосинтеза вторичных метаболи-
     ричным обменами: как правило, предшественники вто-                      тов способствовало применение в качестве возможных
     ричных метаболитов образуются в процессах первич-                       предшественников более простых соединений, мечен-
     ного обмена, а многие продукты вторичного обмена                        ных изотопами 14С, 13С, 15N, 2Н. В последнее время осо-
     участвуют в жизненно важных процессах роста и раз-                      бенно широко применяют в качестве метки стабильные,
     вития (рис. 1).                                                         а не радиоактивные изотопы с последующим анализом
         К настоящему времени стало достаточно условным                      продуктов методом спектроскопии ядерно-магнитного
     разделение первичного и вторичного обменов. Так, не-                    резонанса.
     которые фитогормоны, каротиноиды, стерины, пре-                             К основным классам вторичных метаболитов рас-
     нилфосфаты, пренилхиноны, пренилированые белки                          тений относятся алкалоиды, изопреноиды и феноль-
     имеют полностью или частично изопреноидное проис-                       ные соединения, в том числе флавоноиды. В растениях
     хождение и участвуют в росте и развитии всех расти-                     синтезируются также цианогенные гликозиды, поли-
     тельных организмов.                                                     кетиды, витамины. Из 30 известных витаминов около
         Как было отмечено ранее, вторичный обмен рас-                       20 поступает в организм человека или животных с расти-
     тений отличается от такового микроорганизмов и жи-                      тельной пищей. Растения являются не только ценным,
     вотных удивительным разнообразием структур обра-                        но и предпочтительным источником витаминов для че-
     зующихся продуктов. Одним из главных условий                            ловека, поскольку в этом случае практически исклю-
     выживания растений в биоценозах стала биохимичес-                       чается возможность передозировки и возникновения

                                                                      H2O    CO2
                                                                            Фотосинтез
                      Алкалоиды                                         Cахара   …     Аминокислоты                       Алкалоиды


                                      …     Шикимовая                                            Стероидные и тритерпеновые
                     Фенилаланин                                Фосфоенолпируват                         гликозиды
                                             кислота

                                                                  Пировиноградная                Изопентенил
                                                                      кислота                     дифосфат               Изопреноиды
                  Фенилпропаноиды
                                                                                          3 Фосфоглицериновый
                                                                    Ацетил-КоА                  альдегид
                                                                              CO2
                     Полифенолы         Флавоноиды            …     Малонил-КоА

                                                                  Жирные кислоты

                                                                     Жиры, масла


                    Рис. 1. Схема путей биосинтеза основных классов вторичных метаболитов из продуктов
                    первичного обмена (названия классов вторичных метаболитов выделены голубым цветом)




14                             С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 7 , № 8 , 2 0 0 1


                                                            БИОЛОГИЯ
гипервитаминозов, что подчас происходит при упо-                                   Алкалоиды обладают высокой фармакологической
треблении синтетических витаминных препаратов.                                 активностью, поэтому большинство лекарственных рас-
                                                                               тений относятся к алкалоидоносам [3]. Содержание ал-
    В современной медицине применяют жирные кис-
                                                                               калоидов в растительном сырье обычно невелико – не
лоты и масла, а также полисахариды растительного
                                                                               превышает нескольких процентов, однако имеются ис-
происхождения, не относящиеся к вторичным метабо-
                                                                               ключения. Так, например, в коре хинного дерева может
литам. В качестве примера можно упомянуть касторо-
                                                                               содержаться до 15–20% алкалоидов. В растительной
вое масло из семян клещевины, масло облепихи, обла-
                                                                               клетке алкалоиды могут накапливаться в вакуоле в виде
дающее ранозаживляющим действием.
                                                                               солей широко распространенных органических кислот:
                                                                               яблочной, лимонной, щавелевой. Большинство алка-
   АЛКАЛОИДЫ                                                                   лоидов не обладают горьким вкусом или запахом, неко-
Термин “алкалоиды” был предложен в 1819 году фар-                              торые из них окрашены. Алкалоиды могут концентри-
макологом Майснером для обозначения веществ со                                 роваться в различных органах растения. Часто бывает
щелочными свойствами, отличающихся от обычных                                  так, что алкалоиды накапливаются не в тех тканях, в
щелочей. В настоящее время к алкалоидам относят                                которых синтезируются. Примером тому может слу-
природные гетероциклические соединения, содержа-                               жить алкалоид никотин, который синтезируется в кор-
щие в циклах помимо углерода один или более атомов                             нях табака, а оттуда поступает в листья, где и запасается.
азота, реже кислорода. В подавляющем большинстве                                   Алкалоиды разнообразны по химическому строе-
случаев предшественниками алкалоидов являются раз-                             нию и происхождению. К настоящему времени извест-
личные аминокислоты (традиционный строительный                                 но более 10 тыс. алкалоидов. По химическому строе-
материал белков). Аминокислоты в процессе синтеза                              нию гетероциклов в их молекулах алкалоиды делят на
алкалоидов подвергаются разнообразным фермента-                                следующие основные группы: производные пирроли-
тивным преобразованиям: их молекулы могут окис-                                дина и пиперидина, хинолина, изохинолина, индола,
ляться (отдавая водород или присоединяя кислород),                             имидазола, пурина (так называются гетероциклы, со-
дегидратироваться (отдавать воду), восстанавливаться                           держащие один или более атомов азота); пептидные ал-
(присоединять водород), соединяться с различными                               калоиды; алкалоиды изопреноидного происхождения,
функциональными группами. Обычно на конечных                                   в том числе дитерпеновые и стероидные. Отдельные
этапах синтеза происходит одно- или многократная                               представители каждой из этих групп обладают разной
циклизация. Поскольку предшественниками алкалои-                               биологической активностью и различным применени-
дов могут быть разные аминокислоты, чаще всего ор-                             ем в современной медицине.
нитин, лизин, триптофан, фенилаланин, то их биосин-                                Среди наиболее известных алкалоидов можно на-
тез нельзя представить в виде единой общей схемы, как                          звать морфин и кодеин, каждый из которых состоит из
в случае изопреноидов или фенольных соединений (в                              пяти циклов (рис. 3). Они были выделены из коробочек
этом случае на начальных этапах образуется единый                              снотворного мака (Papaver somniferum L.). В коробочках
специфичный предшественник – изопренил дифосфат                                снотворного мака найдено более 20 различных алкало-
или шикимовая кислота соответственно). На рис. 2                               идов изохинолинового ряда, в том числе морфин, теба-
показана схема биосинтеза тропанового алкалоида                                ин, кодеин, папаверин и др. Как известно, морфин, об-
L-гиосциамина из орнитина, из которого другими                                 ладая болеутоляющим и противошоковым действием,
путями образуются многочисленные пирролидиновые                                вызывает эйфорию: при его повторном применении
и пирролизидиновые алкалоиды. Кроме классических                               развивается болезненное пристрастие к нему – нарко-
путей синтеза алкалоидов известно значительное чис-                            мания. Кодеин уменьшает возбудимость кашлевого
ло алкалоидов, биосинтез которых происходит по изо-                            центра, входит в состав микстуры Бехтерева, пентал-
преноидному пути [2].                                                          гина, седалгина. Папаверин применяется в качестве

                                          δ-N-метил             N-метил            4-метиламино
                        Орнитин            орнитин             путресцин             бутаналь                Тропин


                                                                       O   H
                                                    N-CH3         O    C C                                КоА-эфир
                                                                                                      троповой кислоты
                                                                        CH2OH
                                                           L-гиосциамин


                                     Рис. 2. Схема биосинтеза L-гиосциамина из L-орнитина




               П А С Е Ш Н И Ч Е Н К О В . А . РА С Т Е Н И Я – П Р О Д У Ц Е Н Т Ы Б И О Л О Г И Ч Е С К И А К Т И В Н Ы Х В Е Щ Е С Т В   15


                                                               БИОЛОГИЯ
     HO                                                                OH                                                            R
                                                        N               CH2 CH3                                                      C O
       O                                  N                                                                                          O
                   N CH3                O C                                                                                    R           O
                                                                                                        O                H O
                                                                                                                                     R     R OH
     HO                                     O                                                           C NH C C C O
              Морфин                                               N                                                                 R
                                            CH3                                                                          OH
                                    O                                                                                          HO
                                                                         CH2 CH3                                                    O O    O
                    H3C                                                  O COCH3
                                O                           N                                                                      C O C O
             H3C                                             HO        C O CH3
                                                            CH3                                                      Таксол            R
                                         Винбластин                    O
     R O                 OH
                                                                                                                                    R – CH3
            Дигитоксин        R – Дигитоксоза–дигитоксоза–дигитоксоза

                    Рис. 3. Структура некоторых алкалоидов (морфин, винбластин) и изопреноидов, использу-
                    емых в медицине

     спазмолитического средства при гипертонии, стено-                            (полиплоиды) обычно отличаются большим размером
     кардии, мигрени.                                                             и большей продуктивностью. С помощью колхицина
         В горных лесах Крыма, Кавказа, Карпат растет од-                         были получены наиболее урожайные сорта кормовых
     но из самых ядовитых растений, которое в народе на-                          трав, свеклы, ржи и других культур. В селекции декора-
     зывают “сонная одурь”, известное в науке как красавка                        тивных, ароматических и лекарственных растений кол-
     белладонна (Atropa belladona L.). К настоящему време-                        хицин позволил добиться поразительных результатов.
     ни из листьев и корней красавки выделили семь раз-                               Упомянутые алкалоиды лишь незначительная часть
     личных алкалоидов, главными из которых являются                              представителей соединений данного класса, обладаю-
     гиосциамин (см. рис. 2) и скополамин. Из красавки го-                        щих различной биологической активностью. Многие
     товят медицинские препараты, которыми пользуются                             из них еще ждут своего часа, чтобы войти в арсенал со-
     для снятия спазмов гладкой мускулатуры. Самые изве-                          временной медицины.
     стные из них бесалол, беллалгин, беллатаминал, солу-
     тан, средства, которые применяются для лечения забо-
     леваний желудочно-кишечного тракта.                                                ИЗОПРЕНОИДЫ
         В современной медицине применяют димерные ин-                            Под этим названием объединяются разные по строе-
     дольные алкалоиды из барвинка (Catharanthus roseus L.)                       нию соединения, которые по числу представителей
     винбластин и винкристин (см. рис. 3), которые явля-                          превосходят все другие классы вторичных метаболитов
     ются одним из наиболее эффективных средств борьбы                            (к 1997 году число выделенных соединений превышало
     с раком. Другие индольные алкалоиды резерпин и ай-                           23 тыс.), но по фармакологической активности они ус-
     малин из корней растения раувольфии (Rauvolfia ser-                          тупают алкалоидам. Большинство изопреноидов име-
     pentina L.) широко используют в качестве гипотензив-                         ют полициклическое строение [4]. Они построены из
     ных (понижающих давление) и психотропных средств.                            разветвленных пятиуглеродных изопреновых единиц:
         В средние века в Европе для лечения подагры и рев-                       H2C=C(CH3)–CH=CH2 , число которых в молекуле мо-
     матизма употребляли клубнелуковицы безвременника                             жет изменяться от 1 до 1000 и более (в каучуке). Общим
     (Colchicum autumnale L.). В 1820 году из них был выде-                       специфическим предшественником изопреноидов яв-
     лен алкалоид, названный впоследствии колхицином, а                           ляется изопентенил дифосфат H2C=C(CH3)–CH2–
     в XX веке из этого растения выделили около 20 различ-                        –CH2-ОФФ [2]. Он образуется у животных, археобак-
     ных алкалоидов. В настоящее время колхицин исполь-                           терий, грибов и в цитоплазме растительной клетки из
     зуют в основном не для медицинских целей, а в генети-                        ацетил-КоА через промежуточную стадию мевалоно-
     ке и селекции растений. Этот алкалоид обладает                               вой кислоты (путь А на рис. 4). У эубактерий и в хлоро-
     уникальным свойством: он подавляет клеточное деле-                           пластах растений функционирует открытый недавно
     ние, клетки не делятся, но ДНК удваивается, что приво-                       другой путь образования изопентенил дифосфата: с по-
     дит к увеличению числа хромосом в ядре или полипло-                          мощью конденсации глицеральдегид-3-фосфата с про-
     идии клетки. Растения с удвоенным числом хромосом                            дуктом декарбоксилирования пировиноградной кислоты



16                                  С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 7 , № 8 , 2 0 0 1


                                                           БИОЛОГИЯ
                                                       …      3-Окси-3-метил-           …      Мевалоновая кислота
                         А      3-Ацетил-КоА                    глутарил-КоА




                                                                                                             …
                                                                                              Изопентенилдифосфат

                         Б




                                                                                                             …
                         Пировиноградная               CO2
                             кислота                       1-Дезокси-D-ксилу-                  2-Метил-D-эритритол-
                                                                                        …
                          Глицеральдегид-                    лезо-5-фосфат                          4-фосфат
                             3-фосфат

               Рис. 4. Схема двух путей начальных этапов биосинтеза изопреноидов до стадии изопенте-
               нил дифосфата: А – из ацетил-КоА через стадию мевалоновой кислоты; Б – из пировиноград-
               ной кислоты и глицеральдегид-3-фосфата через стадию 1-дезоксиксилулозо-5-фосфата

(путь Б на рис. 4). Этот путь требует значительно мень-                       которой кроме глюкозы входят сахара весьма необыч-
ших энергетических затрат, чем путь А.                                        ного строения (дигитоксоза, цимароза).
    В растениях часто встречаются также соединения,                               Лиана Strophanthus kombe L. произрастает во влаж-
у которых только часть молекулы образуется изопрено-                          ных тропических лесах Африки. Местное население с
идным путем, как, например, в пренилхинонах, хлоро-                           давних времен использовало сок этого растения в каче-
филлах. Изопреноидная боковая цепь, гидрофобная по                            стве яда для стрел. Только в 1937 году после длительных
своим свойствам (имеющая сродство к липидам и рас-                            исследований из семян строфанта выделили природ-
творяющаяся в них), помогает этим физиологически                              ный гликозид к-строфантозид, который широко вошел
активным соединениям встраиваться в биологические                             в медицинскую практику и является незаменимым сред-
мембраны.                                                                     ством для оказания скорой помощи: он действует на
                                                                              сердце через 1–3 мин после внутривенного введения.
    Примером такого рода соединений является от-
                                                                                  Сердечные гликозиды являются активным нача-
крытый в 80-е годы новый тип белков – пренилирован-
                                                                              лом еще одного широко известного лекарственного
ные белки, у которых к остатку цистеина с С-конца мо-
                                                                              растения – ландыша майского (Convallaria majalis L.).
лекулы белка присоединен С15 или С20-изопреноидный
                                                                              Его лекарственные свойства известны очень давно и не
остаток. Этот остаток играет роль якоря, закрепляюще-
                                                                              утратили своего значения до сих пор. Раньше из ланды-
го белок в мембране. К настоящему моменту показано,
                                                                              ша готовили лекарства от водянки, сердечных болез-
что около 2% всех белков пренилированы, причем в их
                                                                              ней, эпилепсии, лихорадки. Из ландыша были выделе-
число входят физиологически активные белки [4].
                                                                              ны карденолиды, причем некоторые из них, например
    В последнее время в борьбе с раком возлагаются                            конваллотоксин, по активности превосходят другие
большие надежды на дитерпеноиды таксанового строе-                            сердечные гликозиды – дигитоксин, цимарин. Изуче-
ния, которые выделяют из коры тиссового дерева. Эти                           ние механизма действия карденолидов на сердце пока-
соединения – таксолы (рис. 3) имеют сложное поли-                             зало, что они влияют на систолическое сокращение
циклическое строение, и их невозможно заменить син-                           мышцы миокарда, воздействуя на транспорт ионов ка-
тетическими препаратами. Они являются чрезвычайно                             лия и натрия, осуществляемый мембранной АТФ-азой –
активными цитостатиками, действуя на раковые клет-                            ферментом, который обеспечивает миокард энергией.
ки в очень малых дозах.                                                           Другие важные для медицины группы изопренои-
    Сердечные гликозиды, или карденолиды, образуют                            дов представляют собой стероидные и тритерпеновые
самую фармакологически важную группу изопренои-                               гликозиды, или сапонины. Их название происходит от
дов. Их молекулы построены из стероидной части (аг-                           способности этих соединений к пенообразованию, вы-
ликона) и нескольких сахарных остатков. Наиболее                              званному высокой поверхностной активностью сапони-
значимыми для медицины растениями – продуцента-                               нов. Большинство представителей этой группы имеют
ми карденолидов являются наперстянка и строфант. Из                           высокую биологическую активность, которая обуслов-
наперстянки пурпуровой (Digitalis purpurea L.) и напер-                       ливает лечебное действие и соответственно лекарст-
стянки шерстистой (D. lanata L.) выделено более 50 кар-                       венное применение таких известных биостимуляторов,
денолидов – ланатозидов и пурпуреагликозидов, в том                           как женьшень, солодка, аралия. Подобно сердечным
числе дигитоксин. Карденолиды отличаются друг от                              гликозидам, эти соединения также состоят из агликона
друга строением агликона и сахарной части, в состав                           стероидного или тритерпеноидного строения и сахарной



               П А С Е Ш Н И Ч Е Н К О В . А . РА С Т Е Н И Я – П Р О Д У Ц Е Н Т Ы Б И О Л О Г И Ч Е С К И А К Т И В Н Ы Х В Е Щ Е С Т В   17


                                                             БИОЛОГИЯ
                                                                  L-тирозин
                     Фосфоенолпируват                                             NH3
                                                                                          Оксикоричные            п-Кумарил-КоА       Флавонолиды
      CO2   Cахара                         …     Шикимовая        L-фенилаланин              кислоты                              …
                                                  кислота                               (фенилпропаноиды)         3 Малонил-КоА       Катехины
                     Эритрозо-4-фосфат




                                                                                            …



                                                                                                      …
                                                                                        Лигнины     Кумарины


                                    Рис. 5. Шикиматный путь биосинтеза фенольных соединений


     части. Чаще всего в ее состав входят такие сахара, как                     дана структура диосцина – гликозида диосгенина из
     глюкоза, рамноза, ксилоза, арабиноза.                                      корневищ диоскореи. В настоящее время более 50%
         Женьшень (Panax ginseng C.A. Mey.) называют кор-                       всех стероидных лекарственных средств (главным об-
     нем жизни. Он известен народной медицине Востока                           разом аналогов кортикостероидов, мужских и женских
     уже несколько тысячелетий. Настойка корней женьше-                         половых гормонов, а также противозачаточных средств)
     ня обладает тонизирующими, стимулирующими и адап-                          получают из диосгенина, годовая потребность в кото-
     тогенными свойствами, повышает сопротивляемость                            ром составляет 1000 т.
     организма к заболеваниям. Женьшень оказывает бла-
     готворный эффект при гипотонии, нервных заболева-                                ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
     ниях и депрессиях. Эти свойства особенно важны в на-
                                                                                Фенольные соединения характеризуются присутстви-
     ше время, когда условия современной жизни требуют
                                                                                ем в молекуле одного или нескольких ароматических
     от человека чаще всего не физических, а умственных и
                                                                                циклов, к которым присоединена одна или более гид-
     эмоциональных усилий. Своим тонизирующим дейст-
                                                                                роксильных групп. Большинство фенольных соедине-
     вием женьшень обязан не только комплексу тритер-
                                                                                ний ведет начало от общего предшественника – шики-
     пеновых гликозидов – панаксозидов, а также содер-
                                                                                мовой кислоты, в связи с этим говорят об общем
     жащимся в нем витаминам С, В1 , В2 , пантотеновой,
                                                                                шикиматном пути их биосинтеза [5].
     никотиновой и фолиевой кислотам.
         Стероидные гликозиды по биологической активнос-                            Шикиматный путь биосинтеза фенольных соеди-
     ти несколько отличаются от тритерпеновых. Они обла-                        нений начинается с продуктов обмена сахаров, образо-
     дают фунгицидными (противогрибковыми), бактери-                            ванных в результате фотосинтеза, и проходит несколь-
     цидными, гемолитическими (разрушающими кровь)                              ко стадий до этапа специфичного предшественника
     свойствами. В последнее время у некоторых представи-                       шикимовой кислоты. Далее из нее образуются арома-
     телей этой группы соединений выявлена заметная про-                        тические аминокислоты: L-фенилаланин, L-тирозин,
     тивораковая активность. Возможность их применения                          L-триптофан. Из L-фенилаланина через промежуточ-
     в медицине пока только исследуется, хотя уже сейчас у                      ную стадию оксикоричных кислот (фенилпропанои-
     отдельных стероидных гликозидов отмечены заметная                          дов) образуются флавоноиды и катехины. В самой мно-
     адаптогенная (антистрессовая), антиоксидантная, им-                        гочисленной и широко распространенной в растениях
     муностимулирующая активности и способность сти-                            группе фенольных соединений – флавоноидах молеку-
     мулировать овуляцию у животных.                                            ла содержит два ароматических кольца, причем одно из
         Однако основное их значение для современной ме-                        них образуется по шикиматному пути, а второе – из
     дицины заключается в том, что стероидные гликозиды                         трех молекул активированного ацетата (рис. 5).
     служат исходным сырьем для синтеза многих гормо-                               Флавоноиды накапливаются во многих лекарст-
     нальных и противозачаточных средств. Осуществлять                          венных растениях: в корнях солодки (Glycyrrhiza glabra
     химическим путем общий синтез стероидного ядра с                           L.), траве пустырника (Leonurus cordiaca L.), цветках
     определенными, важными для сохранения биологиче-                           бессмертника (Helichryzum arenarium L.) – и отличают-
     ской активности особенностями стереохимической                             ся широким спектром фармакологического действия.
     конфигурации молекулы чрезвычайно дорого и неце-                           Они обладают желчегонным, бактерицидным, спазмо-
     лесообразно. Гораздо удобнее и дешевле использовать                        литическим, кардиотоническим действием. В медици-
     уже готовое стероидное ядро, присутствующее в агли-                        не широко используют свойство многих флавоноидов,
     коне этих гликозидов. Начиная с 40-х годов для полу-                       например рутина, накапливающегося во многих расте-
     чения стероидного сырья в основном используют агли-                        ниях (Р-витаминный эффект), уменьшать проницае-
     кон диосгенин, получаемый в результате кислотного                          мость и ломкость капилляров. У флавоноидов выявле-
     гидролиза гликозидов, накапливающихся в корневи-                           но также противораковое и противолучевое действие,
     щах различных видов лиан из рода Dioscorea. На рис. 5                      они связывают и выводят из организма радионуклиды.



18                                С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 7 , № 8 , 2 0 0 1


                                                           БИОЛОГИЯ
Отсутствие токсических свойств и избирательность                              обитающих на Земле видов растений, а их насчитыва-
действия на организм человека увеличивает ценность                            ется не менее 250 тыс. К сожалению, прогресс цивили-
флавоноидных соединений и открывает большое буду-                             зации на нашей планете носит техногенный характер,
щее для создания на их основе новых лекарственных                             что неминуемо влечет за собой уничтожение дикорас-
препаратов [5].                                                               тущей флоры. Исчезают тропические леса Амазонии,
                                                                              тундровая растительность в Европе, почти не осталось
   КУЛЬТУРА КЛЕТОК                                                            таежных лесов. Все это приводит к безвозвратным по-
   ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ                                                     терям многих видов растений и присущих только им
Метод культивирования клеток растений на агаризо-                             биологически активных соединений, которые могли
ванных (твердых) или жидких питательных средах в ви-                          бы принести большую пользу медицине будущего.
де каллусных или суспензионных культур весьма пер-                            Этих невосполнимых утрат можно избежать только
спективен в тех случаях, когда вводятся в культуру                            расширяя фронт исследований в области фитохимии,
клетки растений, редких или вообще не произрастаю-                            биохимии растений и биотехнологии.
щих в наших климатических условиях видов. Приме-                                  Поражающие воображение биосинтетические воз-
ром могут служить женьшень и барвинок розовый.                                можности растений еще далеко не раскрыты и ждут
Следует отметить, что биосинтез вторичных метаболи-                           своих энтузиастов-исследователей, которые сумеют
тов у растений – это свойство дифференцированных                              поставить их на службу человеку.
(специализированных) тканей. В связи с этим получе-
ние культур клеток лекарственных растений, накапли-                                 ЛИТЕРАТУРА
вающих биологически активные соединения, пред-                                1. Гудвин Т., Мерцер Э. Введение в биохимию растений. М.:
ставляется сложной, но вполне разрешимой задачей.                             Мир, 1986. Т. 2. 308 с.
Прибегая к методам генетической трансформации и                               2. Лукнер М. Вторичный метаболизм у микроорганизмов, рас-
мутагенеза, а также изменяя определенным образом                              тений и животных. М.: Мир, 1979. 548 с.
                                                                              3. Ловкова М.Я., Рабинович А.М., Пономарева С.М. и др. Поче-
условия культивирования, можно получить культуры                              му растения лечат? М.: Наука, 1989. 254 с.
клеток лекарственных растений, накапливающие фар-                             4. Пасешниченко В.А. Новый альтернативный путь биосинтеза
макологически ценные вещества в достаточных коли-                             изопреноидов у бактерий и растений // Биохимия. 1998. Т. 63,
чествах. Так, в нашей стране были получены культуры                           № 2. С. 171–182.
клеток женьшеня и диоскореи, продуцирующие значи-                             5. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: Распростране-
тельные количества тритерпеновых и стероидных глико-                          ние, метаболизм и функции. М.: Наука, 1993. 272 с.
зидов соответственно. Эти культуры являются основой
биотехнологического способа получения природных                                                Рецензент статьи О.Н. Кулаева
биологически активных соединений, которому при-
                                                                                                                   ***
надлежит большое будущее.
                                                                              Валентина Артуровна Пасешниченко, доктор биологи-
   ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                 ческих наук, профессор, ведущий научный сотрудник
                                                                              лаборатории биохимии и биотехнологии низкомоле-
Мир вторичных растительных веществ богат и разно-                             кулярных природных соединений Института биохимии
образен. Эта кладовая нужных для человека соедине-                            им. А.Н. Баха РАН. Область научных интересов – био-
ний только начинает приоткрывать свои двери. К на-                            химия растительных изопреноидов. Автор 150 научных
стоящему времени обследовано не более 15% всех                                статей.




               П А С Е Ш Н И Ч Е Н К О В . А . РА С Т Е Н И Я – П Р О Д У Ц Е Н Т Ы Б И О Л О Г И Ч Е С К И А К Т И В Н Ы Х В Е Щ Е С Т В    19



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика