Laktony v rostlinách a doplňcích stravy - druhy, vlastnosti a lékařské perspektivy
Stejně jako v našem těle koluje množství zdraví prospěšných látek, je tomu tak i v případě rostlin. Mnoho složek obsažených v rostlinách působí pozitivně nejen na ně samotné, ale také na nás, když je konzumujeme. Složky jako polyfenoly, flavonoidy, alkaloidy a steroly jsou dobře známé. O laktonech se mluví méně, ale to by jim nemělo ubírat na jejich vlastnostech. Vědci se laktony již dlouho inspirují při vývoji nových léků, které pomáhají pacientům s mnoha onemocněními. Také v některých velmi oblíbených doplňcích stravy, jako je Ginkgo biloba nebo Ashwagandha, najdeme laktony, které jsou zodpovědné za jejich zdraví prospěšné účinky. V tomto článku se budeme zabývat tím, jaké typy laktonů se v přírodě vyskytují, kde se vyskytují a za co jsou zodpovědné, a také tím, co od nich můžeme v budoucnu očekávat. Čtěte až do konce!
- Co jsou laktony? Definice a vlastnosti
- Příklady přírodních laktonů, které se používají v doplňcích stravy
- Rozdělení a klasifikace laktonů
- Průmyslové aplikace laktonů
- Shrnutí
Co jsou laktony? Definice a vlastnosti
Laktony jsou biologicky aktivní sloučeniny, které se vyskytují v mnoha rostlinách, ale také v houbách, bakteriích, mořských houbách a dalších organismech. Mnohé z nich jsou aromatické látky, které rostlinám propůjčují vůni a někdy i chuť. Nejsou však tak malé a těkavé jako látky obsažené v esenciálních olejích. V nich mohou být obsažena jen malá množství laktonů, protože jejich hmotnost je příliš velká na to, aby mohly účinně projít při destilaci. Vůni laktonů si naopak můžeme vychutnat, pokud místo destilovaných esenciálních olejů zvolíme absolutní (např. jasmín) nebo lisované (např. bergamot).
Z chemického hlediska je lze klasifikovat jako intramolekulární cyklické estery hydroxykyselin s různou velikostí kruhu[1]. Vzhledem ke stabilitě struktury kruhu jsou nejčastější γ- a δ-laktony s pětičlennými a šestičlennými kruhy. Řecká písmena se používají pouze k označení velikosti laktonového kruhu. Tak například všechny γ-laktony mají pětičlenné kruhy a všechny ε-laktony mají sedmičlenné kruhy.
Sloučeniny s laktonovým fragmentem mohou mít zcela odlišné uhlíkové skelety a mohou být přiřazeny k různým třídám sloučenin, například k seskviterpenovým laktonům, kumarinům nebo laktonům se steroidním skeletem.
Chemické skelety jsou postupně α-, β-, γ-, δ-laktony.
Nejmenší sloučeniny v této třídě jsou α-, β-, γ-, δ- a ω-laktony. Obsahují 3, 4, 5, 6 a 7členné kruhy. Vysoká stabilita laktonových kruhů určuje široký výskyt γ- a δ- laktonů v přírodě. Odhaduje se, že se v přírodě vyskytuje více než 3 000 γ-laktonů. Naproti tomu α-laktony lze získat pouze synteticky[2].
Díky této rozmanitosti se jedná o mimořádně zajímavou skupinu, která vykazuje řadu důležitých chemických a biologických vlastností[1]. Mezi tyto aktivity patří nejčastěji zmiňované:
- cytotoxické,
- protizánětlivé,
- antimalarika,
- antivirové,
- antimikrobiální.
Laktony a jejich deriváty jsou považovány za kandidáty na zaplnění mezery ve farmakologii, která vznikla rozšířením patogenních bakterií rezistentních vůči konvenčním antibiotikům. Přitom je třeba zmínit, že laktony se v medicíně vyskytují již dlouho. Například antibiotikum erytromycin má kromě jiných funkčních skupin také 14členný laktonový kruh.
Příklady přírodních laktonů, které se používají v doplňcích stravy
Začněme praktickými informacemi, tj. které laktony můžete užívat ve formě doplňků stravy, abyste skutečně změnili své zdraví. Klasifikaci a chemické podrobnosti se dozvíte později v tomto článku.
Terpenové laktony
Výtažky z ginkgo biloby jsou jedním z hlavních zdrojů laktonů v doplňcích stravy. Standardní extrakty jsou standardizovány tak, aby obsahovaly 6 % terpenových laktonů. Tyto laktony se skládají z bilobalidu a ginkgolidů, hlavních účinných látek v ginkgu, které jsou zodpovědné za většinu jeho zdravotních vlastností[3]. Ginkgolidy jsou diterpenové laktony, zatímco bilobalid je triterpenový lakton (přesněji seskviterpenový trilakton). V celkovém souboru laktonů tvoří ginkgolidy 3,1 a bilobalid 2,9 procentního bodu.
Vitanolidy
Jedná se o hlavní skupinu účinných látek ve známé adaptogenní rostlině Vitánii pomalé, známé jako Ašvaganda. Její hlavní doménou je adaptogenní působení, tj. zvyšování odolnosti vůči stresovým podmínkám. Spektrum zdraví prospěšných aktivit je však mnohem širší.
Vitanolidy jsou skupinou přirozeně se vyskytujících laktonových triterpenoidů[4]. Zdraví podporující vlastnosti laktonů z ašvagandy jsou natolik cenné, že probíhají četné pokusy o jejich syntézu a vytvoření derivátů s ještě větším potenciálem.
Artemisinin
Artemisinin je seskviterpenový lakton izolovaný z pelyňku ročního (Artemisia annua). Používá se v doplňcích stravy na podporu imunitního systému a jako protizánětlivý prostředek.
Podle studií je artemisinin účinný jak proti lékům rezistentním, tak proti mozkovým kmenům Plasmodium falciparum způsobujícím malárii[5].
V rostlinách z čeledi aster, zejména v druzích rodu Artemisia, je obsaženo mnohem více různých seskviterpenových laktonů[6], nejen artemisinin. Antimikrobiální aktivita seskviterpenů může souviset se změnami syntézy proteinů, změněnou propustností buněk nebo interakcí s fosfolipidy buněčné stěny narušujícími integritu membrán[1].
Ekdysteroidy
Rostliny jako Ajuga turkestanica, Leuzea carthamoides nebo Spinacia oleracea (tj. špenát obecný) obsahují ekdysteroidy, které mají laktonovou strukturu. Příkladem je ajugalakton nebo kartamosteron[7].
Grafický zdroj - doi: 10.1016/B978-0-444-63473-3.00005-8.
Kavalaktony
Jedná se o účinné látky obsažené v methystinu peprném nebo kava kava. V Polsku bohužel není kava kava schválena pro použití v potravinářských výrobcích, ale například v USA jsou k zakoupení extrakty kava kavy v kapslích se standardizovanými kavalaktony[8]. Je mezi nimi mnoho různých látek, ale jako hlavní uvádíme 6 z nich - jejich kostry jsou znázorněny v následujícím grafu.
Zdroj grafiky - doi: 10.3390/nu12103044
Monakolin K
Z chemického hlediska má monakolin K laktonovou strukturu, která obsahuje esterový kruh. Jeho účinek je analogický syntetickým statinům a po převedení na aktivní kyselou formu se stává inhibitorem enzymu zodpovědného za syntézu cholesterolu v organismu (je inhibitorem HMG-CoA reduktázy)[9]. Panel EFSA usoudil, že monakolin K v laktonové formě je identický s lowastatinem, účinnou látkou několika léčivých přípravků schválených pro léčbu hypercholesterolemie v EU. Z tohoto důvodu byl předpisy omezen povolený denní příjem monakolinu K z doplňků stravy na dávky nižší než 3 mg.
Rozdělení a klasifikace laktonů
Stručně probereme nejpočetnější a nejběžnější skupiny laktonů.
[tento oddíl je trochu nudný, ale stručné zahrnuté chemické informace a je zde silná nasycenost charakteristických klíčových slov; udělal bych to formou rozbalovací harmoniky, tak jak se dělají oddíly faq].
γ-laktony
Jedná se o pětičlenné laktony. γ-laktony jsou přítomny ve struktuře několika přírodních produktů, například γ-nenasyceného butyrolaktonu a α-β-nenasycených butenolidů. Butenolidy vykazují fascinující biologické vlastnosti, např[2]:
- 3-methyl-2H-furo[2,3-c]pyran-2-on vykazuje silnou herbicidní aktivitu,
- flupiradifuron je účinný insekticid,
- rubrolidium M a basidalin vykazují protinádorové vlastnosti,
- 5-oktylfuran-2(5H)-on vykazuje protihnilobnou aktivitu.
Butenolidy a butyrolaktony jsou rovněž známé pro svůj charakteristický zápach, díky němuž se hojně využívají v potravinářském a parfémovém průmyslu.
δ-laktony
Šestičlenné laktony. V přírodě mají široké zastoupení. Stejně jako γ-laktony lze i δ-laktony rozdělit na nasycené a α-β-nenasycené laktony, přičemž druhé jmenované jsou nejčastější. Fragment δ-laktonu je běžný v řadě přírodních sloučenin s různorodou biologickou aktivitou[2], např:
- inhibice HIV proteázy,
- indukce apoptózy (goniotalamin a rasfonin),
- antileukemická aktivita (diktyopyron C),
- protirakovinné účinky (pyronetin),
- leishmanicidní účinky,
- trypanicidní,
- antimykotika (argentilakton),
- antimikrobiální,
- protizánětlivě.
Středně velké laktony
Tyto laktony obsahují kruhy obsahující 8 až 11 členů. Desetičlenné dekalaktony jsou v přírodě nejhojnější. Z přírodních 8členných laktonů rozlišujeme oktalaktony A a B. Mají potenciální cytotoxickou aktivitu proti melanomovým a kolorektálním nádorovým buňkám. Dalším příkladem přirozeně se vyskytujících 8členných laktonů jsou cefalosporolidy a solandelaktony[2].
Oxylipiny, halicholakton, neohalicholakton a topsentolidy jsou některými zástupci 9členných laktonů. Sedm topsentolidů (A1, A2, B1, B2, B3, C1 a C2) vykazovalo mírnou cytotoxickou aktivitu vůči lidským nádorovým buněčným liniím. Antimycinové dilaktony jsou známé svými antibiotickými a antimykotickými vlastnostmi a schopností vyvolat apoptózu nádorových buněk. Dekalaktony neboli nonanolidy jsou nejlépe prozkoumané přírodní laktony střední velikosti a vykazují řadu biologických vlastností. Dekaestrin se vyznačuje inhibičním účinkem na biosyntézu cholesterolu.
Ftalidy
Ftalidy jsou bicyklické molekuly tvořené kombinací γ-laktonu a benzenového kruhu. Jsou to důležité organické molekuly produkované několika rody rostlin z čeledi Apiaceae. Tyto sloučeniny se vyskytují také v čeledích Asteraceae, Acanthaceae, Amaranthaceae a Magnoliaceae.
Tato třída sloučenin je studována již od 18. století a v literatuře existuje řada zpráv o jejich rozmanitém etnobotanickém využití a biologických aktivitách. Např:
- (S)-3-n-butylftalid se uvádí na trh jako antikonvulzivum pro léčbu mozkové ischemie,
- isopestacin má antimykotické a antioxidační vlastnosti,
- fuscinarin má antiemetické účinky,
- (±)-koncentrikolid má antivirovou aktivitu.
Ftalidy vykazují také antimikrobiální, protidestičkové a analgetické vlastnosti.
Kumariny
Jedná se o rostlinné a houbové sekundární metabolity. Tyto heterocyklické sloučeniny obsahují benzenový kruh spojený s α-pyronem. Pozornost přitahují svými antivirovými, protinádorovými, preventivními účinky proti Alzheimerově chorobě, antidepresivy, antibiotiky (armillarin), protizánětlivými (scopoletin) a antikoagulačními účinky (warfarin a dikumarol).
Kumariny se hojně používají v kosmetickém, barvířském a potravinářském průmyslu a jako luminiscenční materiály.
Furanokumariny
Sloučeniny obsahující furanový kruh spojený s kumarinovým skeletem. Jsou produkovány rostlinami v reakci na stres a jako ochrana před predátory, jako jsou houby, bakterie a hmyz. Furanokumariny se používají k léčbě kožních onemocnění.
Spirolaktony
Jedná se o přirozeně se vyskytující sloučeniny, které tvoří velkou skupinu strukturně rozmanitých molekul s širokou škálou biologických aktivit:
- antimikrobiální (spiroindicumid A),
- antimykotika (perrenniporid A),
- protizánětlivé (abiespirosid A),
- antiparazitika (plumericin),
- antivirový (biyouyanagin B),
- cytotoxický (yaoshanenolid A).
Kromě přirozeně se vyskytujících sloučenin zahrnují spirolaktony syntetické steroidy známé jako 17α-spirolaktony. Nejznámějším zástupcem této třídy je spironolakton díky svému antagonismu vůči aldosteronu, hormonu systému renin-angiotenzin-aldosteron, který je spojován s hypertenzí, srdeční hypertrofií a srdeční a cévní fibrózou.
Strigolaktony
Jedná se o fytohormony izolované z rostlin rodů Striga a Orobanche. Strigolaktony stimulují klíčení semen parazitických rostlin při zjištění hostitele, regulují růst rostlin, inhibují klíčení a zprostředkovávají podzemní chemickou komunikaci mezi rostlinami a sousedními organismy. Nejznámější přírodní příklady mají tricyklické ABC jádro s γ-laktonem jako jedním z kruhů a exocyklický D kruh butenolidu. Tuto strukturu lze nalézt v 5-deoxystrigolu.
Strigolaktony se používají jako půdní přísady k regulaci plevelů, čímž se snižují zemědělské ztráty spojené se škodami způsobenými plevely. Tyto sloučeniny vyvolávají sebevražedné klíčení. To znamená, že signály vysílané přítomností izolovaných rhizosférických sloučenin nebo jejich syntetických ekvivalentů vyvolávají klíčení parazitických semen bez přítomnosti hostitele, což vede k úhynu plevelů.
Makrolaktony
Makrolaktony neboli makrocyklické laktony obsahují kruhy s 12 nebo i více členy. Lze je klasifikovat jako olidy nebo diolidy.
Kukuolidy působí jako feromony a jsou využívány mnoha živočichy k chemické komunikaci. Kukuolid X byl identifikován jako feromon přitahující samičky brouka Oryzaephilus surinamensis, škůdce kukuřice a rýže.
Makrolaktiny jsou makrolidy izolované z kmenů bakterií Bacillus a Actinomadura. V současné době je v literatuře popsáno 19 makrolaktinů (A-S). Jejich biologická aktivita se pohybuje od antivirové po antimykotickou. Např. makrolaktin A vykazuje silnou aktivitu proti viru herpes simplex a může kontrolovat replikaci HIV u lidí. Makrolaktiny T a B jsou naopak schopny inhibovat houby Alternaria solani a Pyricularia oryzae a bakterii Staphylococcus aureus. Dále jsou to chinolidomyciny A1, A2 a B1, z nichž chinolidomyciny A1 a B1 inhibují růst různých nádorových buněk, včetně buněk rezistentních vůči lékům.
Motivováni četnými příklady přirozeně se vyskytujících laktonů a jejich širokou škálou biologických aktivit obrátili chemici spojení s organickou chemií svou pozornost ke konstrukci laktonových kruhů.
Průmyslové aplikace laktonů
Laktony jsou natolik zajímavé látky, že by bylo medvědí službou nevyužít jejich potenciál. Z tohoto důvodu se používají v řadě průmyslových odvětví.
Laktony jsou aromatické sloučeniny, takže jedním z nejsilnějších příjemců je parfumérský průmysl. Smyslové vlastnosti laktonů umožňují získat neobvyklé vůně, jako je vůně jasmínu, vanilky nebo kočičí máčky. Na etiketách parfémů a parfémované kosmetiky lze nalézt různé látky s laktonovou strukturou.
Široké využití našly také v zemědělství a zahradnictví. Některé laktony mají velmi účinný účinek proti hmyzu, parazitům nebo plevelům.
Shrnutí
Do skupiny laktonů patří tisíce různých látek. Ačkoli mají společný prvek ve struktuře (laktonový kruh), mohou se drasticky lišit, pokud jde o jejich účinek. V populárně-naučných textech jim není věnována taková pozornost jako například polyfenolům, ale přesto existuje mnoho laktonů, které mají vynikající účinky na lidské zdraví. Právě laktonům vděčíme za blahodárné účinky bylin, jako je ašvaganda nebo gingo biloba. Přítomnost laktonů v přírodě a provádění jejich dalšího výzkumu otevírá vědcům dveře k získání nových nástrojů pro vývoj nových a lepších léků, které zachraňují lidské životy. Držíme palce, abychom ze síly laktonů mohli těžit co nejvíce!
Zdroje:
⮜ Předchozí článek
Tréninková výkonnost - co to je?
Další článek ⮞