Uchebnik

При анализе сведений, приведенных в ранних фармакопеях выявлено, что характер действия лекарственных средств во многом совпадает с современными. Для иллюстрации сказанного можно привести сведения о характере действия корней алтея (Althaea officinalis L.) – мягчительное, слизистое, обволакивающее; семян айвы продолговатой (Cydonia oblonga Мill.) - мягчительное, обволакивающее; соцветий арники горной (Arnica montana L.) - противовоспалительное; корневищ горца змеиного (Polygonum bistorta L.) – вяжущее; коры ивы белой (Salix alba L.) вяжущее, противолихорадочное;

плодов клюквы (Oxycoccus quadripetalus Gilib.) - жаропонижающее,

противоцинготное. Приведенные примеры дают представление о том, с какой степенью точности медицина того времени подходила к оценке фармакологического действия лекарственных средств.

Ввиду довольно точной и достаточно полной осведомленности врачей прошлого о характере терапевтического действия многих лекарственных растений, значительный интерес для современных исследователей должны представлять те сведения медицины, которые не совпадают с современными характеристиками или в чем-то дополняют их. Именно в сведениях подобного рода может скрываться резерв для пополнения современного арсенала лекарственных средств и введения в современную медицинскую практику незаслуженно забытых видов лекарственных растений.

Ежегодно в Казахстане и всех республиках СНГ регистрируется значительное количество новых лекарственных средств, в том числе индивидуальных природных соединений, растений, их частей, сборов, экстрактов, настоек, сиропов, бальзамов, драже, пастилок и т.д., сведения о которых можно найти в Государственных реестрах всех стран, которые ежегодно обновляются и дополняются.

Выше сказанное свидетельствует об огромной и всевозрастающей роли различных природных веществ, в том числе растительных, в жизни человека.

В различных регионах люди испытывают подчас критический дефицит питательных веществ, ферментов, витаминов, минералов, антиоксидантов, иммуномодуляторов и других жизненно необходимых веществ. В таких ситуациях разумное использование пищевых продуктов, лекарственных растений, биологически активных веществ и добавок может способствовать поддержанию здоровья или ускорению процесса выздоровления, а также профилактике заболеваний.

Окружающая человека флора и фауна имеют огромный запас высокоактивных веществ; выявить их, установить природу и активность - является задачей изучающих химию природных соединений.

Предметом изучения химии любых природных соединений является:

обнаружение природных соединений (качественный специфический анализ, фитоанализ);

выделение природных соединений;

разделение компонентов и их очистка;

установление тонкой химической структуры соединений;

химические свойства каждой группы соединений;

11

биологическая активность (установление, тестирование, сравнение):

взаимосвязь "структура веществ - биологическая активность";

определение количественного содержания основных групп БАВ;

отработка технологии производства БАВ растений и фитокомплексов.

Классификация природных веществ

Как уже отмечалось выше, все природные вещества делят на растительные, животные и минеральные. Вещества животного происхождения подробно изучаются в курсах биохимии, физиологии человека и животных, фармакологии, фармакогнозии, биотехнологии и др.

Растительные вещества изучаются в курсах химии природных соединений, биосинтеза растительных веществ, биоорганической химии, технологии переработки растительного сырья, фарманализа, стандартизации и сертификации лекарственного растительного сырья и фитопрепаратов, химической экспертизы биологически активных веществ и др.

Природные соединения могут быть действующими, т.е. отвечающими за основное биоили фармакологическое действие, сопутствующими и балластными. Однако такая классификация является условной, поскольку организм животного или растения - это сложнейшая взаимосвязанная система, как с точки зрения химического состава, так и функций каждого вещества, а сопутствующие и балластные вещества в составе разных объектов, могут быть действующими.

Всоставе всех растений содержатся:

Чистая клетчатка - остов всех органов высших растений, она не растворима в воде и большинстве растворителей. В коре, корнях, косточках содержится одревесневшая клетчатка, т.е. инкрустированная лигнином.

Целлюлоза - остов клеточных стенок всех растений, не растворима в воде и спирте, при нагревании с кислотами образует глюкозу.

Пектиновые вещества - межклеточное содержимое всех частей растения. При нагревании пектиновые вещества растворяются, при охлаждении, в зависимости от количественного содержания, образуют густой коллоидный раствор. По химической природе - это смесь полимеров на основе галактуроновой кислоты и полиуронидов. Пектины содержатся в незрелых фруктах, в сахарной свекле (до 30%) и применяются при расстройствах пищеварения (гастроэнтериты, диарея), уменьшают потерю воды организмом, сокращают время свертывания крови, связывают многие яды, замедляют выведение из организма аскорбиновой кислоты, инсулина, антибиотиков, обуславливая, тем самым, пролонгированное действие лекарственных веществ.

Слизи - безазотистые вещества полисахаридной природы, образуются при ослизнении клеточных стенок всех органов растений. Набухают в воде, образуя вязкие коллоидные растворы, при кислотном гидролизе образуют глюкозу, галактозу, ксилозу, арабинозу, рамнозу, маннозу и галактуроновую кислоту.

12

Из сырья, содержащего слизи, обычно готовят водные извлечения, используемые как обволакивающие средства при катарах и раздражениях верхних дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, при кашле, в качестве клеящих и эмульгирующих средств. Слизи и другие полисахариды, входящие в состав клеточных оболочек микроорганизмов, обладают противоопухолевой активностью.

Крахмал - полисахарид, образует клеточные включения в виде зерен,

локализуется чаще в подземных органах и в семенах. В холодной воде не растворим, выше 600С образует вязкий коллоидный раствор, при кислотном или ферментативном гидролизе образуется глюкоза. Крахмал - резервное питание любого организма.

Инулин - полисахарид, состоящий из 34-35 остатков фруктозы (фруктозан), хорошо растворим в горячей воде, при охлаждении выпадает в осадок, при действии кислот или ферментов расщепляется до фруктозы, последняя, имея сладкий вкус, рекомендуется при диетическом питании; также как и крахмал, инулин является резервным питанием организма.

Углеводы - моно-, ди-, олиго- и полисахара, содержатся во всех органах растений, особенно в плодах; легко растворимы в воде, водно-спиртовых растворах и являются энергетическим потенциалом организма.

Углеводы, состоящие только из полиоксикарбонильных соединений, называют гомозидами, а их производные, в молекуле которых имеются остатки иных соединений, называются гетерозидами. К гетерозидам относятся и все виды гликозидов.

Моно- и олигосахариды - компоненты любой живой клетки. Полисахариды, как правило, накапливаются в значительных количествах как продукты жизнедеятельности протопласта.

Из моно- и олигосахаридов в чистом виде используются глюкоза, фруктоза, лактоза и сахароза. Будучи энергетическими веществами, моно- и олигосахариды, как правило, применяются в качестве наполнителей при изготовлении различных лекарственных форм. Источниками их получения являются сахарный тростник, свекла, виноград, гидролизованная древесина ряда хвойных и древесных покрытосеменных.

Часть полисахаридов имеет в своем составе только гомосахаридные единицы (крахмал, целлюлоза, инулин, ксиланы, маннаны и глюканы, лихенин, или лишайниковый крахмал). Другая часть полисахаридов полностью или частично состоит из уроновых кислот или остатков глюкозаминов. Сюда относят гемицеллюлозы, пектин, альгиновую кислоту и ее производные - альгинаты, а также хитин, камеди и слизи, которые находят довольно широкое применение в медицине в различных лекарственных формах.

Маннаны, продуцируемые микроорганизмами, в настоящее время интенсивно изучаются и в будущем, очевидно, найдут широкое применение, как в медицине, так и в пищевой промышленности.

Белки и белковые вещества – образуют основу костей, сухожилий, мышц, соединительной и нервной тканей, крови, всех органов и желез, волос, ногтей, а в виде протоплазмы ядер содержатся во всех органах растений,

13

максимально – в семенах. В воде эти вещества не растворимы, при кислотном или ферментативном гидролизе они расщепляются до пептидов и аминокислот. Без белков невозможны многочисленные реакции, составляющие материальную основу жизнедеятельности, так как все ферменты, стимулирующие эти процессы, также имеют белковую природу. Химический состав белков разнообразен, помимо аминокислот, часто в составе бывает сера, иногда фосфор и железо. Состав и порядок связи компонентов между собой определяют специфичность белков.

Белки делят на простые, при гидролизе которых образуются только аминокислоты, и сложные, в них белок связан с веществами небелковой природы: с нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), с полисахаридами (гликопротеиды), с липидами (липопротеиды), пигментами (хромопротеиды), ионами металлов (металлопротеиды), остатками фосфорной кислоты (фосфопротеиды) и пр.

В настоящее время нет значительного количества препаратов растительного происхождения, медицинское применение которых определялось бы наличием в них доминирующих количеств белков. Модифицированные растительные белки могут быть использованы как средства, регулирующие обмен веществ в человеческом организме.

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды, состоящие из остатков фосфорной кислоты, углеводного фрагмента (рибозы или дезоксирибозы) и азотистого (пуринового или пиримидинового) основания. Различают дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) кислоты.

При полном гидролизе ДНК образуются аденин, гуанин, цитозин, тимин, дезоксирибоза и фосфорная кислота, из РНК - аденин, гуанин, цитозин, урацил, рибоза и фосфорная кислота:

Ферменты - катализаторы биохимических реакций организма, чаще всего являются протеидами, т.е. состоят из белковой части (апофермента) и небелковой (кофермента или коэнзима). Ферменты отличает высокая специфичность их действия в зависимости от температуры, рН, состава субстратов, концентрации отдельных компонентов и их соотношения.

Карбоновые кислоты - и их функциональные производные являются распространенной группой соединений, а специфичность их состава является характеристикой каждого организма.

Врастениях, чаще других, доминирует уксусная кислота, которая является началом образования многих других природных веществ-продуктов "ацетатного" пути биосинтеза.

Вменьших количествах присутствуют оксикислоты, феноло- и смешанные типы: щавелевая, малоновая, яблочная, винная, лимонная, аскорбиновая,

14

бензойная, салициловая, кофейная, хинная, галловая, синаповая и т.д. Во всем многообразии они преобладают в сочных плодах, листьях, меньше - во всех органах. Они хорошо растворимы в воде и водно-органических растворителях.

Жиры и масла - группа веществ, обеспечивающих энергетический потенциал организма человека, животных и растений, это запасные и обволакивающие вещества, не растворимые в воде, при кислотном и ферментативном гидролизе образуют высшие карбоновые кислоты и глицерин.

Врастениях образуются в листьях, а затем переносятся во все органы; в запас откладываются в семенах, реже в околоплодниках и в корнях.

Кжирам близки простагландины, возникающие в организме из полиненасыщенных жирных кислот.

В медицине широко используются жиры, жирные масла, реже – воск как основа для изготовления ряда лекарств, изредка как самостоятельные лекарственные средства.

Липиды – являются сложными эфирами высших жирных кислот и глицерина или других многоатомных (высокомолекулярных) спиртов или альдегидов. Липиды нерастворимы в воде, растворимы в неполярных растворителях и при кислотном гидролизе распадаются с разрывом сложноэфирной связи на составляющие фрагменты.

Они делятся на простые и сложные. К простым относятся липиды, молекулы которых содержат только остатки жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. Липиды, молекулы которых имеют остатки фосфорсодержащих кислот, моноили олигосахаридов, называются сложными.

Кпростым липидам относятся общеизвестные триглицериды, встречающиеся в природе в виде жиров, жирных масел и воска.

Липиды, содержащие полиненасыщенные фрагменты, биологически активны. Фракции полиненасыщенных липидов или продукты, богатые ими, оказывают антисклеротическое действие. Фосфолипиды – источник легко усваиваемых соединений фосфора.

Биологическая ценность жиров и липидов определяется природой кислот,

атакже содержанием в них витаминов А, Д, Е, К, F и др. Поступая в организм, жиры и масла, под действием солей желчных кислот, превращаются в эмульсию, затем под действием фермента липазы расщепляются на составляющие фрагменты, которые окисляются до конечных продуктов жирового обмена – углекислоты и воды.

Воска – это также сложные эфиры жирных кислот и одноатомных высокомолекулярных спиртов.

Изопреноиды – природные соединения, рассматриваемые как продукты биогенного превращения изопрена. К изопреноидам относятся различные терпены, их производные – терпеноиды и стероиды. Некоторые изопреноиды являются структурными фрагментами антибиотиков, части витаминов, ряда алкалоидов и гормонов животных.

Терпены и терпеноиды – ненасыщенные углеводороды и их

производные состава (С5Н8)n, где n≥1. По числу изопреновых звеньев их делят на монотерпеноиды С10Н16; сесквитерпеноиды С15Н24 (эти соединения являются

15

компонентами эфирных масел растений); С20Н32 дитерпеноиды – входят, главным образом, в состав растительных смол; тритерпеноиды С30Н48, преимущественно, встречаются в виде, так называемых, тритерпеновых сапонинов; тетратерпеноиды С40Н64 – каротины и каротиноиды, политерпеноиды образуют природный каучук и гутту.

Эфирные масла находят довольно широкое применение в медицине, значительно реже используются смолы. Каротины и каротиноиды (провитамины А), обладающие А-витаминной активностью, применяются либо в виде выделенных сумм, либо в виде лекарственного сырья входят в состав поливитаминных сборов. Каучук и гутта используются для изготовления некоторых наружных лекарственных средств типа пластырей и горчичников.

 Смолы – могут быть во всех частях растений, по химической природе это углеводороды, эфирные масла, каучук. Растворяются в неполярных растворителях, в хлороформе и диоксане, нерастворимы в воде.

Стероиды – класс соединений, в молекуле которых присутствует циклопентанпергидрофенантреновый скелет; их относят к конденсированным карбоциклам. Предшественником стероидов является тритерпен сквален. Стероиды подразделяются на стерины, витамины группы D, желчные кислоты

испирты, стероидные сапонины, кардиотонические стероиды (кардиотонические гликозиды), стероидные алкалоиды и стероидные гормоны.

Растительные стерины, или фитостерины, содержат 28-30 углеродных атомов. Некоторые из них (например, β-ситостерин) находят применение в медицине. Выделенные в чистом виде стерины используют для получения стероидных лекарственных средств – стероидных гормонов, витамина D и др.

Стероидные сапонины содержат 27 углеродных атомов. Растения, в которых содержатся стероидные сапонины, отчасти служат как антисклеротические средства, либо из них выделяют чистые вещества для полусинтетического получения стероидных гормонов.

Кардиотонические стероиды, или, как их чаще называют, кардиотонические или сердечные гликозиды, отличаются от прочих стероидов наличием в молекуле, вместо алифатической боковой цепи, лактонного гетероцикла. Они применяются в медицине для стимуляции сокращений миокарда и в качестве мягкого сосудосуживающего средства, часть из них – диуретики. Молекулы стероидных алкалоидов состоят из остатка циклопентанпергидрофенантрена, разным образом связанного с азотсодержащими гетероциклами.

Алкалоиды – азотсодержащие гетероциклические соединения; строение молекул которых разнообразно и нередко довольно сложно. Азот, как правило, располагается в гетероциклах, реже - в боковой цепи. Классифицируют алкалоиды по строению гетероциклов или в соответствии с их биогенетическими предшественниками. В настоящее время описано более 3000 типов молекул алкалоидов, в том числе сочетающих карбо- и гетероциклы.

Многие из них оказывают специфическое, подчас уникальное физиологическое действие и широко используются в медицине, как правило, в виде индивидуальных веществ. Некоторые алкалоиды – сильнейшие яды.

16

Фенольные соединения – вещества ароматической природы, содержащие в кольце одну или несколько гидроксильных групп.

Среди вторичных соединений природного происхождения это одна из наиболее многочисленных групп, свойственных, практически, каждому растению и даже каждой растительной клетке. По числу ОН-групп различают одноатомные (например, сам фенол), двухатомные (пирокатехин, резорцин, гидрохинон) и трехатомные (пирогаллол, флороглюцин и др.) фенолы. Сюда также относятся: фенолокислоты, различные нафтолы, кумарины, ксантоны, флавоноиды, антрахиноны, дубильные вещества и др.

Фенольные соединения встречаются в растениях в виде мономеров, димеров, олигомеров (такие соединения активно участвуют в процессах обмена веществ) и полимеров (обычно откладываются в клеточной стенке – лигнин, или накапливаются в вакуолях - танины) в свободном виде или в виде гликозидов.

Пигменты – красящие вещества организма. В растениях это хлорофилл (зеленый пигмент), красные, оранжевые, желтые – каротиноиды, ксантоны, антрахиноны, флавоноиды, антоцианы. Максимальное их содержание – в цветках, плодах, листьях.

Гликозиды - сложные и разнообразные природные вещества,

состоящие из агликонов и углеводных фрагментов, которые могут быть разными у разных групп и индивидуальных веществ. Гликозиды легко растворимы в воде при нагревании и в водно-органических растворителях. Растворимость и свойства их связаны с типом связи между агликоном и углеводом: С-С, С-О-С, C-N, реже C-S.

Все БАВ лекарственных растений В.А.Куркин предложил делить на 9 групп:

Витамины - алифатические, алициклические (каротиноиды), ароматические (нафтохиноны), гетероциклические.

Полисахариды (гомо-, гетеро-).

Жирные масла.

Терпеноиды - эфирные масла (моно-, сескви-, ароматические терпены), монотерпеновые гликозиды, иридоиды, горечи, дитерпены, экдистероиды, сердечные гликозиды (кардио- и буфадиенолиды), сапонины (тритерпеновые, стероидные).

Тио- и цианогликозиды.

Алкалоиды - ациклические, экзоциклические, производные пиридина, пиперидина, тропана, хинолизидиновые, хинолиновые, изохинолиновые, индольные, хиназолиновые, пуриновые, дитерпеновые, стероидные, смешанные.

Фенольные соединения - простые фенолы (С6-, С6-C1, спирты, кислоты, альдегиды, в том числе фенолоальдегиды терпеноидов C6-C2), фенилпропаноиды (соединения С6-С3, коричные спирты и кислоты, сложные фенилпропаноиды, лигнаны), кумарины (окси-, фуро-, пирано-, изо-), хромоны, хиноны (бензо-, нафто-, антра-), флавоноиды (катехины, антоцианы, флаваноны, флаванонолы, флавоны, флавонолы, халконы, изофлавоны, ауроны, флаволигнаны), ксантоны, дубильные вещества.

17

Малоизученные БАС.

БАВ животного и микробного происхождения.

Ниже представлен другой подход к классификации природных соединений.

Химическая классификация природных соединений

Монофункциональные соединения

Приведенная классификация является далеко не полной по перечню групп природных соединений, но является основополагающей с точки зрения химии, т.к. многие группы соединений могут быть отнесены к нескольким подгруппам одновременно. Так, кумарины содержат ароматическое ядро, лактонное гетерокольцо, фуро- и пиранокумарины – гетероциклы, каротиноиды содержат карбоцикл и ненасыщенную сопряженную цепь углеродных атомов, к фенолам можно отнести: фенолы, фенолокислоты, кумарины, многообразие флавоноидных молекул, антраценовые, ксантоны, дубильные вещества всех типов, часть алкалоидов. К гликозидам относятся практически все группы соединений, разнообразные по агликону и углеводным фрагментам, в том числе: сердечные, терпеновые, стероидные, флавоноидные, фенольные, антраценовые, кумариновые, ксантоновые, сапонины и пр.

Особенностью растительных объектов является, с одной стороны, одновременное присутствие в них различных групп соединений, в том числе близких по структуре, свойствам, имеющим аналогичные функциональные группы, а с другой – присутствие веществ в различных количествах, от минорных (0.001%) до значительных (10 и более процентов).

Многие группы растительных веществ биогенетически связаны между собой и с другими веществами растений:

19