Реферат: Лекарственные растения и сырье, содержащие сапонины

ЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ И СЫРЬЕ,

СОДЕРЖАЩИЕ САПОНИНЫ.

1. Понятие о сапонинах.

2. Строение сапонинов, классификация.

3. Биосинтез сапонинов.

4. Распространение сапонинов в растительном мире, локализация.

Влияние условий обитания на накопление сапонинов.

5. Сырьевая база растений, содержащих сапонины.

6. Физико- химические и биологические свойства сапонинов.

7. . Методы анализа сырья, содержащего сапонины.

8. Особенности сбора, сушки и хранения сырья, содержащего сапонины

9. Пути использования сырья, содержащего сапонины.

10.Медицинское применение сырья и препаратов, содержащих сапонины.

Сапонины (сапонизиды) - гетерозиды растительного происхождения, производные стероидов и тритерпеноидов, обладающие гемолитической и поверхностной активностью, а также токсичностью к холоднокровным животиным.

Название происходит от латинского слова sаро - мыло, т.к. водные извлечения этих соединений обладают способностью пениться, т.е. понижать поверхностное натяжение жидкостей. Впервые сапонины были выделены в чистом виде из растений рода Saponaria (мыльнянка). Название впервые появилось в 1819 г., было предложено Мэлоном, когда из мыльнянки (растения семейства гвоздичных, с розоватыми душистыми цветками) Шрайдером впервые было выделено вещество образующее с водой обильное количество пены. Как и другие гетерозиды, сапонины способны подвергаться ферментативному гидролизу с образованием углеводной части и агликона. Агликоны сапонинов получили название «сапогенины».

Строение сапонинов, их классификация.

В основе классификации сапонинов лежит структура агликона. В зависимости от химического строения агликона все сапонины классифицируют на стероидные и тритерпеновые.

1. Стероидные сапонины (стеролы) - производные циклопентанпергидрофенантрена. По своему строению близки к сердечным гликозидам и часто их сопровождают в растениях (наперстянки, ландыш майский, адонис весенний).

Все стероидные сапогенины в своей структуре имеют:

- в 3 положении - гидроксильную (- ОН) группу;

- в 10 и 13 положениях - метильные (-СНз) группы;

- в положении 5-6 - двойную (-СН=СН-} связь;

- в положении 16-17 - спирокетальную группировку.

В зависимости от ориентации спирокетального кольца стероидные сапонины подразделяются на соединения «нормального» и «изо» - ряда.

Нормальный ряд изо-ряд



Углеводная часть молекулы стероидных сапонинов присоединяется в

положении 3 агликона и может содержать 1-9 моносахаридов (глюкоза,

галактоза, ксилоза, арабиноза, галактуроновая и глюкуроновая кислоты).

Моносахариды могут образовывать как линейные, так и разветвленные

цепи. Например, стероидный сапонин диосцин из диоскореи ниппон-

ской и якорцев стелющихся) состоит из агликона диосгенина, к

которому присоединяется разветвленная триоза:



диосцин

2. Тритерпеновые сапонины - имеют общую формулу (С5Н8)6 ,

в зависимости от количества колец в структуре агликона, делятся на

2 группы:

а) тетрациклические - содержат в структуре агликона 4 кольца.

В основе этой группы лежит даммаран. Производные даммарана легко окисляются с образованием гетероциклов (панаксадиол и панаксатриол). Эти соединения обнаружены в женьшене, заманихе высокой, березе.



даммаран




панаксадиол панаксатриол

б) пентациклические – содержат в структуре агликон, состоящий из пяти колец.

Пентациклические агликоны можно подразделить на 4 группы:

производные урсана (альфа-амирин),

олеанана (бета-амирин),

лупана (лупеол),

гопана.

С медицинской точки зрения, наиболее важными являются производные альфа-амирина и бета-амирина, которые отличаются между собой расположением заместителей – метильных (-СН3) групп в положениях 19 и 20 кольца Е.



α-амирин (урсан) β-амирин (олеанан)

Альфа-амирин лежит в основе различных соединений, которые содержатся в почечном чае (ортосифон тычиночный), лапчатке прямостоячей.

Наиболее важным представителем является урсоловая кислота (28-карбокси-α-амирин). Урсоловая кислота обнаружена во многих растениях (бруснике обыкновенной, клюкве трехлепестной), причем встречается в виде гликозидов, так и свободного агликона.

Бета-амирин лежит в основе следующих веществ:

олеаноловая кислота (28-карбокси-β-амирин).

Олеаноловая кислота является агликоном сапонинов (аралозидов) аралии манчжурской, синюхи голубой, каштана конского, первоцвета весеннего, календулы ле­карственной, патринии средней.

глицирретиновая кислота (11-оксо-29-карбокси-β-амирин).

Глицирретиновая кислота является агликоном глицирризиновой кислоты (в 3 положении присоединяется углеводная цепь из двух молекул глюкуроновой кислоты). Глицирризиновая кислота содержится в солодке голой и солодке уральской.



урсоловая кислота олеаноловая кислота





глицирретиновая кислота глицирризиновая кислота

Углеводная часть тритерпеновых сапонинов может присоединяться к агликону в различных положениях:

- в 3 положении за счет гидроксильной (-ОН) группы;

в 28 положении за счет карбоксильной (-СООН) группы (при этом связь агликона с сахаром называется ацилгликозидной).

- с сапогенином могут быть связаны две углеводные цепи (за счет гидроксильной группы в 3 положении и карбоксильной группы в 28 положении в этом случае сапонины относятся к дигликозидам.

Углеводная часть тритерпеновых гликозидов может содержать 1-11 моносахаридов (глюкоза, галактоза, рамноза, арабиноза, фруктоза, глюкуроновая и галактуроновая кислоты). Она может быть линейной и разветвленной, например, у аралозидов - сапонинов аралии манчьжурской. Разветвление углеводной цепи происходит от первого сахарного остатка, связанного с агликоном.
^ Биосинтез сапонинов
Биогенетическим предшественником агликонов как стероидных, так и тритепеновых сапонинов в растениях является сквален.


С5Н8 мевалоновая геранил- фарнезил- (С5Н8)6

кислота пирофосфат пирофосфат сквален



сквален

(С30)






холестерол тритерпеновые сапонины

(С27) (С30)




стероидные сапогенины тетрациклические пентациклические

(диосгенин) (даммаран) (α- и β-амирин)

Под действием ферментов сквален подвергается стереоспецифической циклизации. Если циклизация сопровождается потерей атомов углерода, образуется холестерол, содержащий 27 атомов углерода. При окислении и циклизации углеродной цепи холестерола (из 8 атомов) образуется диосгенин. Образование тетрациклических тритерпеновых сапогенинов идет через стадии биосинтеза стероидных соединений.

Распространение сапонинов в растительном мире, локализация в растениях. Влияние условий обитания на накопление сапонинов.

В растительном мире более широко распространены тритерпеновые сапонины, они обнаружены в растениях почти 70 семейств. Наиболее богаты тритерпеновыми сапонинами представители семейств: аралиевые, синюховые, бобовые, астровые, яснотковые, истодовые, конскокаштановые.Стероидные сапонины встречаются значительно реже в растениях семейств диоскорейные, лилейные, норичниковые, парнолистниковые, амарилиссовые. Стероидные сапонины часто сопровождают в растениях сердечные гликозиды (наперстянки, ландыш, адонис).

Растения, вырабатывающие тритерпеновые сапонины, не содержат стероидные и наоборот.

В растениях сапонины обычно находятся в клеточном соке почти всех органах в растворенном виде. Содержание сапонинов колеблется в широких пределах. Сапонины найдены во всех органах растений:

- в траве (астрагал шерстистоцветковый –Astragalus dasyantus, хвощ полевой – Equisetum arvense, якорцы стелющиеся – Tribulus terrestris);

- в листьях (почечный чай –Ortosyphon stamineus);

- семенах (кашатан конский – Аеsculus hyppocastanum);

- в подземных органах (диоскорея ниппонская – Dioscorea nipponica, синюха голубая – Polemonium coeruleum, заманиха высокая –Echynopanax elatum, солодка голая и уральская - Glycyrrhiza glabra, G. uralensis, женьшень – Рапах ginseng, аралия маньчжурская - Ага11iа mandshurica). В подземных органах накапливается наибольшее количество сапонинов.

^ Биологическая роль сапонинов в растениях.

Сапонины принимают участие в биохимических процессах в растениях:

- в малых концентрациях они ускоряют прорастание семян, рост и развитие растений, а в больших, наоборот, тормозят. Таким образом, сапонины играют роль гормонов роста растений;

- сапонины оказывают влияние на проницаемость растительных клеток, что связано с их поверхностной активностью.

^ Факторы, влияющие на накопление сапонинов.

Среди таких факторов можно выделить следующие:

1) Географический - преимущественно у южных растений больше накапливается сапонинов;

2) Освещенность - положительно влияет на накопление (однако женьшень требует затемнения);

3) Почвенный - внесение удобрений увеличивает содержание сапонинов;

4) На содержание сапонинов в лекарственном сырье влияет возраст растений и место их произрастания:

- дикорастущая синюха голубая достигает максимальной продуктивности к 5-6 году жизни, а в культуре - к 2-3 году. При этом содержание сапонинов» подземных органах находится на одном уровне;

культивируемый женьшень рекомендуется собирать на 5-6 год, т.к. корень быстро растет до 3-х лет и далее его рост замедляется, а с 13 лет наблюдается уменьшение биомассы корней. Это связано с постепенным отмиранием боковых корней;

у диоскореи на второй год развития сапонинов в 2 раза меньше, чем на четвертый.

5) на накопление сапонинов влияют стадии онтогенеза (т.е. развития) растений. Максимальное количество сапонинов в сырье содержится в фазы:

- бутонизации и начала цветения (ортосифон тычиночный и астрагал шерстистоцветковый- в конце вегетации, когда биомасса лекарственного растительного сырья максимальна (солодки, синюха, заманиха, аралия, женьшень, диоскорея);

- в период плодоношения (каштан конский).

6) Влияние факторов внешней среды на накопление сапонинов строго специфично. Среди них трудно выявить общие закономерности для всех растений.

Есть некоторые особенности:

- растения семейства аралиевых являются эндемиками Дальнего Востока, где сложился собственный климатический и почвенный режим;

- зависимость накопления глицирризиновой кислоты от типа почв и степени их засоленности характерна для солодки. Чем больше засоленность, тем меньше глицирризиновой кислоты содержат корни солодки. Повышение влажности почвы способствует накоплению глицирризиновой кислоты.

^ Сырьевая база растений, содержащих сапонины.

Синюха голубая растет по опушкам и вдоль лесных дорог в лесной и лесостепной зонах Европейской части России, в Сибири. Синюха голубая не образует крупных зарослей, пригодных для промышленных заготовок, в связи с чем ее культивируют. На Дальнем Востоке произрастает синюха льноцветковая, этот вид не используется для заготовки сырья.

Астрагал шерстистоцветковый растет на юге Европейской части России в степной зоне на суходольных лугах, по склонам балок.

Солодки голая и уральская часто образуют сплошные заросли в поймах и долинах рек в степных и полупустынных районах Европейской части России и Сибири. В этих же регионах, как сорняк, встречаются якорцы стелющиеся.

Женьшень, заманиха, аралия, диоскорея ниппонская встречаются в лесах Дальнего Востока (Приморский, Хабаровский край).

Женьшень культивируют на Дальнем Востоке. В последние годы перспективным является метод культуры тканей. Он заключается в выращивании на определенных питательных средах биомассы сырьевой части лекарственных растений. Полученная таким образом биомасса используется в дальнейшем для получения лекарственных препаратов. В России метод культуры тканей был разработан и освоен на примере женьшеня.

Ортосифон тычиночный (почечный чай) импортируют из стран тропической Азии.

^ Физико-химические, биологические свойства
Физические свойства. Сапонины - бесцветные или желтоватые аморфные вещества. В кристаллическом состоянии выделены гликозиды, имеющие в углеводной цепи до 4 моносахаридов. Оптически активны.

Гликозиды растворимы в воде. Растворимость увеличивается с возрастанием углеводной цепи. В разведенных (60-70%) спиртах растворяются на холоду, в более крепких (80-90%) спиртах - только при нагревании, а при охлаждении выпадают в осадок. Нерастворимы в органических растворителях (ацетон, хлороформ, бензол, диэтиловый эфир).

Свободные сапогенины не растворяются в воде и хорошо растворимы в органических растворителях.

В зависимости от рН водных растворов сапонины делят на:

нейтральные - стероидные и тетрациклические тритерпеновые сапонины;

кислые - пентациклические тритерпеновые сапонины. Их кислотность обусловлена наличием карбоксильных (-СООН) групп в структуре агликона и присутствием уроновых кислот в углеводной цепи.

Гидроксильные группы могут быть ацилированы уксусной, пропионовой, ангеликовой кислотами.

Специфическим свойством сапонинов является их способность снижать поверхностное натяжение жидкостей (воды) и давать при встряхивании стойкую обильную пену.

Химические свойства обусловлены структурой агликона, наличием отдельных функциональных групп, а также присутствием гликозидной связи. Сапонины гидролизуются под влиянием ферментов и кислот. Производные мевалоновой и глицирритиновой кислот гидролизуются под воздействием щелочей.

При взаимодействии с кислотными реагентами (SbCl3, SbCl5, FеС1з, конц. H2SO4 ) образуют окрашенные продукты.

Кислые сапонины образуют нерастворимые комплексы с солями тяжелых металлов (Ва, РЬ). Сапонины способны образовывать комплексы с белками, стеринами, липидами, фенольными соединениями. В составе комплексов сапонины не обладают гемолитической и поверхностной активностью.

Сапонины, имеющие в своей основе стероидное ядро, вступают в специфическую реакцию Либермана-Бурхарда.

Биологические свойства. Сапонины обладают гемолитической активностью. Они способны растворять липидную часть оболочки эритроцитов. В результате этого оболочка из полупроницаемой становится проницаемой. Гемоглобин свободно поступает в плазму крови и растворяется в ней. Образуется красный прозрачный раствор - «лаковая кровь».

Гемолитической активностью обладают только гликозиды. В связи с этим сапонины не применяются для внутривенного введения, т.к. вызывают анемию. При приеме внутрь, после гидролиза в желудочно-кишечном тракте до агликонов, сапонины теряют гемолитическую активность.

Гемолиз эритроцитов вызывают не все сапонины. Этим свойством не обладают сапонины солодки.

САПОНИНЫ ТОКСИЧНЫ ДЛЯ ХОЛОДНОКРОВНЫХ ЖИВОТНЫХ (рыбы, лягушки,круглые черви). Они нарушают функцию жабер, которые являются не только органом дыхания, но и регулятором солевого осмотического давления в организме. Сапонины парализуют или вызывают гибель холоднокровных животных даже в больших разведениях (1:1 000 000). Агликоны сапонинов для холоднокровных животных не токсичны.

^ Способы получения.

Выделение сапонинов из растительного сырья включает следующие стадии:

получение экстракта;

выделение из него суммы сапонинов и их очистка от сопутствующих веществ;

разделение сапонинов на индивидуальные гликозиды.

Обычно суммарный экстракт для выделения сапонинов получают обработкой сырья полярными растворителями: метиловым или этиловым спиртом и водой.Сырье предварительно обрабатывают петролейным эфиром или четыреххлористым углеродом для разрушения комплексов сапонинов со стеринами.

^ Методы выделени