Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

Transkript

1 Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

2 letní semestr 2012/2013 LÉČIVÉ ROSTLINY (BOT/LER) Přednáška: 21. března 2013

3 OBSAHOVÉ LÁTKY LÉČIVÝCH ROSTLIN Biosyntéza a hlavní skupiny dle chemické struktury PharmDr. Jaroslav Peč, Ph.D. pec@genobanka.cz CR Haná (ED0007/01/01); VÚRV, v.v.i.

4

5 Doplňkový seznam literatury Biosyntézy Milan Nagy, Daniel Grančai, Pavel Mučaji: Farmakognózia, Biogenéza prírodných látok. Osveta, Paul M. Dewick: Medicinal Natural Products, A biosynthetic approach. Wiley, 3rd edition. Obsahové látky Lubomír Opletal: Přírodní látky a jejich biologická aktivita, Nutraceutika. Karolinum, Kresánek J. ml a st: Atlas liečivých rastlín a lesných plodov. Osveta, Zahraniční publikace věnované farmakognosii (pharmacognosy) a fytoterapii (phytotherapy).

6 Primární X Sekundární Primární Cukry, tuky, bílkoviny, nukleové kyseliny Zajištění základních životních procesů; glykolýza, Krebsův cyklus, pentózový cyklus, β oxidace Prekurzory základních stavebních kamenů sekundárních metabolitů Sekundární Obrovská variabilita chemických sloučenin Odpadní produkty primárního metabolismu odmítanáteorie Často nejasný důvod přítomnosti Specifické účinky: obrana před patogeny, predátory, ostatními rostlinnými druhy, fyzikálními jevy (UV záření, chlad atp.); atraktanty; hormony komunikace v rostlině i mezi jednotlivci navzájem Překryv některé mastné kyseliny, sacharidy

7 Primární X Sekundární Čeledi Apiaceae silice, furanokumariny (fototoxicita) Asteracea inulin, seskviterpenické laktony (Chrysanthemum parthenium, Artemisia), pyrrolizidinové alkaloidy (Tussilago farfara) Fabaceae chinolizidinové alkaloidy (Cytisus, Genista, Laburnum), isoflavonoidy (Melilotus) Lamiaceae silice Solanaceae alkaloidy(tropanové, nikotin, steroidní) Častý výskyt podobných obsahových látek Chemovary s odlišným profilem obsahových látek (siličné drogy např. Melissa officinalis, alkaloidy např. Papaver, Claviceps)

8 Základní stavební jednotky Jahodář L., 2010

9 ACETÁTOVÁ METABOLICKÁ DRÁHA Syntéza mastných kyselin molonyl CoA + acetyl CoA, acyl karierový protein (ACP) Echinacea alkylamidy Imunitní systém Aromatické polyketidy antrachinony (Rhei rhizoma, Aloe, Frangulae cortex) specifika skladování Laxancia Aromatické polyketidy Dewick P.M., 2003 Hypericin (Hyperici herba) Antidepresivum

10 ACETÁTOVÁ METABOLICKÁ DRÁHA Mastné kyseliny nasycené a nenasycené Význam ve výživě, kardiovaskulární onemocnění, cholesterol Olivový olej, pupalkový olej, brutnákový olej, černý rybíz (γ linolenová) Ricinový olej Prostaglandiny Nasycené mastné kyselin Myristová, 14:0 Palmitová, 16:0 Margarinová, 17:0 Stearová, 18:0 Arachidová, 20:0 Behenová, 22:0 Lignocerová, 24:0 Nenasycené mastné kyseliny Palmitolejová, 16:1 (9c) Olejová, 18:1 (9c) Linolová, 18:2 (9c, 12c) α linolenová, 18:3 (9c, 12c, 15c) γ linolenová, 18:3 (6c, 9c, 12c) Stearidonová, 18:4 (6c, 9c, 12c, 15c)

11 ŠIKIMÁTOVÁ METABOLICKÁ DRÁHA o nebo p disubstituované: OH, OCH3, Gly D erytróza 4 fosfát (pentózový cyklus) + fosfoenolpyruvát (glykolýza) fosfát 3 deoxy D arabino heptulózové k. Cyklizace (červeně: zbytek fosfoenolpyruvátu) Fenylalanin, Tyrosin, Tryptofan C6C3 Fenylpropanoidy: Der. k. skořicové, kumariny, lignany, flavonoidy, alkaloidy Gallotaniny, elagotaniny hydrolyzovatelné třísloviny; nejčastěji estery s D glukózou

12 Deriváty kyseliny skořicové (k. kávová, ferulová, p kumarová, sinapová) redukce na aldehydy a alkoholy Lignin (polymer; spolu s celulózou hlavní stavební složkou) Aromatické fenylpropeny (Apiaceae, Asteraceae, Lamiaceae anetol, estragol, eugenol, myristicin) Salicin (Kyselina acetysalicylová Aspirin), vanilin, arbutin.

13 MEVALONÁTOVÁ A DEOXYXYLULÓZO FOSFÁTOVÁ METABOLICKÁ DRÁHA Izoprenoidy Terpeny Hemiterpeny (C5) Monoterpeny (C10) geraniol, mentol Seskviterpeny (C15) karyofylen, matricin Diterpeny (C20) gingolid, taxol, steviosid Sesterterpeny (C25) Triterpeny (30) steroidy, ginsenosidy, saponiny, kardioglykosidy Tetraterpeny (C40) lutein, β karoten Polyterpeny (nx C5) kaučuk

14 SEKUNDÁRNÍ METABOLITY ODVOZENÉ Z AMINOKYSELIN Alkaloidy Definice: biologicky aktivní nízkomolekulární látky, které obsahují heterocyklický skelet s bazicky reagujícím dusíkem Alkaloidy odvozené od: 1)Ornitinu tropanové (hyoscyamin, kokain) 2)Lysinu piperidinové (piperin, lobelin), chinolizidinové (cytisin, lupinin) 3)Kyseliny Asparagové nikotin 4)Tyrosinu mezkalin, morfinany 5)Tryptofanu psilocybin, + terpen vinblastin, ergotamin, chinin 6)Histidinu (Dusík se dostává transaminační reakcí do skeletu, avšak původní donorová aminokyselina není zabudována) 1)Diterpenové alkaloidy akonitin 2)Steroidní alkaloidy solanidin

15 ALKALOIDY Farmaceuticky význmané: Atropa belladona, Hyoscyamus niger (Solanaceae); Erythroxylum coca; Papaver somniferum (Papaveraceae); Colchicum autumnale (Colchicaceae); Catharanthus roseus Vinca rosea (Apocanaceae); Cinchona (Rubiaceae); Camptoteca acuminata (Nyssaceae); Claviceps purpurea (Clavicipitaceae); Ephedra (Ephedraceae) Amaryllidaceae Liliaceae Apocynaceae Loganiaceae Menispermaceae Papaveraceae Ranunculaceae Rubiaceae Rutaceae Solanaceae

16 FLAVONOIDY Flavanony (naringenin), Flavony (apigenin, luteolin), flavonoly (kampferol, quercetin) Glykosidy Rutin(quercetin O Glc Rha), Naringin (naringenin O Glc Rha) Katechiny kondenzovanétřísloviny Antokyany barviva Antioxidanty, kardiovaskulární choroby, lomivost kapilár Šikimátová dráha Acetátová dráha (3x AcCoA) Isoflavonoidy Fabaceae(Medicago, Trifolium, Glycine max) daidzein, genistein; Fytoestrogeny, protekce před estrogen dependentními karcinomy (rakovina prsu), doplňky stravy při menopauze

17 KUMARINY Kumariny Laktony derivátů k. skořicové (kumarin, umbeliferon, aeskuletin, skopoletin) Apiaceae, Rutaceae Melilotus officinalis tvorba dikumarolu (warfarin) krvácení Šikimátová dráha Terpen Furanokumariny psoralen, bergapten, xantotoxin (UV absorpce) toxicita (puchýře), vitiligo, lupenka Ruta graveolens, Heracleum

18 LIGNANY Dimery derivátů kys. skořicové koniferylalkohol Podophylum, Berberidaceae Podofylotoxin, Etoposid (cytostatikum i.v. polosyntetický) Flavonolignany silybin, silychristin, silydianin Silybum marianum hepatoprotektivum Léčivá látka: Cardui mariae fructus extractum siccum suchý extrakt plodu ostropestřce marianského (20 33,1 : 1) od 68,03 do 75,19 mg v jedné obalené tabletě (odpovídá 50 mg silymarinum, přepočteno na silibinin [acetonový extrakt]. Silymarin AL Cardui mariae fructus extractum siccum (35 40:1) 204 mg (odpovídá 150 mg silymarinu, přepočteného na silybinin), extrahováno metanolem, v jedné obalené tabletě. Lagosa

19 TERPENY Mono a Seskvi terpeny nejčastější složkou silic; Lavandula, Rosa, Melissa, Citrus, Eucalyptus, Mentha, Thymus, Salvia, Matricaria, Zingiber, Artemisia, Humulus Silice Těkavé, intenzivně vonící směsi přírodních látek Lipofilní, ve vodě těžce rozpustné Zastoupeny metabolity ze všech metabolických drah Pinaceae, Lauraceae, Rutaceae, Asteraceae, Lamiaceae, Apiaceae Žlaznaté trichomy, siličné kanálky, siličné buňky

20 TERPENY Nagy M., 2011 Nagy M., 2011 Diterpeny Ginkgo biloba standardizované extrakty z listů zlepšení prokrvení mozku a dolních končetin; ginkgolidy (A, B, C, J, M) a flavonoidy Taxus brevifolia Taxol, paclitaxel (3 dospělé stromy 100 let poskytnou cca 1 g taxolu), využití polo syntézy z 10 deacetylbaccatinu; cytostatikum Triterpeny Steroidy Triterpenické saponiny* Tetraterpeny Karoteny, lutein, lykopen

21 SAPONINY KARDIOGLYKOSIDY Aglykon lipofilní Cukerný řetězec hydrofilní (až 12 monosacharidových jednotek) (Glykosidy obecně) Triterpenické pentacyklické saponiny* Ve vodě pění (surfaktanty, amfifilní molekula) Hemolytické vlastnosti, i.v. toxické Glycyrrhizin (Glycyrrhiza glabra) Aescin (Aesculus hippocastanus) Ženšen (Panax ginseng) ginsenosidy Prvosenka, břečťan, měsíček, divizna Kardioglykosidy Digitalis purpurea, Digitalis lanata Apocynaceae, Asclepiadaceae, Liliaceae (Convallaria)

22 SLIZY TŘÍSLOVINY HOŘČINY Číslo bobtnavosti Vazba na proteiny vyčiňování kůže Číslo hořkosti Hořec žlutý, čubet lékařský, zeměžluč okolíkatá Slizy bobtnající polysacharidy Malvaceae (Malva sylvestris, Althea officinalis), Plantago, lišejník islandský Kyselina galakturonová a glukuronová rhamnóza, galaktóza, arabinóza Třísloviny svíravá chuť (adstringentní), polyfenoly, všeobecně rozšířené gallotaniny kyselina gallová (duběnky, Juglans regia, Hamamelis virginiana katechinové Quercus, Potentilla, borůvka Camellia sinensis epigalokatechin 3 galát Hořčiny různá chemická struktura, hořce chutnající látky bez jiného farmakologicky významného účinku. Terpeny s laktonovým seskupením Gentianaceae (gentiopikrosid), Asteraceae (achilin, absinthin)

23 OSTATNÍ Vitamíny Organické kyseliny Minerální látky Kapsaicin Xantinové deriváty (alkaloidy, ale dusík není bazický) Sirné látky česneku Glukosinoláty (Brassicaceae) Kyanogenní glykosidy (Prunus)

24 Využití léčivých rostlin Biologicky aktivní sloučeniny zejména sekundárni metabolity s výrazným efektem na fyziologické funkce člověka a jiných organismů (zvířata, hmyz, rostliny) Biologicky indiferentní škroby, slizy, gumy, pektiny, vosky, tuky využití jako pomocných látek nebo součást technologie zpracování Fytofarmaka Celkové extrakty tradiční fytoterapie, celkové působení obsažených látek v extraktu synergismus; často neznáme jednotlivou účinnou látku zodpovědnou za terapeutický efekt Standardizované extrakty známe účinné látky, které odpovídají za účinek a standardizujeme jejich obsah v lékové formě Izolované sloučeniny klasickáléčiva (jednotlivá látka rutin, soubor aescin, sumární extrakt sylimarinová komplex) Rozdíl mezi fytoterapií a klasickou medicínou

25 Využití léčivých rostlin Sběr a pěstování léčivých rostlin Vyšlechtěné odrůdy Specifika sběru / sklizně ontogenetické stádium vývoje + sklízený orgán + denní doba + podnebí + lokalita Standardizovaný produkt Biotechnologie Nezávislé na podnebí / počasí Celoroční provoz Polosyntézy a syntézy Chemická proveditelnost Polosyntézy z prekurzorů složité sloučeniny s řadou chirálních center

26 Variace obsahových látek příklady Alkaloidy Papaver somniferum morfin: max. za 2½ až 3 týdny po kvetení, dříve jsou obsaženy kodein, thebain, papaverin. Datura stramonium poměr hyoscin/hyosciamin: mladé sazenice 80%, dospělé rostliny s plody 30% Silice Mentha piperita pulegon v mladých rostlinách, menthon a menthol v dospělých Teplota zvýšená produkce silice / při velmi horkých dnech ztráty Srážky snižují obsah některých metabolitů (alkaloidy, silice ) Délka dne / osvětlení (UV B + terpeny, flavonoidy, antokyany) Půdní podmínky (N +silymarin)

27 Využití léčivých rostlin extrakce 1:1 tekutý extrakt 10:100 tinktura (separanda) 20:100 tinktura (ostatní) 5 10:100 (nálevy, odvary) stabilizace zmrazením nebo okamžité vylisování šťávy Jahodář L., 2010

28 Využití léčivých rostlin extrakce Způsoby extrakce (selektivita rozpouštědla, ph, provlhčení) Macerace, infuze, dekokce Perkolace Soxhletova extrakce Extrakce za zvýšeného tlaku Extrakce na pevné fázi Superkritické fluidní extrakce Destilace (silice), lisování (olej) Důvod fytoekvivalence / bioekvivalence Standardní operační postupy doplněné chemickou analýzou Lékopisné zkoušky (Český lékopis překlad evropského lékopisu s národní částí; další např. Americký lékopis )

29 Využití léčivých rostlin technologie Stabilizace / konzervace sušení Skladování Úprava drogy rozdrobňování, sítování Mísící zařízení Extrakce zahuštění / sušení Extracta fluida Extracta semisolida Extracta sicca Rafinace vytřepávání, adsorpce, izolace Lékové formy tobolky, kapky, sirupy, spreje, masti, krémy, gely Definice Plantae medicinales dle Českého lékopisu příprava a kontrola (Plantae medicinales ad potionem aquosam), Lékopisné drogy

30 Výzkum léčivých rostlin High throughput technologie bioassay guided Ethnofarmakologie Artemisinin (Artemisia annua) tradiční čínská medicína horečky a malárie. Antimalarikum. Seskviterpenický lakton. Galantamin (Galanthus, Narcissus) Inhibitor acetylcholin esterázy. Alzheimerova choroba. Registrované léčivo. Alkaloid. Huperzin A (Huperzi serrata) tradiční čínská medicína pro pro zlepšení paměti u seniorů. Inhibitor acetylcholin esterázy. Alkaloid.

31 Využití léčivých rostlin přípravky Registrovaná léčiva ATC skupina V11 Fytofarmaka ( Př. 1: Gingio (SPC: 80 mg Ginkgo bilobae extractum siccum normatum (35 67 : 1), extrahováno acetonem 60% V/V v 1 potahované tabletě (odpovídá 17, 6 21,6 mg flavonových glykosidů a 4, 0 5,6 mg terpenolaktonů gingkolidů, bilobalidu). Potravní doplňky / nutraceutika

32 Využití léčivých rostlin přípravky Registrovaná léčiva Př. 2: Lagosa (SPC: Cardui mariae fructus extractum siccum (35 40:1) 204 mg (odpovídá 150 mg silymarinu, přepočteného na silybinin), extrahováno metanolem, v jedné obalené tabletě). Potravní doplňky / nutraceutika

33 Využití léčivých rostlin dalšíléčivé přípravky registrované Detralex: Flavonoidorum fractio purificata micronisata 500 mg: Diosminum 450 mg, Flavonoida 50 mg vyjádřené jako Hesperidinum v jedné potahované tabletě. Sinupret: 1 obalená tableta obsahuje: Gentianae radix 6,0 mg Primulae flos 18,0 mg Rumicis herba 18,0 mg Sambuci flos 18,0 mg Verbenae herba 18,0 mg Chamomilla Teva: Matricariae extractum fluidum 25 ml, 100 ml. Pomocné látky: ethanol 96% (V/V) Paclitaxel 6mg/ml koncentrát pro přípravu Infuzního roztoku.