Növényi anyagcsere-termékek biogenetikai rendszere Szacharidok Alberti Ágnes SE Farmakognóziai Intézet 2016. február 16. 1
Növényi anyagcsere-termékek biogenetikai rendszere (Vágújfalvi Dezső) csoportosítás: univerzális és speciális anyagcsere-termékek csak a taxon megadásával értelmezhető; pl. az alkaloidok univerzálisak az Amarillidaceae családban, de speciálisak a Zárvatermők törzsében a biogenetikai rendszer anyagtörzsei: szacharidok, fenoloidok, poliketidek, terpenoidok és azotoidok Az anyagcsere-utak kezdeti szakaszai univerzálisak a növényekben: a szacharid út első lépéseiben képződnek a fő szénhidrátok a fenoloid út elején a proteinogén aromás aminosavak a poliketid út kezdete a zsírsavciklushoz kötődik 2
Univerzális és speciális növényi anyagcsere 3
Anyagtörzsek és prekurzoraik Aminosavak Cinnamoil-CoA AZOTOIDOK FENOLOIDOK (fahéjsav-származékok) IPP Acetil-CoA TERPENOIDOK Malonil-CoA PHENOLOIDE (fenoloid-kinonok) POLIKETIDEK 4
Anyagtörzs Kiindulási anyag (prekurzor) Anyagcsere-termék 1. Szacharidok Calvin-ciklus termékei Monoszacharidok, diszacharidok, oligoszacharidok, poliszacharidok 2. Fenoloidok sikimisav-útvonal és termékei (cinnamoil-coa) Egyszerű fenolglikozidok, lignánok, antociánok, kumarinok, proantocianidinek, flavonoidok, illó fenilpropán-származékok Fenolid-kinonok acetát-útvonal (poliketosavak) Antrakinonok (antraglikozidok), naftodiantronok, naftokinonok, floroglucin-származékok 3. Poliketidek acetil-coa, malonil-coa (zsírsav-ciklus) 4. Terpenoidok mevalonsav-útvonal izoprén (IPP) Zsírsavak, zsíros olajok, zsírok, viaszok Monoterpének, szeszkviterpének, diterpének, triterpének, tetraterpének, szterolok, politerpének 5. Azotoidok Aminosavak Alkaloidok, cianogén glikozidok, glükozinolátok, biogén aminok 5
Növényi anyagcsere-termékek biogenetikai rendszerének 5 anyagtörzse Szacharidok (szénhidrátok) Poliketidek Fenoloidok Terpenoidok Azotoidok 86-87 6 Vágújfalvi-féle biogenetikai rendszer
Szacharidok Univerzális anyagcsere-termékek: szacharidok, proteinek, lipidek, nukleinsavak A szacharid-metabolizmus minden élő szervezet számára központi anyagcsereút, amely más anyagcsereutakkal is kapcsolatban van. A szacharidok funkciói: szerkezeti elemek építőkövei (sejtfalban, pl. cellulóz, kitin) tartalék-tápanyag: jól raktározható és gyorsan elérhető energia- és építőanyagforrás (pl. keményítő, fruktozánok, glikogén) glikokonjugátumok formájában kapcsolódhatnak egyéb primer és szekunder anyagcsere-termékekkel és módosíthatják ezek fiziko-kémiai tulajdonságait (pl. szívre ható glikozidok, antraglikozidok) a sejtek felszínén elhelyezkedve szerepük lehet az antigén-felismerésben, a jelátvitelben, stb. (pl. glikoproteinek, glikolipidek, glikokalix) 7
Szacharidok csoportosítása Monoszacharidok több mint 3 C-atomot tartalmazó polihidroxi-aldehidek (aldózok) vagy polihidroxi-ketonok (ketózok) és ezek származékai, pl. aminocukrok, uronsavak, stb. nem bonthatók tovább kisebb építőegységekre Di- és oligoszacharidok O-glikozidos kötéssel kapcsolódó, 2-10 monoszacharid-egységből álló összetett szénhidrátok a monomerek száma szerint lehetnek: di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, hepta-, okta-, nona- vagy dekaszacharidok A glikozidos kötések hidrolítikus hasításával monoszacharid egységekre bonthatók. Poliszacharidok 10-nél több monoszacharid-egységből álló polimerek lehetnek homopoliszacharidok vagy heteropoliszacharidok 8
Monoszacharidok A monoszacharidok többértékű alkoholok oxidációs termékei: primer OH-csoport oxidációja: aldózok / polihidroxialdehidek szekunder OH-csoport oxidációja: ketózok / polihidroxiketonok oxidáció 2,3- dihidroxiaceton (ketóz) glicerin oxidáció D-glicerinaldehid L-glicerinaldehid (aldóz) (aldóz) C-atomszám szerint Aldózok: trióz (C3), tetróz (C4), pentóz (C5), hexóz (C6) és heptóz (C7) Ketózok: tetrulóz (C4), pentulóz (C5), hexulóz (C6) a pentózok gyakran fordulnak elő glikozidos kötésben, pl. nukleinsavak, mézgák a leginkább elterjedt hexózok: D-glükóz, D-galaktóz, D-mannóz, D-fruktóz 9
Monoszacharidok izomériája I. Konstitúciós izomerek: azonos összegképlet, az atomok kapcsolódási sorrendje eltérő, pl. glükóz fruktóz Konformációs izomerek: a molekulán belüli atomok egymáshoz viszonyított térbeli elrendeződése, a különbség a kötések körüli elfordulásból adódik, pl. β-d-glükopiranóz 4 C 1 -konformációja Konfigurációs izomerek : az aszimmetriacentrumokhoz kapcsolódó szubsztituensek eltérő térbeli elrendeződéséből adódó különbség, pl. D-glükóz és L-glükóz Enantiomerek: egymás tükörképei Diasztereomerek: legalább egy, de nem minden sztereogén centrumban eltérnek egymástól pl. β-d-glükopiranóz és α-d-glükopiranóz Epimerek: azok a monoszacharidok, amelyek csak egyetlen olyan a OH-csoport helyzetében térnek el, amely aszimmetriacentrumhoz/királis C-atomhoz kacsolódik pl. a glükóz és a galaktóz C-4 epimerek 10
Félacetál-képződés Intramolekuláris félacetál-képződés: stabil, 5 vagy 6 C-atomos gyűrűk alakulnak ki furanóz vagy piranóz szerkezet (ciklusos félacetál forma: laktol) pl. aldohexózoknál a C-5 vagy a C-4 OH-csoport a C-1 karbonil-csoporttal kapcsolódik α-d-glükofuranóz β-d-glükofuranóz A félacetál-képződés miatt újabb aszimmetrikus C-atom = anomer C-atom α-állású OH-csoport: α-anomer β-állású OH-csoport: β-anomer Az újonnan kialakult vegyületek egymás anomerjei: aldózoknál C-1 epimerek, ketózoknál C-2 epimerek. (diasztereomerek: különböző fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek) Az anomerek mutarotációval egymásba alakulhatnak. D-glükóz D-glükóz gyűrű-lánc tautoméria pl. a glükóz vizes oldatában sztérikus-energetikai okokból a következő mutarotációs egyensúly alakul ki: 64% β-d-glükopiranóz, 36% α-dglükopiranóz, α- és β-glükofuranóz < 1%, a nyíltláncú forma alig kimutatható α-d-glükopiranóz α-d-glükopiranóz α-l-glükopiranóz β-d-glükopiranóz β-d-glükopiranóz 11
Monoszacharidok izomériája I. A monoszacharidok legalább egy aszimmetrikus C-atommal rendelkeznek, a C-atomszám növekedésével nő az aszimmetriacentrumok száma. A monoszacharidokat a karbonil-csoporttól legtávolabb elhelyezkedő kiralitáscentrum konfigurációja alapján soroljuk be a D- vagy az L-vegyületek közé. Legmagasabb oxidációs állapotú C-atom = C-1 D L A karbonil-csoporttól legtávolabbi aszimmetrikus C-atom konfigurációja határozza meg a jelölést (D vagy L) A monoszacharid-oldatok forgatóképessége alapján történő jelölés: jobbra forgató vegyületek: (+) ; balra forgató vegyületek: ( ) pl. D-(+)-glükóz (dextróz) vagy D-( )-fruktóz (levulóz) 12
Aldonsavak: az aldóz aldehidcsoportja helyett karboxicsoport; Elnevezés: -onsav; pl. glükóz C-1 oxidációja glükonsav Uronsavak: az aldóz primer OH-csoportja helyett COOH-csoport Elnevezés: -uronsav; pl. glükóz C-6 oxidációja glükuronsav D-glükóz D-galaktóz D-mannóz glükóz glükonolakton glükonsav D-glükuronsav D-galakturonsav D-mannuronsav Az aldonsavak és az uronsavak monokarboxisavak. Ha az aldóz mindkét terminális csoportját karboxillal helyettesítjük dikarboxisav (aldársav). Az uronsavak a savas poliszacharidok és glikokonjugátumok építőkövei. Galakturonsav: növényi sejtfal-poliszacharidokban pl. pektinek; növényi nyálkapoliszacharidokban Glükuronsavak: az állati glükózaminglikánokban Mannuronsavak és guluronsavak: az algák sejtfal-poliszacharidjaiban 13
Aminocukrok és acetil-aminocukrok a monoszacharidok egyik OH-csoportja helyett aminocsoport aminocukrok leggyakoribbak a 2-amino-2-dezoxihexózok pl. D- glükózamin, D-galaktózamin, D-mannózamin Az aminocsoportok N-acileződhetnek, leggyakrabban N-acetileződnek, így alakulnak ki az N-acetilaminocukrok pl. N-acetil-glükózamin Dezoxicukrok monoszacharidok egyik OH-csoportja helyett H dezoxicukrok, ha két OH-csoport hasad le didezoxicukrok pl. 2-dezoxi-D-ribóz; 6-dezoxi-Lgalaktopiranóz = L-fukopiranóz (fukóz), 6-dezoxi-Lmannopiranóz = L-ramnopiranóz (ramnóz) Cukoralkoholok monoszacharidok redukálódnak a karbonilcsoporton polihidroxialkánok (poliolok) Elnevezés: -itol pl. pentózoknál pentitol, hexózoknál hexitol Aldóz redukciója alditol; pl. glükóz glucitol (szorbitol) vagy galaktóz galaktitol (dulcitol) Ketózok redukciója diasztereomer párok pl. fruktóz glucitol és mannitol
Cukorészterek: foszforilált és szulfatált monoszacharidok monoszacharid OH-csoportjához foszfát- vagy szulfát-csoport kapcsolódik cukor-foszfát-észterkötés pl. glükóz-6-foszfát, glükóz-1-foszfát, glükóz-1,6-difoszfát (szénhidrát-anyagcserében) glikokonjugátumok és poliszacharidok bioszintézisében fontos szerepet játszanak, pl. uridindifoszfát-glükóz (UDPG) (keményítő) és adenozin-difoszfát-glükóz (ADPG) (glikogén) glükóz-6-foszfát glükóz-1-foszfát uridin-difoszfát-glükóz (UDPG) monoszacharid szulfátészterek pl. a glükózaminglikánok építőkövei 15
Szacharidok részvételével kialakuló kémiai kötések O-glikozid kötés aldózok reaktív anomer C-1-atomja (ketózoknál a C-2) vízkilépés mellett kapcsolódhat egy másik OH-csoporttal acetálkötés A kötésben résztvevő anomer OH-csoport konfigurációja fontos: α-állás esetén α-glikozid kötés, β-konfigurációnál β-glikozid kötés alakul ki O-glikozid kötés: alkoholokkal, fenolos OH-csoportokkal és karbonsavakkal (észterglikozidok) Reakciópartner lehet: egy másik monoszacharid diszacharidok; nem szacharid jellegű molekula pl. antraglikozidok, szívre ható glikozidok, flavonoidok O-glikozid kötés N-glikozid kötés β-glikozid α-glikozid N-glikozid és C-glikozid kötések monoszacharid anomer OH-csoportja vízkilépés mellett a reakciópartner NH-csoportjával is reagálhat N-glikozid kötés pl. pentózok és purin- vagy pirimidinbázisok között nukleotidok, glikoproteineknél O- és N- glikozidok is kialakulhatnak Szénhidrátok C-C-kötésen keresztül is kapcsolódhatnak az aglikonhoz; pl. flavonoidok és antraglikozidok 16
A cukrok bioszintézise - fotoszintézis fényenergia 6 CO 2 + 6 H 2 O kloroplasztiszokban C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Fényszakasz: fényenergia kémiai energiává alakul (ATP, NADPH) Sötétszakasz: CO 2 -fixálás Calvin-ciklus: a CO 2 -t a karboxidizmutáz felületén a ribulóz-1,5-difoszfát köti meg, 2 molekula glicerinsav-3-foszfát képződik. A következő lépésben ez a vegyület NADPH + H + felhasználásával glicerinaldehid-3-foszfáttá redukálódik. Az átalakulás energiaigényét ATP hidrolízise fedezi. A glicerinaldehid-3-foszfát egy részéből fruktóz-6-foszfát keletkezik, más részéből újraképződik a ribulóz-1,5-difoszfát. A fruktóz-6-foszfátból glükóz keletkezik (glükóz-1-p és glükóz-6-p) A glükóz-1-foszfát átalakulása a mono-, oligo- és poliszacharidok kialakulásának kulcsfontosságú lépése A glükóz felhasználásának első lépése a bioszintézis során egy nukleoziddifoszfát, az uridindifoszfát-glükóz (UDPG) képződése: glükóz-1-foszfát + uridintrifoszfát (UTP) = uridindifoszfát-glükóz (UDPG) + P Az UDPG aktivált glükóz segítségével oxidációs, dekarboxilációs és epimerizációs folyamatok mehetnek végbe. 17
Szénhidrát-anyagcsere Az UDPG aktivált glükóz segítségével oxidációs, dekarboxilációs és epimerizációs folyamatok tudnak végbemenni. 1. Monoszacharidok epimerizációja UDPG + Gal P UDPGal + GP 2. Monoszacharidok oxidációja UDPG UDP-glükuronsav (UDPGlcA) 3. Diszacharidok kialakulása UDPG + FrP Szacharóz P + UDP Szacharóz + UTP 4. Oligo- és poliszacharidok kialakulása Monoszacharid + Nukleozid TP MonoszacharidP + Nukleozid DP Monoszacharid NDP + Monoszacharid P Diszacharid P + Nukleozid DP Diszacharid + Nukleozid TP Poliszacharidok 18
Gyógyászatilag jelentős monoszacharidok Xilóz főleg poliszacharidokban, pl. xiloglukánok és xilánok a növényi sejtfalban Glükóz D-(+)-glükóz, dextróz, szőlőcukor a leggyakoribb hexóz, oligo- és poliszacharidok építőeleme pl. szacharóz, keményítő, cellulóz, glikogén, glikolipidek, glikoproteinek szabad formában gyümölcsökben és mézben, pl. szőlő, füge Galaktóz poliszacharidokban fordul elő (galaktánok, arabinogalaktánok, galaktomannánok), glükózhoz kötötten a laktózban (a humán étrendben is ez a fő forrás); nem metabolizálódik májfunkciós teszt Fruktóz β-d-fruktopiranóz, levulóz, gyümölcscukor di-, oligo- és poliszacharidok felépítésében (szacharóz, raffinóz, polimerek: fruktozánok, inulin metabolizáció inzulintól független diabetes mellitusban cukorpótlóként, nagy dózisban hashajtó hatású (ozmotikus hashajtó) 19
Cukoralkoholok Szorbitol D-glucitol Elsőként a madárberkenye (Sorbus aucuparia L., Rosaceae) terméséből izolálták (kb. 10%); előfordulás: galagonya, alma, körte, szilva, sárgabarack, meggy Rosaceae család kemotaxonómiai markere p.os adagolva a májban egy dehidrogenáz enzim fruktózzá alakítja a további metabolizáció glikogénné inzulintól független Mannitol mannában (virágos kőris, Fraxinus ornus L., Oleaceae); kérgének megvágása után kifolyó és megszáradó termék) ; algákban és gombákban tartaléktápanyag édes, hűsítő ízű; technológiai segédanyagként alkalmazzák (tablettáknál, édesítőszerként); ozmotikus hashajtó; i.v. ozmodiuretikum vesefunkció teszt Xilitol zuzmókban, algákban, gombákban fordul elő, magasabb rendű növényekben (szilva, eper, málna, karfiol) kisebb mennyiségben p.os csak kb. 20% szívódik fel; a májban inzulintól függetlenül metabolizálódik diabeteses betegeknek cukorpótló; nagyobb dózisban ozmotikus hashajtó 20
Méz Édes ízű, frissen sűrűn folyó, világossárga-barna színű anyagkeverék; a mézelő méh (Apis mellifera L.) állítja elő a virágok nektárjából (ill. növények által kiválasztott nedvekből) Az előgyomrukban gyomornedveikkel keverve enzimatikusan átalakítják, dehidratálják, raktározzák és a lépben érlelik. A nektárt vékony rétegben felkenik a lép falára, szárnymozgatással a nektár nedvességtartalmát elpárologtatják. A nektárcseppek többszöri felszívása és kiürítése során a méh kiválasztó rendszereiből származó anyagok (gyomornedv, garatmirigy-váladék), savak, enzimek, hormonok kerülnek az érlelési folyamat során sűrűsödő mézbe. Az érlelt, lépsejtben összegyűlt mézet a méhek viaszfedéllel zárják le. Jellemző tartalmi anyagai: 60 85% invertcukor: D-glükóz és D-fruktóz egyenlő arányú keveréke a nektárban található szacharóz nagy része invertcukorrá hasad 5-10% szacharóz 10-20% víz, kb. 0,3% N-tartalmú vegyület (fehérjék, aminosavak), aromaanyagok, vitaminok B 1, B 2, B 6, C), szerves savak, ásványi anyagok, pollen, antibiotikus hatású anyagok (pinocembrin) A méz megnevezése az eredetétől függ aszerint, hogy a méhek mely virágokat részesítették előnyben a nektárgyűjtés során, pl. repceméz, hársméz, virágméz, stb. Alkalmazás: édesítőszerként, ízkorrigensként Tradicionálisan a felső légutak gyulladásos megbetegedéseiben (mézes tej). 1 éves kor alatt nem ajánlott gyermekkori botulizmust okozhat 21
Mézhamisítás vizsgálata Elmélet: a hamisítás során szacharózból savas hidrolízissel előállított invertcukrot adnak a mézhez, a hidrolízis azonban nem áll meg az invertcukornál, hidroxi-metilfurfural alakul ki, amely kloroformmal kivonható (az invertcukor nem oldódik kloroformban), a kloroformot lepárolva és a maradékhoz reagenst adva színreakció játszódik le Seliwanoff-reakció Méhpempő, gelée royale: a méhkirálynő tápláléka (hormonváladék), amit a dajkaméhek állítanak elő. Jellemző vegyületek: fehérjék, cukrok, zsírok, B 2 -, B 5 -, B 6 - és E-vitamin, hormonok, szabad aminosavak, kolin, acetilkolin, víz (65%). Alkalmazás: roboráló készítményekben Méhméreg; Apis mellifera toxin: a méhek méregmirigyében termelt, és méreghólyagjában tárolt savas kémhatású anyag; alkalmazás: reumatikus fájdalmak és ízületi gyulladások kezelésére Méhszurok, méhszurok: ragacsos anyag, amelyet a dolgozó méhek a kaptár védelmére, a baktériumok és egyéb kórokozók ellen használnak, főleg nyárfafélék rügyeiből származik, alkoholos kivonatait alkalmazzák 22
Di- és Oligoszacharidok Diszacharidok Ha az egyik monoszacharid anomer OH-csoportja reagál a másik monoszacharid OH-csoportjával (nem az anomer OH-csoporttal) redukáló diszacharid keletkezik, mutarotáció lehetséges, pl. maltóz Ha mindkét monoszacharid félacetál OH-csoportja részt vesz a kötés kialakítsában, nem redukáló diszacharid jön létre, nincs mutarotáció, pl. trehalóz (2 glükóz α,α -1,1-kötéssel) Maltóz Cellobióz Laktóz Szacharóz Maltóz (malátacukor): 4-O-(α-D-glükopiranozil)-D-glükopiranóz; α-d-glcp-(1 4)-D-Glcp Cellobióz: 4-O-(β-D-glükopiranozil)-D-glükopiranóz; β-d-glcp-(1 4)-D-Glcp Laktóz (tejcukor) 4-O-(β-D-galaktopiranozil)-D-glükopiranóz; β-d-galp-(1 4)-D-Glcp Trehalóz: α-d-glükopiranozil-α-d-glükopiranozil; α-d-glcp-(1 1)-α-D-Glcp Szacharóz (répacukor): α-d-glükopiranozil- β-d-fruktofuranozid; α-d-glcp-(1 2)-β-D-Fruf Az oligoszacharidok bármely növényi részben előfordulhatnak, pl. a raktározó szövetekben: termés, gyökér, gumó, stb. Raktározott tápanyagként: a triszacharid gencianóz és raffinóz, a tetraszacharid sztachióz és a pentaszacharid verbaszkóz 23
Jelentős oligoszacharidok Szacharóz: α-d-glükopiranozil- β-d-fruktofuranozid Répacukor, nádcukor Nem redukáló, nem mutat mutarotációt; 1,2-glikozid kötés Növényekben a cukor legfontosabb transzportformája; bizonyos növények raktározzák: cukorrépa (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris L. var. altissima Döll, Chenopodiaceae ); cukornád (Saccharum officinarum L., Poaceae) Kereskedelemben különböző formában elérhető: porcukor, kristálycukor, kandiscukor, stb. Barnacukor: kevésbé tisztított (szűrés aktív szénen) Laktóz: 4-O-(β-D-galaktopiranozil)-D-glükopiranóz; (tejcukor) Redukáló, mutarotáció; 1,4-glikozid kötés α-laktóz: O-β-D-galaktopiranozil-(1 4)-α-D-glükopiranóz, β-laktóz: O-β-D-galaktopiranozil-(1 4)-β-D-glükopiranóz Emlősállatok tejmirigyeiben termelődik, a tej laktóz tartalma fajonként változó: az emberi anyatejé 5 8%, a tehéntejé 2,5 5% A vékonybél-mucosaban található β-d-galaktozidáz (laktáz) hasítja Laktózintolerancia felnőtteknél: laktázhiány; fiziológiás Tejallergia: ritka, tejfehérjékre adott immunreakció! Laktulóz: 4-O-(β-D-galaktopiranozil)-ß-D-fruktofuranóz Galaktóz C-1 OH-csoportja fruktóz C-4 OH-csoportja Laktóz glükózmolekulája epimerizálódik fruktózzá; alkalmazás:ozmotikus hashajtóként 24
Szacharidok édes ízének relatív erőssége Édes íz érzékelése: édes ízt érző receptorok elsősorban a nyelv elülső részén Viszonylag kevés mono- és oligoszacharid, ill. cukoralkohol édes ízű - keserű ízű szacharidok, pl. gencianóz Szacharidok Szacharóz 1 D-Fruktóz 1,2 1,7 D-Glükóz 0,7 D-Galaktóz 0,6 D-Mannóz 0,4 Laktóz 0,4 Maltóz 0,4 0,5 Raffinóz 0,2 D-Mannitol 0,4 0,6 D-Szorbitol 0,5 D-Xilitol 1 1,1 Glicerin 0,5 0,6 Maltitol 0,8 0,9 Egyéb természetes anyagok Szteviol-glikozid 300 Neoheszperidin-dihidrokalkon 500 1500 Glicirrizin 50 Szintetikus édesítőszerek Szacharin (Benzoesav-szulfinid) 550 Aszpartám (L-aszparatil-L-fenilalaninmetilészter) 200 Ciklamát (Ciklohexán-szulfamidsav) 20 50 25
Ciklodextrinek Gyűrű alakú oligoszacharidok, 1,4-kötésben lévő α-dglükóz egységekból állnak α-, β- és γ-ciklodextrin (hexamer, heptamer, oktamer) Előállítás: keményítő enzimatikus (ciklodextringlikoziltranszferázok) hasításával Az enzimeket Bacillus-fajok termelik. Lipofil, szerves molekulákat képesek magukba zárni: zárványképzés OH-csoportok a molekula külső részén találhatók A különböző ciklodextrinek különböző belső átmérőjű, hidrofób üreget alakítanak ki: kb. 0,5 nm (α-ciklodextrin) - 0,8 nm (γ-ciklodextrin) Hidrofób kölcsönhatások (Dipol- és Van-der-Waals-kölcsönhatások) Fiziko-kémiai tulajdonságok megváltoztatására alkalmas Alkalmazás: hatóanyagok stabilizálása, oldhatóság és biohasznosíthatóság javítása, célzott hatóanyag-szállítás 26
Poliszacharidok Ubikviter biopolimerek, amelyek több mint 10 monoszacharid egységből épülnek fel Monoszacharid egységek száma: 100-100000 A poliszacharidok különböző hosszúságú láncokból állnak polidiszperzitás Csoportosítás 1. homo- és heteropoliszacharidok 2. lineáris és elágazó poliszacharidok 3. semleges (pl. amilóz, cellulóz) vagy negatív töltésű poliszacharidok (karboxi-, uronsavszubsztituensek: pektinek; szulfatált OH-csoportok: alga-poliszacharidok) 4. konformáció alapján, pl. helikális szerkezet, ribbon type, stb. Sok poliszacharid vízzel félszilárd, kolloid diszperz rendszert alakít ki (hidrogélek). Vízben duzzadnak, a koncentráció függvényében géleket vagy viszkózus folyadékokat (sol) hoznak létre. (Szabályos és szabálytalan szerkezetű szakaszok váltják egymást.) pl. alginátok, pektinek, agar 27
Homopoliszacharidok Poliszacharid Kötés Előfordulás β-d-glukánok Cellulóz β-(1 4) szárazföldi növények Laminarin β-(1 3), (1 6) algák Lichenán β-(1 3), (1 4) zuzmók α-d-glukánok Amilóz α-(1 4) növények Amilopektin α-(1 4), (1 6) növények Glikogén α-(1 4), (1 6) állatok, ember Dextrán α-(1 6), (1 4), (1 3) baktériumok Pullulán α-(1 4), (1 6) gombák Izolichenán α-(1 3), (1 4) zuzmók Aminoglikánok Kitin β-(1 4) rovarok, gombák β-d-fruktozánok Inulin β-(2 1) Asteraceae növények 28
Keményítő Ubikviter homopoliszacharid, növényekben tartalék-tápanyag α-d-glükóz monomer egységekből épül fel, amelyek 1-4 kötéssel kapcsolódnak egymáshoz α-glukánok: amilóz, amilopektin Amilóz: nem elágazó, hosszú láncot alkot; Amilopektin: erősen elágazó A hosszú láncmolekula csavarmenetszerűen feltekeredik, ún. hélix konformációt mutat. A keményítő kristályos jellegét az amilopektin adja, az amilóz elsősorban az amorf régiókban megtalálható. Hideg vízben oldhatatlan, meleg vízben kolloidot alkot. Azonosítás Csirizképzés: enyhe melegítés hatására amilóz kioldódik, erős melegítés hatására irreverzibilis duzzadás, a kristályos szerkezet szétesik, kihűlés után viszkozitás nő reakció kálium-jodidos jódoldattal: helikális szerkezet belseje hidrofób, belső átmérő megfelel a jódmolekuláénak: mélykék amilóz/jódkomplex, melegítés hatására a hélixváz szétesik, eltűnik a szín 29
Keményítő raktározása Asszimilációs keményítő: átmeneti forma, szacharózzá bomlik, a raktározás helyére szállítás után raktározott keményítő (amiloplasztiszokban), keményítőszemcsék formájában méret, forma fajra jellemző Koncentrikusan vagy excentrikusan rétegzett Burgonyakeményítő (Solani amylum) Solanum tuberosum L., Solanaceae Kukoricakeményítő (Maydis amylum) Zea Mays L., Poaceae Rizskeményítő (Oryzae amylum) Oryza sativa L., Poacae Búzakeményítő (Tritici amylum) Triticum aestivum L., Poaceae tápióka, yam-gyökér, mungóbab 30
Egyéb homoglukánok Dextrin Kukorica- vagy burgonyakeményítő részleges hidrolízisével előállított heterogén keverék; lineáris és elágazó α-glukánok, oligoszacharidok, glükóz Élelmiszer, inert anyag szárazkivonatok koncentrációjának beállítására, tablettázó segédanyag Glikogén: a keményítő analógja, erősen elágazó szerkezetű Funkciója: rövidtávú energiaraktározás az állati és emberi sejtekben, elsősorban a máj, és az izmok raktározzák Cellulóz szálas, rostos anyag; a növényi sejtek vázanyagát alkotja, a növényi sejtfalban található; nagy mechanikai szilárdságú, vízben oldhatatlan Lineáris homopoliszacharid, elágazás nélküli polimer cellobióz diszacharidokból (Dglükopiranóz egységek) épül fel, β(1-4)-glikozid kötésekkel A szalagszerű szerkezetet intra- és intermolekuláris H-híd kötések stabilizálják. A szalagok sűrűn egymás mellett helyezkednek el, mikrofibrillumokká, ezek pedig makrofibrillumokká szerveződnek. 31
β-d-fruktofuranózok Fruktozánok Inulin típus: a fruktóz monomerek β-(2 1)-kötésűek, pl. inulin Leván típus: a fruktóz monomerek β-(2 6)-kötésűek, pl. flein Vegyes típus: (2 6)-kötések a főláncban és (2 1)-kötések a rövid oldalláncokban, pl. triticin Vízoldhatók, előfordulásuk jellemző bizonyos növénycsaládokra, keményítő helyett tartaléktápanyagként, pl. inulin: Asteraceae; flein: Poaceae Inulinok: fruktózegységekből álló polimerek, csak végződéseiken tartalmaznak glükózt. A fruktózegységek β-(2-1) glikozidos kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A kisebb molekulákat frukto-oligoszacharidoknak nevezik, legegyszerűbb képviselőjük a ketóz, amely 2 fruktóz és 1 glükóz egységet tartalmaz. Asteraceae család fajainak föld alatti részeiben: Taraxacum officinale, Cichorium intybus (58%); Boraginaceae növények föld feletti részeiben: Tussilago farfara, Symphytum sp.; Echinacea sp., Gentiana sp. gyökerében 32
Egyéb homopoliszacharidok Xilánok: D-xilóz (pentóz) egységek β-(1-4) kötésekkel kapcsolódnak; vázanyag, a fák keménységét adja A növények elfásodott részeiben (pl. kukoricaszár, -csutka) fordul elő. Mannánok: Alapegysége a hexóz monoszacharid D-mannóz, A növények fás részeiben, magok csonthéjában találhatók meg. Galaktánok: galaktóz monomerekből felépülő homopoliszacharid, a hemicellulóz fő komponense a kukorica szára tartalmazza 33
Heteropoliszacharidok Pektinek Pentózokból és hexózokból épülnek fel, nagy arányban tartalmaznak α-(1 4)-kötésben poligalakturonsavakat, homogalakturonánokat és ramnogalakturonánokat. A gyümölcsök héj és hús közötti részében felhalmozódó, gélképző anyagok. A sejtfalban nem vízoldékony protopektin formájában találhatók meg, kovalens kötésekkel kapcsolódnak a sejtfal egyéb poliszacharidjaihoz. A termésérés során enzimatikusan bomlanak és vízoldhatóvá válnak (termés puhulása). Pektinben gazdag gyümölcsök: alma terméshúsa 10 15%, narancsés citromhéj Vízben erősen duzzadnak, gélt képeznek; hasmenést gátló hatásúak; csökkentik a koleszterinszintet és szabályozzák a posztprandriális vércukorszintet. 34
Növényi mézgák Szerves hidrokolloidok Növények mechanikai sérülése után képződnek, sűrűn folyó folyadékok, levegőn sűrű masszává száradnak A sejtfal alkotóinak (protopektin, cellulóz) nyálkaanyaggá történő átalakulásával jönnek létre főleg a rózsafélék és a hüvelyesek családjába tartozó növények fájában fordulnak elő hideg vízben lassan duzzadnak, sűrűn folyó oldataik ragadósak Drogok: akáciamézga, tragakanta, Karaya-mézga 35
ACACIAE GUMMI - akáciamézga Acacia senegal Willd. Fabaceae Drog: az Acacia senegal fatörzsének, vagy ágainak természetes módon, vagy bemetszés hatására kifolyt, levegőn megkeményedett, gumiszerű váladéka. Borsó-mogyoró nagyságú, gömbölyű fehér, vagy sárgásszínű szemecskék, melyek áttetszőek, törékenyek, törtfelületük éles szélű, kagylós, fénylő. Hivatalos a Ph.Hg.VIII.-ban Jellemző vegyületek, hatóanyagok Arabin poliszacharid: száraztömegének 95%-a poliszacharid, a fennmaradó 5%-nyi rész oligoszacharidok és glükoproteinek komplex összetételű elegye Fő alkotóelemei: arabinogalaktánok, arabinogalaktán-proteinek D-galaktóz (35 45%), L-arabinóz (25 45%), D-glükuronsav (6 15%) és L-ramnóz (4 13%). Tartalmaz továbbá arabinsav-sókat, cserzőanyagot, enzimeket. Alkalmazás A gyógyszeriparban emulziókhoz alkalmazzák. Az élelmiszeriparban szirupok, gumi- és pillecukrok adalékanyaga, illetve fontos filmbevonat-képző és kolloidstabilizátor. 36
TRAGACANTHA - tragakanta Astragalus-fajok (Fabaceae) A tragakanta Kis-Ázsia hegyein termő mézgás csűdfű (Astragalus gummifer Labill.) cserje gyökerének, törzsének és ágainak szabadon kifolyó és a levegőn levél-, vagy gömbös formában megszilárduló váladéka. A lemezes tragant-mézga (Tragacantha lamellaris) lemezes, rétegezett, sárgásfehér, áttetsző darabokból áll. A fonalas tragant-mézga (Tragacantha vermicularis) féregszerű, keskeny csíkokat vagy fonal alakú darabokat tartalmaz. A drog hivatalos a Ph.Hg.VIII.-ban. Jellemző vegyületek, hatóanyagok Nagy molekulasúlyú, savas kémhatású és semleges, proteineket tartalmazó poliszacharidok: 30-40% tragakantin (poligalakturonsav) és 60-70% basszorin (arabinogalaktán-protein), illetve néhány százaléknyi keményítő keveréke. Alkalmazás Enyhe hashajtó. Emulziók és szuszpenziók technológiai segédanyagaként (sűrítő, stabilizátor, hordozó, állományjavító, emulgeátor) alkalmazzák Mellékhatás: elégtelen folyadékbevitel mellett bélelzáródást idézhet elő és magas poliszacharid tartalmának következtében gátolhatja szájon át adott gyógyszerek felszívódását. 37
Nyálka-poliszacharidok Nyálkák: Természetes vagy kóros úton a növényekben keletkező heteropoliszacharidok, a magasabb rendű növényekben tartaléktápanyagok is. Vizet képesek megkötni, hideg vízzel érintkezve azonnal megduzzadnak, sűrű oldatot képeznek, vízzel kivonhatók. Nyálkadrogok analitikája és alkalmazása Változó és komplex összetétel nem tartalmi meghatározás, hanem értékmérés (terápiás érték) Duzzadási érték: 1 g drog folyadékban (vízben), szobahőmérsékleten, 5 óra után mért duzzadás ml-ben. Viszkózus oldatokat képző hidrokolloidok; Száj- és torokgyulladás esetében, köhögéscsillapító hatás (alkalmazás teaként?) Gyomor-bélrendszer gyulladásos panaszai esetén; savas poliszacharidok adhéziós patogéneket gátolják pl. Helicobacter pylori Hasmenést gátló (emésztetlen poliszacharidok nyugtató hatása, toxinok adszorpciója) Hashajtó hatás (duzzadás nagyobb térfogatú, puhább széklet, bélfal bevonása) 38
TRIGONELLAE FOENUGRAECI SEMEN - görögszénamag Trigonella foenum-graecum L. (Fabaceae) A Földközi-tenger vidékén, Nyugat-Ázsiában honos növény, már az ókorban is termesztették, fűszerként is alkalmazzák. A magok illata erős, aromás, keserű, összehúzó, az ánizsra emlékeztet. Jellemző vegyületek, hatóanyagok 40-45% poliszacharid (ebből 30 40% galaktomannán) nyálka, trigonellin és további alkaloidok, 2 3% szteroidszaponinok keserű ízű biszdezmozidikus furosztán-glikozidok, 6-10% zsíros olaj, 27 30 % fehérje, cserzőanyag, flavonoidok (rutin, luteolin, orientin, kvercetin, vitexin és izovitexin), ásványi anyagok, mikroelemek (vas, szelén, szilícium), A-, B-, C- és D vitaminok. Alkalmazás Hatását szteroidszaponinoknak (dioszgenin, jamogenin, tigogenin, neotigogenin) és nyálkaanyagoknak tulajdonítják. A szaponinok gátolják a koleszterin felszívódását és szintézisét, a rostok a vércukorszint csökkentését segíthetik. Embereken végzett kutatások kimutatták, hogy mérsékelt érelmeszesedésben és nem inzulinfüggő (2-es típusú) cukorbetegségben szenvedő pácienseknél a görögszéna csökkentheti a vércukor- és a koleszterinszintet. 39
ALTHAEAE RADIX / FOLIUM orvosi zilíz (fehér mályva) gyökér / levél Althaea officinalis L. (Malvaceae) A növény nádasokban, mocsarakban, ártéri legelőkön gyakori. Húsos, kívül barnásszürke, belül sárgásfehér gyökerei vannak, a gyökér felső, sokfejű részéből erőteljes szárak fejlődnek. A hámozott drog fehér, vagy sárgásfehér színű, felületükről a háncsrostok finom szálakban lehúzhatók, törésük rostos. A növény földfeletti részei csillag alakú szőrképletektől bársonyosmolyhosak,.szürkés-zöld színűek. A levelek nyelesek, 5-10 cm hosszúak, 3-5 karéjúak, szélük fogazott. Szárnyas erezete a fonákon kiemelkedő. Jellemző vegyületek, hatóanyagok Gyökér: 15% nyálka (galakturonoramnán, glukán, arabinogalaktán), keményítő, glükóz, pektin, flavonoidok és ásványi anyagok, cserzőanyagok, szerves savak. Levél: 5% nyálka, glükóz, pektin, flavonoidok, ásványi anyagok, cserzőanyagok, szerves savak. Alkalmazás A gyógyászatban leveleit, virágait és gyökerét használják. A késő ősszel gyűjtött gyökér bélbevonó (demulcens). Hideg macerátumát főként a száj gyulladásai, a gastritis, gyomorfekély, enteritis és colitis kezelésére használják. A leveleket nyáron gyűjtik, száraz köhögés elleni teakeverékek alapanyaga, nyálkaanyaga bevonóként a felső légúti gyulladás, tüneteit enyhíti. Bélhurut, gyomorhurut, gyomorfekély és nyombélfekély esetén a 40 gyulladásban lévő nyálkahártya bevonó szereként megnyugtatja a fekélyes területet.
PSYLLI SEMEN - nyálkás és homoki útifűmag Plantago afra L. (P. psyllium L.), P. indica L. PLANTAGINIS OVATAE SEMEN - egyiptomi útifű mag Plantago ovata Forssk. (P. ispaghula Roxb.) (Plantaginaceae) Plantago afra és indica: Dél- és Közép-Európában gyakori, apró, fénylő sötétbarna magja van. Felszínük sima és fényes; hosszúkás elliptikusak. A hátoldal középső részén egy világosabb árnyalatú, hosszában húzódó kiemelkedés található. Plantago ovata: Indiában, Afganisztánban, Iránban, Észak-Afrikában, Spanyolországban honos. Jellemző vegyületek, hatóanyagok Nyálkaanyagok (10-12%): arabinoxilánok, zsíros olaj és fitoszterolok. Alkalmazás Székletlazító és hashajtó, a magvakat krónikus székrekedés és irritábilis bélszindróma kezelésére használják, koleszterinszint csökkentő. A magvak bevétele után bőséges mennyiségű folyadék fogyasztása szükséges. 41
FARFARAE FOLIUM - martilapulevél Tussilago farfara L. Asteraceae Az északi félteke mérsékelt területein honos. A levéllemez kerek, szív, vagy vese alakú, öblösen fogazott szélű, felszíne sötétzöld, erezete ibolyás, fonákja szürkén molyhos. Jellemző vegyületek, hatóanyagok Nyálkaanyagok 6-10%: semleges poliszacharidok / glukánok és savas poliszacharidok / galakturonsav; cserzőanyagok 5%, pirrolizidin alkaloidok (szenkirkin, szenecionin), flavonoidok, triterpének Alkalmazás Teáját köhögés, a felső légutak gyulladása esetén használják. Alkalmazása csak kis mennyiségben ajánlott a pirrolizidin alkaloidok karcinogén és hepatotoxikus hatása miatt. Várandósság és a szoptatás ideje alatt kerülendő a fogyasztása! Pirrolizidin alkaloidok max. dózisa 1 μg/nap, legfeljebb 4 6 hétig évente. 42
LICHEN ISLANDICUS - izlandi zuzmó Cetraria islandica L. Acharius (Parmeliaceae) A zuzmótelep hegyes vidékeken tömegesen terem, szarvasagancsszerűen elágazó, fodros szélű. Felszíne barnászöld, fonákja szürkészöld vagy világosbarna színű, fehér foltokkal. Széle pillás. Jellemző vegyületek, hatóanyagok 50% nyálka: Licheninek: lineáris β-d-glukán szerkezetűek, forró vízzel kivonhatók, az emésztőrendszerben nem hidrolizálnak; Izolicheninek: lineáris α-d-glukánok, hideg vízzel is kioldhatók.; glükomannánokat, glükuronsavat is tartalmaznak Zuzmósavak - protocetrársav, cetrársav (depszidonok, depszidek); triterpének, illóolaj, nyomokban zsír, keményítő és keserűanyag. Alkalmazás Főzete köptető és köhögéscsillapító hatása miatt a légutak hurutos betegségeiben bélbetegségekben, étvágygerjesztőként, preklinikai vizsgálatokban galaktomannánok in vitro immunmoduláns hatásúak 43
LINI SEMEN - házi lenmag Linum usitatissimum L. (Linaceae) Rostjáért és olajos magjáért termesztik. Egyéves, kékvirágú növény. Az érett mag világos- vagy sötétebb barna színű, fényes felületű. Tapintása nyálkás, lapított tojás- alakú, egyik végén lekerekített, másik végén hegyes. Hegyes végén látható a köldök, alatta a mikropile, ahonnan a rafe húzódik a mag élén finom léc formájában. Jellemző vegyületek, hatóanyagok Nyálkaanyag (semleges és savas poliszacharidok): semleges pentozánfrakció (arabinoxilánok), savas frakció I és II (ramnoglakturonánok) 30-40% zsíros olaj (linolsav, 40 60% α-linolénsav, olajsav), 20% fehérje, lignánok, 1% cianogén glikozid, szterinek és triterpének. Alkalmazás A lenmagból hidegen préselt lenolaj; linolénsav: koleszterinszint-csökkentő hatása: klinikai vizsgálatokban 50 g lenmag több hetes kezelés során 9%-kal csökkentette az összkoleszterin és 18%-kal az LDL-koleszterin szintet. 44
MALVAE FOLIUM - mályvalevél Malva neglecta Wallr., M. sylvestris L. MALVAE SYLVESTRIS FLOS - erdei mályvavirág Malva sylvestris L. (Malvaceae) Gyomos társulásokban világszerte elterjedt. A levelek kerek vagy vese alakúak, karéjosak, válluk szíves, szélük szabálytalanul csipkés, tenyeres erezetűek. A Malva neglecta leveleinek felszíne gyéren szőrös vagy kopasz, fonákja sűrűn molyhos. A Malva sylvestrislevelei gyéren szőrösek, felszínükön sötétebb, fonákjukon világosabb zöld színűek. A virág öttagú, kettős csészéje van. A külső 3 szabad csészelevél, hosszas-lándzsás, belső felületén kopasz, kívül szőrös. A belső 5 csészelevél, forrt, kívül szőrös, belül kopasz. Az 5 szabad sziromlevél fordított tojás alakú, csúcsa mélyen kicsípett, színe sötét ibolya. Jellemző vegyületek, hatóanyagok 8% nyálka-heteropoliszacharidok (arabinogalaktán, poligalakturoramnán), flavonoidok és cserzőanyagok. a virágban antociánok (malvidin és delfinidin glükozidok; 6-7%) Alkalmazás Levelét köhögéscsillapítóként, székrekedés és görcsös vastagbélgyulladás tüneti kezelésére használják. A virágot köhögéscsillapítóként használják. Tea formájában fogyasztják (nincs benne keményítő) 45
Gomba-poliszacharidok komplex felépítésű sejtfal Valódi gombáknál szerkezeti elem: kitin, mátrixanyagok: mannánok és glukánok Mikózisokban a gomba-poliszacharidok meghatározzák a patogenitást: összetétel változó ( dinamikus glikán-kód ) Néhány gomba extracelluláris poliszacharidokat is termel, nyálkás bevonatot képez (1 3)-β-Glukánok β-(1 6)-elágazásokkal Schizophyllan (Schizophyllum commune) Lentinan (Lentinus edodes) Poliszacharid-Peptid-Komplex PSK (Coriolus versicolor) Immunmoduláns és tumorellenes hatásukat igazolták; Japánban és Kínában az adjuváns tumorterápiában alkalmazzák. 46
Alga-poliszacharidok Szerkezeti poliszacharidok, barna és vörös algák sejtfalában negatív töltésű vegyületek, magas uronsav-/szulfáttartalom Alginsavak, karragének, agar Barnaalgák (makroalgák) Mérsékelt-hideg vizekben elterjedtek; akár 60 m hosszúak is lehetnek Macrocystis-, Laminaria-, Ascophyllum-, Fucus-fajok Vörösalgák (vörösmoszatok) Meleg vizekben, a part mentén élnek Chondrus-, Gigartina-, Furcelllaria-, Gelidium-, Gracilaria-fajok 47
AGAR - agar Ahnfeltia plicata (Huds.) Fries, Gelidium-fajok tengeri vörösmoszatokból nyert sűrítő- és zselésítő élelmiszeradalékanyag; vékony, lemezes csíkokból álló kötegek formájában, porrá őrölve kapható Szürkésfehér vagy sárgásfehér színű, szalag vagy pálcika-, ritkábban por alakú Jellemző vegyületek, hatóanyagok heteropoliszacharidok (főleg D-galaktóz molekulákból felépülő hidrofil kolloid poliszacharid) Alkalmazás: Baktérium- és gomba-táptalajként; élelmiszeriparban sűrítőanyagként KARRAGÉN vörösmoszatokból vonják ki lineáris, részben szulfatált homogalaktánok komplex keveréke; három típus: κ-(kappa), λ- (lamda) és ι-(iota); eltérő jellemzők Proinflammatorikus hatás ALGINÁTOK makroalgák sejtfalából vonják ki; karboxilezett poliszacharidok; alginsav Ca 2+ -, Mg 2+ -, Na + - és K + -sói (β-d-mannuronsav és β-l-guluronsav polimerjei); A kalcium-alginátot interaktív sebkötésekben, pl.: égési kötszerekben hasznosítják. Elősegítik a gyógyulást és fájdalommentes az eltávolításuk; fogpótlásoknál és a fogászatban öntőformák 48 készítésére