Лекарственные растения – источники полисахаридов

 

ГБОУ «СМОЛЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ»

 

 

Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии.

Курсовая работа по дисциплине «Фармакогнозия»

на тему «Лекарственные растения – источники полисахаридов».

 

Выполнил: студент 4 курса заочного отделения

фармацевтического факультета

Карасева Юлия Валентиновна

№ зачетной книжки 10605 – 4

Обратный адрес:

246029, РБ, г. Гомель,

ул. бр. Лизюковых, 7 – 704

26.11.2013

 

Проверивший преподаватель________________

Оценка________________

Смоленск, 2013 год.

Содержание

1. Введение, цель и задачи                                                                                        4

2. Основная часть                                                                                                       6

2.1. Полисахариды                                                                                            6

2.2. Классификация полисахаридов                                                               6

2.3. Физические и химические свойства полисахаридов                             8

2.4. Извлечение и очистка полисахаридов из лекарственного растительного сырья, их качественный и количественный анализ; значение полисахаридов для медицины                                                                                  9

2.5. Сбор, сушка, хранение сырья                                                                10

2.6. Краткая характеристика отдельных полисахаридов с указанием лекарственных растений, в которых они содержатся                                         10

2.6.1. Целлюлоза                                                                                  10

2.6.2. Инулин                                                                                        11

2.6.3. Крахмал                                                                                      12

2.6.4. Слизи                                                                                           14

2.6.5. Камеди                                                                                         16

2.6.6. Пектины                                                                                      17

2.7. Лекарственные растения, содержащие целлюлозу: хлопчатник мохнатый                                                                                                                 20

2.8. Лекарственные растения, содержащие инулин: девясил высокий, одуванчик лекарственный                                                                                       22

2.9. Лекарственные растения, содержащие крахмал: кукуруза обыкновенная                                                                                                            26

2.10. Лекарственные растения, содержащие слизи: лен обыкновенный, подорожник блошный, алтей лекарственный, мать – и – мачеха, подорожник большой, цветки липы, клубни салепа                                                                    27

2.11. Лекарственные растения, содержащие камеди: абрикос обыкновенный, трагакантовые астрагалы                                                             41

2.12. Лекарственные растения, содержащие пектины: малина обыкновенная, ламинария сахаристая                                                                    44

3. Заключение и общие выводы                                                                              48

4. Список литературы                                                                                              50

5. Приложение                                                                                                          52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение, цель и задачи

 

Нынешнее время характеризуется бурным развитием всех отраслей науки. Прочно вошли в нашу жизнь новые химические соединения, материалы, полученные путем синтеза.

Среди фармакологически активных соединений, синтезируемых растениями, своеобразную группу представляют собой полисахариды. Но в настоящее время, ввиду бурного развития рынка лекарственных препаратов, полисахаридам не уделяется должного внимания.

Именно поэтому данная курсовая работа является попыткой отобразить, насколько это возможно, всю важность и глубину исследуемой проблемы. Я попытаюсь последовательно и аргументировано изложить сущность вопроса, детально рассмотреть свойства изучаемого лекарственного растительного сырья.

 

Цель: изучим лекарственные растения, которые в своем составе содержат полисахариды.

 

Задачи:

- рассмотреть классификацию и дадим краткую характеристику полисахаридам растений;

- кратко охарактеризовать следующие вещества, имеющие непосредственное отношение к исследуемой нами теме: слизи, камеди, пектины, инулин, крахмал, клетчатка;

-  изучить условия сбора, хранения и сушки лекарственного растительного сырья, содержащего полисахариды, отметим их внешние признаки, условия произрастания, область применения, качественные реакции, а также числовые показатели.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основная часть

2.1. Полисахариды

Полисахариды – это высокомолекулярные продукты конденсации более 5 моносахаридов и их производных, связанных друг с другом О-гликозидными связями и образующие линейные или разветвленные цепи.

Разнообразие в строении полисахаридов может быть обусловлено не только характером моносахаридов и способом их соединения, но также тем, что гидроксильные и карбоксильные группы моносахаридов и их производных могут быть метилированы, этерифицированы органическими и неорганическими кислотами (например, серной кислотой – агар-агар); водороды карбоксильных групп замещены на ионы металлов (пектиновые вещества, камеди).

Существует довольно много форм полисахаридов. Часть из них относится к голозидам. Наиболее известны крахмал, целлюлоза, инулин. Другие полисахариды полностью или частично состоят из уроновых кислот или остатков глюкозаминов. К ним относятся гемицеллюлозы, пектин, альгиновая кислота и ее производные – альгинаты. а также хитин, камеди и слизи.

 

 

2.2. Классификация полисахаридов

Полисахариды делят на два типа: гомополисахариды (гомополимеры) и гетерополисахариды (гетерополимеры), в зависимости от характера входящих в их состав моносахаридов и их производных.

Гомополисахариды построены из моносахаридных единиц (мономеров) одного типа (например, крахмал, клетчатка), а гетерополисахариды – из остатков различных моносахаридов и их производных (например, инулин, пектиновые вещества, слизи и камеди).

Молекулярная масса полисахаридов колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц. В составе полисахаридов обнаружено свыше 20 различных видов моносахаридов и их производных, наиболее часто встречаются: из гексоз – D-глюкоза, D-галактоза, L-фруктоза, D-манноза; из пентоз – D-ксилоза, L-арабиноза и др., из дезоксисахаров – L-рамноза, D-фукоза; из продуктов восстановления D-маннозы – спирт маннит; из продуктов окисления моносахаридов – D-глюкуроновая, D-маннуроновая, D-галактуроновая, D-гулуроновая и другие кислоты. В таблице 1 указаны некоторые представители моносахаридов, встречающиеся в составе полисахаридов лекарственных растений.

Таблица 1. Некоторые представители моносахаридов.

CH2OH                                O                   OH         OH              OH      HO	CH2OH                                O     OH                  OH                   HO                                                        OH
D - манноза	- D - глюкопираноза
CH2OH          OH                O                      OH                                                      OH                                 OH	OH                O      OH                   CH3                                                                       OH         OH
- D – галактоза	рамноза
COOH                                O                      OH                           OH                      OH                                 OH	CH3      HO                    O      OH                  OH                                                                                     OH
- D – глюкуроновая кислота	- D - фукоза
COOH      HO                    O                       OH                                                     OH                                 OH	CH3      HO                    O           OH                                                                          CH3O
- D – галактоуроновая кислота	олеандроза
O   OH                           cн2oн                                     ОН   ОН	сн2он         O   OH                              ОН                                    СН2ОН                           ОН
- D - апиоза	- D - фруктопираноза

 

Все полисахариды относятся к группе О-гликозидов. Образование О-гликозидной связи происходит за счет полуацетального (гликозидного) гидроксила одного моносахарида и водорода гидроксильной группы другого моносахарида с образованием 1,2; 1,3; 1,4; 1,6 связей.

 

2.3. Физические и химические свойства полисахаридов

Полисахариды – аморфные вещества, не растворяются в спирте и неполярных растворителях; растворимость в воде варьирует: некоторые растворяются в воде с образованием коллоидных растворов (слизи), могут образовывать гели (пектины) или вообще не растворяться в воде (клетчатка).

Полисахариды подвергаются ферментативному и кислотному гидролизу с образованием моно- или олигосахаридов, содержащих от 2 до 4 моносахаридных единиц. Каждая из групп полисахаридов обладает своими специфическими свойствами.

 

2.4. Извлечение и очистка полисахаридов из лекарственного растительного сырья, их качественный и количественный анализ, значение полисахаридов для медицины

Для извлечения полисахаридов из природного сырья используют горячую или холодную воду, растворы кислот или щелочей. Для очистки экстракта от белков, минеральных солей, водорастворимых красителей используют диализ, дробное осаждение спиртом или четвертичными аммониевыми основаниями, ультрафильтрацию, ферментолиз и другие методы. Очистить полисахариды от белков можно денатурацией или избирательной сорбцией на фосфате кальция, бентоните.

Методы качественного и количественного анализа основаны на физико – химических свойствах полисахаридов. Количественное содержание полисахаридов в растительном сырье чаще определяют гравиметрическим методом.

Полисахариды чрезвычайно важны в обмене веществ растений и животных, они нужны для питания человека и широко используются во многих областях народного хозяйства, в том числе и в фармации. В медицине полисахариды и их модифицированные производные могут быть использованы как наполнители, кровезаменители; они обладают способностью пролонгировать действие лекарств и иммунологической активностью, повышают резистентность слизистой оболочки желудка, при этом оказывая противовоспалительное, обволакивающее и ранозаживляющее действие. Полисахариды некоторых грибов (дождевики) показали ингибирующий эффект в отношении клеток саркомы in vitro. Более подробно медицинское значение полисахаридов рассмотрено при характеристике отдельных групп полисахаридов.

 

2.5. Сбор, сушка, хранение сырья

Собирают сырье в период максимального содержания действующих веществ. Надземные части растений – в сухую погоду; подземные органы, содержащие слизь, обычно не моют, а иногда снимают пробку (корни алтея).

Сушка предпочтительна искусственная при температуре 50-60°С. Хранят сырье по общему списку, в сухом, прохладном (10-15°С) помещении, оберегая от амбарных вредителей.

 

2.6. Краткая характеристика отдельных полисахаридов с указанием лекарственных растений, в которых они содержатся

2.6.1. Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) – полисахарид, составляющий основную массу клеточных стенок растений (особенно ее вторичной оболочки). Молекулярная масса ее точно не установлена. Предполагают, что молекула клетчатки у разных растений содержит от 1400 до 10000 остатков глюкозы, которые соединены между собой b-1-4-гликозидными связями в линейные цепи (рис. 1).

Рисунок 1. Строение участка       молекулы целлюлозы.

Целлюлоза подвергается кислотному гидролизу и при кипячении с концентрированной серной кислотой превращается в глюкозу. При более слабом гидролизе образуется олигосахарид целлобиоза. Наличие значительных количеств целлюлозы должно учитываться при переработке лекарственного сырья. В медицине используется вата – Gossypium (волоски семян видов рода хлопчатник Gossypium L. сем. Мальвовые - Malvaceae), более чем на 95% состоящая из клетчатки.

Вата является исходным материалом для получения коллодия и различных производных целлюлозы (метилцеллюлоза и др.), находящих широкое применение в качестве вспомогательных веществ, при изготовлении разных лекарственных форм.

В технике из целлюлозы производят бумагу, целлофан, сорбенты, взрывчатые вещества и др.

 

2.6.2. Инулин

Инулин – высокомолекулярный углевод, растворимый в воде; из водных растворов осаждается спиртом (рис. 2). Количество остатков фруктозы, связанных в молекуле инулина гликозидными связями между 1-м и 2-м углеродными атомами, предположительно равно 34. Макромолекулы линейны и оканчиваются a-D-глюкопиранозным остатком. При кислотном гидролизе инулина образуются фруктофураноза и небольшое количество глюкопиранозы. Инулин в больших количествах содержится в подземных органах растений семейств Asteraceae и Campanulaceae, в которых он заменяет крахмал. Растения, содержащие инулин, используются для получения D-фруктозы. В настоящее время сырье богатое инулином широко входит в состав пищевых добавок, применяемых при заболевании диабетом.

  Рисунок 2. Строение молекулы инулина.

 

2.6.3. Крахмал

Крахмал – самый распространенный резервный (запасной) полисахарид. Образуется в листьях в результате фотосинтеза (ассимиляционный крахмал), затем перемещается в другие органы (транзиторный); накапливается в значительных количествах в подземных органах, семенах (резервный, запасной) в виде зерен разнообразной формы.

Крахмал на 96,1-97,6 % состоит из двух полисахаридов: амилозы и амилопектина (рис. 3). Кроме того, содержит 0,2-0,7% минеральных веществ, до 0,6% жирных кислот (пальмитиновая, стеариновая и др.).

Амилоза представляет собой линейный гомополисхарид, состоящий из 200-1000 остатков D-глюкопиранозы, соединенных друг с другом α-1,4-гликозидными связями (α-1,4- D-глюкан). Макромолекулы амилозы образуют спирали, каждый виток которой состоит из 6 остатков D-глюкопиранозы. Молекулярная масса колеблется от 32000 до 160000 единиц. Амилоза растворяется в воде, образуя растворы со сравнительно невысокой вязкостью; с раствором Люголя дает синее окрашивание.

Амилопектин – разветвленный гомополисахарид, содержит 600-6000 остатков D-глюкопиранозы, связанных между собою α-1,4- и α-1,6-гликозидными связями. Молекулярная масса колеблется от 100000 до 1000000 единиц и более. Амилопектин растворяется в воде при нагревании, дает стойкие вязкие растворы; с реактивом Люголя дает фиолетовое окрашивание.

Содержание амилозы и амилопектина в растениях различно и зависит от вида растения и органа, из которого он получен. Это соотношение меняется в период созревания.

                                         Рисунок 3. Составляющие компоненты крахмала – амилоза и амилопектин.

Крахмал – белый, аморфный порошок. В холодной воде лишь набухает, при нагревании дает вязкие коллоидные растворы, называемые крахмальным клейстером. Под действием ферментов и кислот крахмал гидролизуется. В качестве промежуточных продуктов образуются полисахариды с меньшей молекулярной массой – декстрины. При полном гидролизе получается D-глюкоза. Этот процесс идет по схеме: (C6H10О5)n (крахмал) → (С6Н10О5)х (декстрины) → С12Н22О11 (мальтоза) → С6Н12О6 (D-глюкоза).

Появление синего окрашивания с раствором Люголя объясняют образованием комплексных и адсорбционных соединений между йодом и крахмалом (так называемая реакция Сакса).

В растениях крахмал находится в виде крахмальных зерен разнообразной формы: овальной, сферической, яйцевидной и т.д. Размеры зерен колеблются от 0,002 до 0,15 мм. Из крахмалов, используемых в медицине, самые крупные крахмальные зерна у картофеля, самые мелкие – у риса. Характерная форма крахмальных зерен и различия в размерах позволяют использовать эти признаки для идентификации крахмала и растений, их содержащих.

Растительным сырьем для производства основных видов крахмала служат представители семейства злаков: плоды пшеницы, риса, кукурузы (содержат до 70% крахмала), но выделение их сложное из-за наличия белковых и других веществ, которые также нерастворимы в воде. Наиболее просто получается картофельный крахмал.

В медицинской практике России, кроме картофельного и рисового крахмала. Используют также пшеничный и кукурузный (маисовый). Применяют крахмал в присыпках, мазях, пастах вместе с оксидом цинка, тальком. Внутрь используются как обволакивающее, противовоспалительное, при желудочно-кишечных заболеваниях. Широко применяется как наполнитель при таблетировании, приготовлении пилюль и др. Раствор декстринов используют как эмульгатор. Крахмал является промышленным источником для получения глюкозы.

 

2.6.4. Слизи

Слизи – гидрофильные гетерополисахариды, образующиеся обычно в неповрежденных клетках растений в результате слизистого перерождения клеточных стенок или клеточного содержимого. При этом ослизняться могут отдельные клетки (корни алтея, трава фиалки) или целые слои (семена подорожников, льна).

По химическому строению слизи делят на две группы:

1. Нейтральные слизи – являются продуктами полимеризации моносахаридов - D-галактозы, D-маннозы, L-арабинозы, D-глюкозы (галактоманнаны, глюкоманнаны, арабиногалактаны). Встречаются у растений семейств орхидных, лилейных, бобовых.

2. Кислые слизи – кислотность их обусловлена наличием в их составе уроновых кислот (слизь семян подорожников, льна, корней алтея и др.).

Слизи – твердые аморфные вещества, хорошо растворимые в воде, не растворяются в спирте и неполярных растворителях. Осаждаются из водных растворов спиртом, солями Pb2+, Fe3+. При действии раствора гидроксида калия, натрия, аммиака образуется желтое окрашивание, а метиленовой сини – синее. На этих физических и химических свойствах основаны методы выделения, очистки и анализа слизей.

Слизи чаще всего образуются у растений засушливых местообитаний в различных органах и тканях. Слизи из сырья извлекают водой. Для их идентификации используют качественные реакции с растворами щелочей, аммиака. Для выявления локализации слизи готовят микропрепараты в растворе туши, метиленовой сини. В растворе туши клетки со слизью будут бесцветными, а в метиленовой сини – синими.

Количественное определение проводят гравиметрическим методом, осаждая слизи из водных растворов, чаще всего, спиртом (листья подорожника, трава череды).

В медицине сырье, содержащее слизи, используют как противовоспалительное, отхаркивающее (виды алтея, подорожника, мать-и-мачехи), обволакивающее и слабительное (семена льна) средство. Кроме того, слизи обладают радиопротекторным и иммунозащитными свойствами.

Широко используются в пищевой и текстильной промышленности, при производстве клеев и красок.

 

2.6.5. Камеди

Камеди − экссудативные продукты, образующие натеки на трещинах в коре стволов, ветвей. Первоначально мягкие и вязкие, они затем твердеют. Камеди растений безвкусны, не растворимы в органических растворителях (в отличие от смол и веществ каучуковой природы). Камеди представляют собой кальциевые, магниевые и калиевые соли высокомолекулярных кислот, состоящих из остатков гексоз, пентоз, метилпентоз и уроновых кислот. Камеди растений гидрофильны и могут растворяться в воде, образуя растворы, занимающие промежуточное положение между истинными и коллоидными растворами. Растворы камедей обладают вязкостью, клейкостью и набухаемостью. По растворимости в воде камеди подразделяются на три группы: арабиновые – полностью растворимые в воде; бассориновые – частично растворимые в воде; цезариновые – не растворимые в холодной воде, но частично растворимые и набухающие при кипячении.

Камедь продуцируют различные органы растения — корни, стволы, ветви (даже черешки листьев), плоды, семена. Вопрос о том, какие ткани подвергаются окамедению и как протекает процесс образования камедей, еще недостаточно изучен. В равной степени это относится и к значению камедеобразования для самих растений. По химическим свойствам камеди подразделяют на кислые (из-за глюкуроновых и галактуроновых кислот, либо сульфатных групп) и нейтральные (являющиеся в основном глюко- и галактоманнанами). По химическому составу камеди – главным образом, гексозаны (в отличие от слизей, у которых преобладают пентозаны).

Камеди растений образуются в основном растениями засушливого климата, относящимся к семействам Fabaceae, Rosaceae, Liliaceae. В медицине и фармации камеди используют в качестве эмульгаторов, киселей.

 

2.6.6. Пектины

Пектиновые кислоты (пектины) – более высокомолекулярные соединения, содержащие 100-200 единиц α-D-галактуроновой кислоты. Кроме того, карбонильные группы могут быть в различной степени метоксилированы (рис. 4).

Пектиновые кислоты, пектаты и пектинаты растворимы в воде в присутствии сахаров, органических кислот с образованием плотных гелей.

Пектиновые вещества – твердые аморфные вещества, не растворимые в спирте и неполярных растворителях. При действии на пектины разбавленных щелочей или фермента пектазы образуется метиловый спирт и пектовая кислота, которая легко осаждается из раствора Са2+. Это свойство можно использовать для количественного определения пектиновых веществ.

Пектиновые вещества широко распространены в природе. В растениях присутствуют обычно в виде протопектина, составляющего большей частью межклеточное вещество, и вещество первичной стенки молодых растительных клеток. Пектины вместе с гемицеллюлозой выполняют функцию цементирующего материала, играя роль опорных элементов тканей.

Растворимые пектины присутствуют в соках растений. Пектиновые вещества предохраняют растения от высыхания, повышая засухоустойчивость и морозостойкость, влияют на прорастание семян и рост клеток.

Пектиновые вещества из растительного сырья извлекают при нагревании обычном 0,1 н раствором фосфорной или другой кислоты; экстракт концентрируют, фильтруют и пектины осаждают спиртом.

Для их очистки используют образование пектатов, из которых пектиновые вещества освобождают действием кислот. Количественное определение проводят гравиметрическим методом (осаждение спиртом), методом потенциометрического титрования, основанного на взаимодействии пектовых кислот с гидроксидом кальция и др.

Обладают противоязвенной, противовоспалительной (сок подорожника, плантаглюцид); антитоксической (выводят тяжелые металлы!), радиозащитной активностью, иммунопротекторным действием; улучшают моторику желудочно-кишечного тракта, нормализуют обмен веществ, снижают содержание холестерина в крови. В Японии запатентовано использование метоксилированного яблочного пектина для лечения рака кишечника.

В фармации пектины используют в качестве матрицы – носителя биологически активных веществ (антигельминтных препаратов, изониазида и др.), а также как эмульгатора, связующего материала при приготовлении эмульсий, пилюль. Присутствие пектинов необходимо учитывать при переработке лекарственного растительного сырья.

Широко используют в кондитерском производстве, хлебопечении, сыроварении, текстильной промышленности. В промышленности пектины получают из жома яблок, плодов цитрусов, свеклы, корзинок подсолнечников, кормового арбуза.

Таким образом, подробно рассмотрев представителей полисахаридов, наиболее часто встречающихся в лекарственном растительном сырье, перейдем к более подробному рассмотрению лекарственных растений, содержащих полисахариды. Речь об этом пойдет далее в практической части курсовой работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.7. Лекарственные растения, содержащие целлюлозу: хлопчатник мохнатый

Хлопчатник - Gossypium.

Наиболее обычны в культуре 4 вида: хлопчатник древовидный — Gossypium arboretum L., хлопчатник барбадосский — G. barbadense L., хлопчатник травянистый — G. herbaceum L., и хлопчатник мохнатый — G. girsutum L. (приложение, рис. 1). Семейство Мальвовые – Malvaceae.

Хлопчатник мохнатый в культуре выращивается как однолетнее растение, достигающее 80—120 см высоты. Стебли одиночные, прямостоячие, сильно ветвистые. Стебли и ветви, а также листья густо опушены простыми волосками и, кроме того, имеют многочисленные темные точки просвечивающих вместилищ госсипола. Листья с прилистниками очередные, черешковые, крупные, в очертании округлые, трех-, четырех- или пятилопастные, при основании сердцевидные, лопасти острые. Цветки на длинных цветоножках, 6—7 см в диаметре, сидящие поодиночке в пазухах листьев; у основания цветоножек находятся листообразные прицветники. Чашечка пятизубчатая с подчашием, состоящим из 3 крупных, яйцевидных, глубокобахромчатых листочков. Венчик из 5 светло-желтых лепестков. Тычинки многочисленные, сросшиеся основаниями в колонку, окружающую завязь и столбик. Плод — шаровидная, трех—пятистворчатая коробочка, длиной более 4 см, раскрывающаяся по створкам. Семена многочисленные, яйцевидные, с темно-бурой оболочкой, покрытой густым, обычно белым покровом из длинных (волокно) и коротких (подпушек) волосков. Цветет с июля, плоды созревают в сентябре — октябре.