Биологически-активные вещества в растениях

Содержание

Введение

Расте́ния (лат. Plantae или лат. Vegetabilia) — одна из основных групп многоклеточных организмов, включающая в себя в том числе мхи, папоротники, хвощи, плауны, голосеменные и цветковые растения. Нередко к растениям относят также все водоросли или некоторые их группы. Растения (в первую очередь цветковые) представлены многочисленными жизненными формами — среди них есть деревья, кустарники, травы, и др.

Растительный организм - очень сложное создание природы, и содержащиеся в нём химические вещества чрезвычайно многообразны. В растениях на сегодняшний день обнаружены 21 химический элемент и огромное количество органических полимеров. Эти активные вещества синтезируются самими растениями из неорганических минеральных веществ почвы, воды, из углекислого газа воздуха. Синтез осуществляется растениями под влиянием световой энергии.

Активные вещества, в растениях, накапливаются в разных частях. У ландыша, толокнянки, брусники, активные вещества находятся в листьях; у валерианы, кубышки, солодки, калгана - в корнях; липы, ромашки, боярышника, пижмы - цветках; шиповника, можжевельника, калины, малины - плодах.

Алкалоиды

Азотсодержащие органические вещества. В растениях алкалоиды чаще находятся (смесь нескольких алкалоидов) в виде солей органических и неорганических кислот. Ядовитость многих растений обусловлена именно их наличием. Яд в малых дозах обеспечивает лечебный эффект. Наиболее широко распространенными алкалоидами являются кофеин, атропин, эхинопсин, стрихнин, кокаин, берберин, папаверин и др.

Обширная группа азотсодержащих циклических соединений главным  образом растительного происхождения. Известно около 10 000 алкалоидов; особенно богаты ими растения из семейства  бобовых, маковых, пасленовых, лютиковых, маревых, сложноцветных. Алкалоиды  оказывают физиологическое действие на организм животных и человека, преимущественно  на нервную систему, благодаря чему применяются в медицине (кофеин, морфин, эфедрин) и в сельском хозяйстве  для борьбы с вредителями. Биологическая  роль алкалоидов в растениях окончательно не установлена; их образование и превращения в клетках тесно связаны с обменом аминокислот. Алкалоиды могут защищать растения от поедания животными, служить формой хранения органического азота в тканях и др. Многие алкалоиды получены химическим синтезом.

Это сложные органические основания. Наряду с углеводом и  водородом содержат азот и имеют  щелочную реакцию. Большинство из них  в чистом виде — твердые кристаллические  или аморфные нелетучие вещества, и лишь некоторые — жидкости (никотин, кониин и т. д.). В растениях алкалоиды находятся в виде солей различных органических кислот, хорошо растворимых в воде и хуже в спирте. Чаще всего в растении преобладает одна или две группы близких по структуре соединений. Содержание алкалоидов измеряется в сотых и десятых долях процента. Максимальное их количество отмечено в корнях барбариса—15% и коре хинного дерева—около 16%. Наиболее богаты алкалоидами цветковые, причем их строение тем сложнее, чем выше в эволюционном отношении растение.

Алкалоиды обладают большим  спектром физиологического действия на организм: регулируют влияют на нервную и сердечнососудистую системы, органы дыхания и пищеварения, на чувствительность нервных окончаний, тонус мускулатуры и т. д. Нередко оказывают бактериостатическое и бактерицидное действие. Широко используются для лечения заболеваний нервной системы, внутренних органов и т. д. В последнее время получено немало препаратов, содержащих алкалоиды без посторонних примесей, но алкалоидоносные растения относительно часто применяют в виде галеновых препаратов — настоев, отваров и настоек. Чаще всего это сильнодействующие или ядовитые лекарственные средства, требующие точной дозировки и строгого контроля.

Речь идет об очень сильно действующих веществах, в известной  мере о "лекарственных ядах". Растения, которые содержат алкалоиды как  главное действующее начало, не годятся  для лечения в виде чаев. Однако они в больших количествах  перерабатываются фармацевтической промышленностью. Алкалоидами, к примеру, являются атропин (яд красавки), морфин (яд мака снотворного) и колхицин (яд безвременника). В меньшем количестве алкалоиды содержатся в "неядовитых" растениях, где они присутствуют как дополнительные компоненты, не оказывая самостоятельного действия.

Гликозиды

В отличие от алкалоидов гликозиды весьма широко распространены в растениях, и их физиологическое  значение для самих растений достаточно ясно. В растении гликозиды играют роль своеобразных регуляторов многих химических процессов превращения  веществ. Их горький или жгучий вкус предохраняет растения от поедания животными.

Гликозиды — сложные вещества, состоящие из какого-либо сахара, непрочно связанного с несахаристым веществом, которое может быть самой разнообразной природы. Несахаристая часть гликозида носит название агликона. Гликозиды легко расщепляются на сахар и агликон в присутствии воды и под влиянием фермента. Чтобы пояснить это на примере, возьмем несколько семян горького миндаля и отдельно семена сладкого миндаля. Ни те, ни другие в сухом виде не имеют запаха, но стоит потолочь в двух ступках отдельно те и другие семена, прибавив несколько капель воды, как вскоре в первой партии почувствуется тонкий горько-миндальный запах, в партии же сладкого миндаля запаха не будет, сколько их не толочь. В сладком миндале гликозида нет. Горький миндаль содержит гликозид амигдалин, который по прибавлении воды постепенно расщепляется на сахар и несахаристый агликон, определяющий ядовитые свойства амигдалина. Этот агликон состоит из летучего бензойного альдегида и летучей, сильно ядовитой синильной кислоты; оба соединения обусловливают характерный запах.

Семена горького миндаля  ядовиты; для детей опасны уже 5—10 семян. Тот же запах имеют ядра косточек вишни, черемухи, персика и  некоторые другие.

Но откуда же взялся фермент, необходимый для расщепления  гликозида на сахар и агликон? Фермент, оказывается, находится в том же семени, но в других клетках. Если обварить семена горького миндаля крутым кипятком, выдержать их некоторое время в горячем состоянии, а затем потолочь— запаха не будет, так как высокая температура (60°С) разрушает фермент. Может быть, температура разрушила и ядовитый гликозид? Если к обваренным семенам прибавить одно необработанное семечко, где фермент не разрушен, и снова потолочь, вскоре появится знакомый запах — значит гликозид цел и обваренные семена также ядовиты.

Ферментами, или энзимами, называют сложно построенные белковые вещества, которые, присутствуя в  ничтожных количествах, способствуют осуществлению (подобно катализаторам) всевозможных химических реакций в  живых растениях и животных; сами ферменты при этом в реакции не участвуют (точнее, восстанавливаются  вновь после завершения реакции). Многие гликозиды имеют свой специфический фермент. В зависимости от условий фермент способен не только расщеплять гликозид, но и синтезировать его, поэтому в живых клетках постоянно происходит распад гликозидов и обратное их восстановление.

В состав некоторых гликозидов входит несколько (2—3) сахаров, тогда  гликозид расщепляется постепенно: сначала  отпадает одна молекула сахара и получается вторичный гликозид, имеющий несколько  иные свойства, чем первичный; далее  отщепляются вторая, третья молекулы до получения агликона.

Гликозиды — нестойкие  вещества и при продолжительном  кипячении в воде, особенно подкисленной, легко распадаются на сахар и  агликон.

Надо ли заботиться о сохранении в лекарственном сырье нерасщепленного гликозида? Лечебным свойством обладают, конечно, не сахара, а несахаристые вещества — агликоны. Однако агликоны большей частью плохо растворимы в воде, поэтому плохо всасываются в организме и очень медленно и слабо проявляют свое действие. Напротив, неразложившиеся гликозиды обычно легко растворимы в воде и всасываются быстро, а потому более активны. Таким образом, сахарный компонент действует подобно «сопутствующим веществам». Ввиду нестойкости гликозидов их обычно и не пытаются получить в чистом виде для лечебных целей, подобно алкалоидам, а применяют отвары растений или разные извлечения.

То, что ферменты очень  легко расщепляют гликозиды, приводит к тому, что в только что срезанных  растениях гликозиды легко распадаются  и тем самым теряют свои свойства. При сборе растений, содержащих гликозиды, с этим обстоятельством приходится считаться: сушить сырье надо быстро и хранить, не допуская отсыревания, так как в сухом материале ферменты не проявляют своего действия.

Далеко не все содержащиеся в растениях гликозиды оказывают  действие на организм высшего животного  или человека, но некоторые из них  отличаются высокой фармакологической  активностью. Гликозиды обычно классифицируют по химическому составу их агликонов, которые чрезвычайно разнообразны.

В практической деятельности обычно различают следующие группы гликозидов: сердечные гликозиды, антрагликозиды (слабительные), сапонины, горькие вещества, нитрилгликозиды (отщепляющие синильную кислоту), флавоноидные гликозиды и др.

Наиболее важна большая  группа сердечных гликозидов, встречающихся  у самых различных растений. Гликозиды  этой группы оказывают сильное действие на сердечную мышцу всех позвоночных  животных и человека. Среди растений, образующих в своих клетках гликозиды  сердечного действия,— наперстянки, ландыш, горицвет и некоторые другие. В настоящее время фармакологи  находят в нашей флоре все  новые растения с сердечными гликозидами, но все же по быстроте и силе действия семя африканского строфанта остается пока непревзойденным. Вся эта группа растений имеет огромное значение в  лечении сердечных заболеваний, которые в настоящее время  держат печальное первенство. Растения, содержащие сердечные гликозиды, сильно ядовиты.

Строение сердечных гликозидов выяснено за последнее время; все  они имеют стероидную структуру, но отличаются от гормонов и других близких соединений лактонным кольцом; стероидные соединения, не имеющие этого кольца, сердечным действием не обладают.

Сердечные гликозиды очень  нестойки, поэтому сбор и сушка  растений, их содержащих, требует большой  тщательности.

Гликозиды, оказывающие на организм человека слабительное действие, также встречаются у различных растений (их называют антрагликозидами). Эти вещества можно получить в виде красно-оранжевых кристаллов. (Например, цвет корня ревеня обусловливают эти гликозиды.) Они легко извлекаются из растения водой и слабым спиртом, а еще легче щелочами и при этом принимают кроваво-красную окраску. Антрагликозиды не ядовиты и относительно стойки при хранении. Эти вещества представляют собой производные антрацена и содержат метиловые и оксигруппы.

Некоторые растения, содержащие несердечные гликозиды, очень горьки на вкус, но в отличие от горьких  алкалоидов и горьких сердечных  гликозидов безвредны. Их и используют в медицине именно как «горечи», так как известно, что очень  горькие вещества вызывают аппетиту больных. Горечи усиливают перистальтику  желудка и увеличивают выделение  желудочного сока, что способствует лучшему усвоению пищи. Поэтому горькие  растения входят в аппетитные капли, аппетитные чаи и в старинный  рецепт «эликсира для долгой жизни». Такие растения действительно очень  горьки, например, отвар корня горечавки  при разведении 1 г сырья в 25 л  воды все еще дает ощущение горького вкуса. Особенно сильно повышают аппетит  растения, которые кроме сильной  горечи содержат еще эфирное масло: их называют горько-пряными лекарствами.

Еще одна группа гликозидов — сапонины — встречается в растениях особенно часто. Сапонины найдены в 70 семействах, среди которых первое место занимают семейства гвоздичных, первоцветных и лилейных. Сапонины получают из растений в виде белого некристаллического (аморфного) порошка, легко растворимого в воде. Вдыхание порошка раздражает горло и вызывает чихание. При взбалтывании раствора сапонина или отвара содержащих сапонины растений получается густая и стойкая, долго не исчезающая пена, откуда их название (sapo—по-латыни мыло). Сапонинсодержащие растения широко используют в промышленном производстве. В пищевой промышленности сапонины употребляют для образования пены в шипучих лимонадах, для приготовления халвы (как безвредные средства). Однако если в пробирку с отваром растения, содержащего сапонины, добавить каплю крови, красные кровяные шарики (эритроциты) растворятся и кровь станет прозрачной. При приеме через рот сапонины совершенно безвредны; но для подкожного введения такие лекарства недопустимы.

Сапонинсодержащие растения используют в медицине самым разнообразным  образом: как отхаркивающее— корни истода, синюхи и первоцвета; мочегонное, например растение почечный чай; немногие сапониноносы оказывают общее укрепляющее и возбуждающее действие — таков знаменитый китайский корень женьшень. Наконец, есть сапонины, обладающие свойством понижать кровяное давление, вызывать рвоту, оказывать потогонное действие и т. д.

Вместе с алкалоидоносными растениями гликозидоносные растения составляют примерно две трети всех лекарственных растений, известных человеку.

Флавоноиды

Гетероциклические кислородсодержащие соединения желтого цвета, плохо растворимые в воде. Они обладают различной биологической активностью. Человеческий организм не способен синтезировать флавоноиды, они попадают в организм только с растительной пищей. В растительных тканях флавоноиды участвуют в контроле за ростом и развитием растений.

Флавоноиды - это природные полифенолы, охватывающие на сегодняшний день около пяти тысяч соединений, которые объединяют в одну группу в соответствии с их общим свойством - способностью укреплять стенку капилляров (Р-витаминная активность).

Флавоноиды, вместе с другими полифенолами, потенциально полезны для здоровья человека благодаря их антиоксидантным, антибактериальным, антивирусным, противовоспалительным и антиаллергическим свойствам.

Все флавоноиды в той или иной степени обладают антиоксидантными свойствами. Флавоноиды широко распространены в растительном мире. Особенно богаты флавоноидами высшие растения. Находятся флавоноиды в различных органах, но чаще в надземных: цветках, листьях, плодах. Наиболее богаты ими молодые цветки, незрелые плоды. Локализуются в клеточном соке в растворенном виде. Содержание флавоноидов в растениях различно: в среднем 0,5-5%, иногда достигает 20% (в цветках софоры японской).

Флавоноиды для человека полезны прежде всего тем, что они участвуют в окислительно-восстановительных реакциях организма, способствуя выработке оксида азота.

Во многих фруктах и  ягодах биофлавоноиды более или  менее равномерно распределены в  кожице и мякоти. Поэтому слива, вишня, смородина, облепиха, черника и др. имеют ровную окраску. В противоположность  этому, в плодах некоторых других растений флавоноиды содержатся, в основном, в кожице, и, в меньшей степени, - в мякоти. А в яблоках, например, они имеются только в кожице.  

Биологическая роль флавоноидов заключается в их участии в окислительно-восстановительных процессах, происходящих в растениях. Они выполняют защитные функции, предохраняя растения от различных неблагоприятных воздействий окружающей среды.  

Диапазон лечебных свойств  растительного сырья, богатого флавоноидами, очень широк и не ограничивается только лишь их антиоксидантными свойствами. Флавоноиды не токсичны для человека при любом способе введения.

Лекарственными формами, содержащими флавоноиды, могут быть высушенные растительные ткани, экстракты из растительного сырья или флавоноидные комплексы, выделенные в чистом виде.

Суточная потребность  человека в флавоноидах составляет - до 500 мг.

Дубильные вещества

Безазотистые ароматические вещества, хорошо растворимые в спирте и воде. Состоят из полифенолов, флавоноидов и таннинов. Характерная черта дубильных веществ — способность образовывать соединения с белками и металлами. Встречаются почти во всех растениях. В коре дуба, корневищах кровохлебки, бадана, лапчатки, плодах черники и черемухи содержание дубильных веществ составляет от 10 до 30%.

В медицине растения, содержащие дубильные вещества, используют как  вяжущее, противовоспалительное, кровоостанавливающее и бактерицидное средство. Внутрь их принимают в основном при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и отравлении солями металлов и растительными  ядами. Наружно их назначают при  воспалении слизистых оболочек, ожогах, кровотечениях.

Дубильными веществами в  фармацевтическом смысле считают такие  входящие в состав растений вещества, которые в состоянии связывать  белки кожи и слизистых оболочек, превращая их в более прочные, нерастворимые соединения. На этом и основывается их целебное действие: они лишают пищи бактерий, поселившихся на поврежденных участках кожи и слизистых  оболочек. Мы знаем и применяем  лекарственные растения, главным  действующим началом которых  являются как раз дубильные вещества (например, лапчатку прямостоячую, дубовую  кору или чернику), тогда как в  других они - желанные дополнительные компоненты. Дубильные вещества некоторых  лекарственных растений мешают их применению, поскольку раздражают желудок, как, например, листья толокнянки. И если в таких случаях вы все же не хотите отказаться от использования  лекарственного растения, следует готовить настои (чаи) холодным способом. Тогда  в чай попадает лишь незначительное количество дубильных веществ.

Эфирные масла

Смесь летучих безазотистых веществ, обладающих сильным характерным запахом. Эфирные масла нестойки. Получают их из растений, перегоняя сырье с водяным паром. Эфирные масла обладают противомикробным, болеутоляющим, противокашлевым, противовоспалительным, желчегонным и мочегонным действием. Некоторые из них, например, валериановый корень, снижают функциональную активность нервной системы и применяются для лечения неврозов. Растительное сырье, которое содержит эфирное масло, сушат медленно при температуре 25-35°С.

Свойство вырабатывать эфирные  масла не у всех растений одинаково  выражено. Например, злаки, осоки, пальмы почти лишены эфирных масел, а представители семейств яснотковые, астровые, зонтичные, лавровые, миртовые, хвойные, померанцевые богаты ими. Количество масел в растениях колеблется в широких пределах — от тысячных долей до 25% на сухое вещество. Накопление эфирных масел зависит от климата, почвы, света, фазы развития растений, возраста и т. п. В южных районах, на открытых местообитаниях, на рыхлой и удобренной почве содержание масел в растениях повышается. Однако при очень высокой температуре ввиду испарения количество их снижается. В молодых растениях эфирных масел больше, чем в старых.

 Накапливаются эфирные  масла во внешних и внутренних  образованиях. К внешним образованиям  эпидермального происхождения относятся волоски и железки. К внутренним образованиям, находящимся в паренхимных тканях, относятся: выделительные клетки, расположенные в корнях и корневищах (девясил); вместилища (эвкалипт),; канальцы (анис, фенхель, тмин); смоляные ходы (сосна).

 Значение эфирных масел  для растений точно не установлено,  но существуют разные теории: считается, что они являются  отбросами, принимают участие в обмене веществ.

 Эфирные масла, находящиеся  в подземных органах, защищают  растение от насекомых и грызунов, а содержащиеся в коре и  древесине — оказывают ранозаживляющее  действие при повреждениях. Запах  цветков служит для привлечения  насекомых-опылителей; испаряясь, эфирные  масла предохраняют растение  от перегревания.

Применение. В медицине сырье  используют в виде настоев, отваров, сборов, сиропов. На фармацевтических предприятиях готовят настойки, экстракты. На заводах выделяют составные части. Сырье и масло применяют от кашля, как потогонное, слабительное, кардиотоническое, бактерицидное, противовоспалительное, мягчительное, желудочное средства.

Камфора - Бесцветные кристаллы с характерным запахом. Входит в состав многих эфирных масел (например, камфорного). Камфора - пластификатор нитрата и ацетата целлюлозы (в производстве целлулоида и кинопленки); лекарственное вещество из группы стимуляторов нервной деятельности.

Витамины

Очень сложные по структуре и физиологической активности вещества, которые крайне необходимы для нормальной жизнедеятельности организма человека. Витамины регулируют процесс усвоения организмом основных веществ, поступающих в составе пищи: белков, углеводов, жиров, а также играют основную роль в процессе обмена веществ. Они повышают устойчивость организма к различным экстремальным факторам и инфекционным заболеваниям, способствуют обезвреживанию и выведению токсичных веществ и т. д. Витамины поступают в организм с растительной и животной пищей. Наибольшую пользу приносит прием витаминов в сбалансированном виде. В настоящее время известно около 30 витаминов, многие из них содержатся в пряных и лекарственных растениях.

Особенно ценными из содержащихся в растениях являются такие редкие группы витаминов, как Р (рутин), РР (никотиновая кислота), Е, F, К и ряд других более распространенных витаминов.

Для получения препаратов, содержащих витамины, используют дикорастущие растения, сырьевая база которых вполне достаточна. Огромны запасы крапивы  двудомной, произрастающей по пустырям, огородам, лесам, а также шиповника  и облепихи; однако спрос на плоды  шиповника и облепихи полностью  не удовлетворяется. Выявленные запасы этих растений ниже заявленной потребности. Ученые ведут поиск этих растений в новых сибирских и дальневосточных  районах. Кроме того, расширяются  площади возделывания шиповников и  облепихи крушиновой.

Жирные масла

Сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. В медицинской практике их используют как основу для приготовления различных мазей и получения масляных экстрактов из растительного сырья. Некоторые из них, например касторовое масло, обладают слабительным действием. Особенно широк спектр биологического действия у масла облепихи крушиновидной. Его используют в качестве эпителизирующего, ранозаживляющего и болеутоляющего средства при трофических язвах, аллергических заболеваниях кожи и ожогах, а также для повышения устойчивости тканей к облучению и ликвидации последствий лучевой терапии.

Жирные растительные масла  — это комплекс резервных питательных  веществ, необходимых растениям  во время прорастания семян и  развития проростка. Кроме того, они  выполняют защитную роль, помогая  растениям переносить неблагоприятные  условия окружающей среды, в частности, низкие температуры.

Главный источник образования  компонентов жиров — гексозы, в первую очередь, глюкоза и фруктоза. В растениях синтезируется большинство  жирных кислот.

Климатические факторы —  свет, тепло, влага, — оказывают существенное влияние на эффективность маслообразования. По мере продвижения из южных широт в северные в растениях увеличивается содержание масла и одновременно увеличивается содержание непредельных жирных кислот в масел, что является защитным приспособлением у растений в холодных условиях северных широт.

Очевидно, что количество влаги в период формирования семян, свет и тепло — также влияют на качественный и количественный состав масел в растениях.

Жирные масла (Olea pinguia) — смеси сложных эфиров глицерина и высших жирных кислот. В природных жирах обнаружено более 200 различных жирных кислот. Большинство масел содержит 4-7 главных и несколько сопутствующих (менее 5% от суммы) жирных кислот. Около 75% жиров составляют глицериды всего 3 кислот: пальмитиновой, олеиновой или линолевой.

Входящие в состав триглицеридов  жирные кислоты могут быть насыщенными  и ненасыщенными. Если в углеводородной цепи имеются двойные связи, то такие  кислоты называются ненасыщенными (1 двойная связь) или полиненасыщенными (от 2 до 6 двойных связей). Не содержащие двойных связей высшие жирные кислоты называются насыщенными.

По одной из классификаций  ненасыщенных жирных кислот атомы углерода в цепи обозначаются греческими буквами. При этом самый удаленный от карбоксильной  группы атом углерода (метильная группа) обозначается как ω. Если в молекулах жирных кислот 1-я двойная связь от ω-конца находится у 3-го углеродного атома, то такие кислоты относятся к ряду ω-3, ненасыщенных жирных кислот, а если у С6 — то к ω-6-ряду.

ω-3 ненасыщенные жирные кислоты: α-линоленовая кислота (С18), содержащаяся в льняном и соевом маслах, масле семян энотеры, черной смородины.

ω-6 жирные кислоты:  линолевая, γ-линоленовая, дигомо-γ-линоленовая — содержатся в подсолнечном, кукурузном, масле периллы и энотеры - и арахидоновая (содержится в масле арахиса).

 Представители ω-3 и  ω-6 рядов не взаимопревращаются и образуют самостоятельные ряды. Линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты относятся к незаменимым жирным кислотам, часто называемым витамином F. Сюда же относят и ω-3 полиненасыщенные жирные кислоты.

• Масла, имеющие в составе олеиновую (с одной двойной связью) кислоту:

 абрикосовое, авокадо,  арахисовое, буковых орешков, каштанов,

 кунжутное, лещины, люпиновое, миндальное, овса, оливковое,

 персиковое, подсолнечное,рапсовое, сафлоровое, фисташковое.

• Масла, имеющие в своем составе линолевую кислоту (с двумя двойными связями):

виноградных семян, зародышей  пшеницы, конопляное, кукурузное,

 соевое, подсолнечное, рапсовое, расторопши, сафлоровое,

 сорговое, томатных семян, тыквенное, хлопковое.

• Масла, имеющие в своем составе α-линоленовую кислоту  (три двойные связи):

 льняное, периллы, рыжиковое,

семян красной смородины, шиповника.

Масла, имеющие в составе  γ-линоленовую кислоту (три двойные связи):

 огуречника, семян черной  смородины, энотеры. 

• Масла, имеющие в составе эруковую, эйкозеновую и нервоновую кислоты: