Глікозиди, як біологічно-активні речовини

Державний вищий навчальний заклад

«Запорізький національний університет»

МіністерствА освіти І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ України

 

 

 

Індивідуальна робота

 

з дисципліни «Біологічно-активні речовини»

На тему: «Глікозиди, як біологічно-активні речовини»

 

 

 

 

 

Виконала студентка 4 курсу

біологічного факультету

групи 4119-1а

Гончарова Аліна

2012р.

 

 

                                             Зміст

1. Загальна характеристика глікозидів 
   1.1 Характеристика цукрів 
   1.2 Характеристика аглікона 
   2. Класифікація 
   3. Хімічна класифікація, заснована на природі найбільш характерних угруповань агліконів 
   4. Физико-хімічні властивості 
   5. Виділення глікозидів 
   6. Кількісне визначення 
   7. Поширення 
   8. Роль глікозидів

      Висновки

      Контрольні  питання

      Тести

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Глікозиди - це природні вуглеводовмісними  речовини органічного характеру,  переважно рослинного походження. До складу молекули глікозидів  входить цукор і несахарістая  частина - аглікон, або Генін.  Грецька приставка "а" означає  заперечення, аглікон в перекладі  означає "нецукрів". Аглікон і цукор з'єднані між собою зв'язком, подібної складноефірний, тому молекула глікозиду легко розщеплюється в присутності води під впливом ензимів (ферментів), що містяться в цих рослинах. Формулу глікозиду можна представити таким чином: 
 
 
Зв'язок цукрового залишку (глікоза) з геніна (R) здійснюється або через кисень (O-глікозиди), або азот (N-глікозиди), або сірку (тіоглікозіди), або вуглець (С-глікозиди). 
1.1 Характеристика цукрів. 
Цукрові компоненти, що входять до складу глікозидів, в основному відносяться до моносахаридів. Найчастіше зустрічаються глюкоза,, галактоза і ін. Іноді до складу глікозидів входить кілька моносахаридів. У цьому випадку вони при ферментативному гідролізі глікозиду відщеплюються поступово. У складі деяких глікозидів (глікозиди серцевої групи) містяться специфічні цукри, ніде більше не зустрічаються, наприклад цімароза. По числу молекул цукру глікозиди поділяються на монозиди, біозиди, тріозиди. Глікозиди, що містять 4 і більше молекул цукру, зустрічаються рідше. Першим встановленим цукром була глюкоза, тому з'єднання називалися глюкозидами. Після виявлення інших цукрів утвердилося групову назву "глікозиди". 
1.2 Характеристика аглікону. 
Аглікони глікозидів дуже різноманітні. Вони належать до різних класів органічних сполук: спиртів, альдегідів, кислот, фенолу, похідним антрацену, циклопентанопергидрофенантрена і т. д. Терапевтична дія глікозидів на організм зумовлюється в основному їх агліконів. Присутність цукру сприяє розчиненню, посиленню та прискоренню їх дії. 
2. Класифікація. 
У 1890 р. Є. І. Шацький запропонував класифікацію глікозидів. В даний час в залежності від хімічної будови аглікона всі глікозиди поділяються на 2 групи: гомоглікозіди і гетероглікозіди. 
Гомоглікозіди (полісахариди) - цукриста частина і аглікон належать до одного класу сполук, тобто полисахаридам (крохмаль, целюлоза або клітковина, слизу, камеді, пектинові речовини). 
Полісахариди утримують тільки вуглеводні залишки, тому і називаються гомоглікозідамі. Алтей лікарський, подорожник великий, льон звичайний та ін 
Гетероглікозіди - глікозиди, що містять в молекулі різні аглікони. 
 
При утворенні глікозидів виникає новий асиметричний глікозидних центр. Його конфігурацію позначають або в залежності від того, збігається вона чи ні з конфігурацією того углеродногоатома моносахариду, який визначає приналежність останнього до D-іліL-ряду. Напр., в ізомерних метил-О-глюкопіранозідах конфігурація відбувається:

 

 
 
За розміром циклу вуглеводного залишку глікозиди ділять на фуранозиди (5-членні), піранозиди (6 -) і септанозиди. (7 -); по числу моносахаридних залишків в вуглеводної частини молекули - на монозиди, біозиди, тріозиди і олігозиди (відповідно похідні моно-, ди-, три-і олігосахаридів). 
Приєднання глікозильного залишку до агліконів (глікозилювання) підвищує гідрофільність з'єднання, що відіграє важливу роль у метаболізмі. вуглеводні залишки, особливо олігосахарідні. 
До О-глікозидів в широкому сенсі слова відносять не тільки глікозиди з не вуглеводневими гліконами, але і внутр. ангідриди цукрів (внутр. глікозиди), оліго-і полісахариди. Про-Глікозиди- кристалічні. або аморфні властивості. Глікозиди нижчих спиртів легко розчиняються у воді, спиртах, не розчин. в малополярних орг. Розчинниках. Розчинність глікозидів зі складними аглікон в значною мірою визначається хімічними особливостями останнього: звязки з полярними агліконами (напр., глікозиди поліолів) розчиннні при введенні, сполуки з великими гідрофобними аглікон не розчині у воді і малополярних розчинниках. Для олігозидов з великими малополярними аглікон (напр., сапоніни) характерні піноутворюючі властивості. 
      Глікозиди не володіють хімічними властивостями відновлюють цукриди, зумовленими карбонільною групою, не схильні до мутаротаціі. Вони легко ациліруются ангідридами і галоген-ангідридами який в піридині з утворенням складних ефірів, алкілуючі типовими алкилирующими агентами в сильнолужних середовищах, утворюють ціклічні ацетали і кетали при конденсації з карбонільними сполуками. з розщепленням зв'язків С-С, піддаються кислотному гідролізу, алкоголиз, формолізу з розщепленням глікозидної зв'язку.Швидкість гідролізу в найбільшій мірі залежить від розміру циклу: фуранозиди гідролізуються на два порядки швидше піранозидов. Механізм гідролізу представлений слід. схемою (знак ~ означає, що молекула глікозиду може мати L і B конфігурацію): 

 
      Швидкість ферментативного гідролізу, який здійснюється під дією глікозид гідролаз, залежить від структури аглікону. 
Глікозиди з аліфатічними і аліціклічними аглікон стійкі до дії розчинів лугів, з ароматичними і гетероциклічними аглікон - нестійкі. Так, лужне розщеплення D-глюкопіранозидів з ароматічним агліконом дає 1,6-ангідроглюкозу , що є препаративним методом синтезу останньої. 
     Методи синтезу глікозидів засновані на нуклеофільному заміщенні при глікозидних центрах відновлюють цукри та їх похідні. Кислотний алкоголиз цукрів у надлишку спирту призводить до суміші чотирьох ізомерних глікозидів (і піранозідов, і фуранозідов), де в стані рівноваги переважають піранозиди. Конкретний склад суміші залежить від конфігурації вуглеводу. Для стерео-та селективность синтезу глікозидів з певною конфігурацією гликозидного центру і розміром циклу застосовують глікозилювання агліконів похідними вуглеводів з активованим глікозидних центрів і повністю захищеними спиртовими гідроксилами. 
В якості глікозиючих агентів найчастіше використовують: ацил-глікозилгалогеніди, 5-членні ціклічні ортоефіри (напр., IV). 
Для синтезу арил-О-глікозидів застосовують також сплавлення повних ацетатів відновних цукрів з фенолами у присутності сильнокислих каталізаторів (метод Гельферіха). 

 
До прир. О-глікозидів відносяться сапоніни, глікозиди серцеві, флавоноідниекоферменти (напр., рутин), гліколіпіди, глікопротеїни, деякі антибіотики. 
Хімічні властивості N-глікозидів сильно залежать від характеру заступників пріатоме N. Аліфатичні і ароматичні N-Глікозиди, що містять при N атом водню, підвергаються мутаротаціі (подібно поновлюючим цукрам).  

 
Вони легко піддаються кислотному і лужному гидролизу. 
Аліфатіч. і ароматіч. глікозиди, в яких брало глікозіднийатом N володіє достатньо високою основністю, піддаються перегрупуванню в 1-аміно-1-дезоксікетози (Амадор перегрупування). 
Аліфатіч. і ароматіч. N-глікозиди отримують конденсацією відновлюють Сахаров з амінами; N-глікозіламіди і глікопептиди - відновленням глікозілазідов з послід. N-ацилированием; нуклеозиди та їх структурні аналоги-N-глікозилювання азотовмісних гетероцікліч. з'єднань ацілглікозілгалогенідамі та їх аналогами. 
До прир. N-глікозидів відносяться нуклеозиди, нуклеотиди, нуклеїнові к-ти, глікопротеїни, нек-рие змішані біополімери, в яких брало гликозидная зв'язок з'єднує вуглеводні і пептидні ланцюга через амідний атом N залишку аспарагіну. Багато N-глікозиди і структурні аналоги нуклеозидів, будучи антиметаболитами нуклеозидів, виявляють високу фізіолого. активність і використовуються в кач-ве лек. препаратів, напр. фторафур, цитарабін. 
Для S-глікозидів характерні специфічний. св-ва, пов'язані з можливістю окісліт.-відновить. р-цій по атому S. До них відносяться гидрогенолизом наднікелем Ренея, окислюватиме. розщеплення галогенами, окислення до сульфон, освіта з S-глікозидів глікозілгалогенідов. Гідроліз S-глікозидів на відміну від гідролізу О-глікозидів може протікати в м'яких умовах у присутності. солей Hg і Cd, що дозволяє вести селективну р-цію, не зачіпаючи О-глікозидні зв'язки молекули. S-Глікозиди, аналогічно ароматіч. О-глікозидів, отримують конденсацією тіолятов лужних металів з ацілглікозілгалогенідамі. Специфічний. методи - конденсація ацілглікозілгалогенідов з тіосечовини з послід. гідролізом тіуроніевой солі і частковий гідроліз діалкілдітіоацеталей Сахаров, каталізуються солями Hg. 
3. Хімічна класифікація, заснована на природі найбільш характерних угруповань агліконів: 
 
 
Антрохінон. 
1. ціаногенні або ціанофорні глікозиди - утворюють при гідролізі ціанистоводнева кислота; наприклад амігдалин, пруназин; 
2. фенолглікозіди-містять фенольну групу, або утворюють її при гідролізі; 
3. глікозиди групи кумарину. Глікозиди ці широко поширені в природі; до них відносяться, наприклад, кумаринових глікозид дафнін, фраксин. Всі вони при гідролізі розпадаються на кумарин і цукор; 
4. оксіантрахіноновие глікозиди - широко поширені в природі; вони здебільшого вирізняються в червоний або жовтий кольори. До них відносяться багато проносні, наприклад  алоє, що містить похідні оксіантрахінона. При гідролізі вони розпадаються на ді-, тріоксіантрахінони і цукор; 
5. глікосінапіди-глікозиди, що містять сірку. Здебільшого вони зустрічаються серед хрестоцвітних. При гідролізі вони за участю ферменту мірозіна утворюють гірчична (ефірне) масло; 
6. серцеві глікозиди, що містять в аглікон пергидроциклопентанофенантреновую структуру і характерний для даних глікозидів п'ятичленних (лактон) цикл, поряд з Ангулярний метильної або альдегідної групою при С10. 
7. цереброзидів, одержувані з мізків тварин; вони є d-галактозид сфингозина; 
8. фітостероліни-є глікозидами стеринів (вони широко поширені в природі, але мало досліджені). 
 
 
Антрацен. 
Відповідно до іншої класифікації, в залежності від природи атомів, що формують зв'язок з агліконом, розрізняють: 
• О-глікозиди:-О-ПН-О-С6Н11О5 
• З-глікозиди:-C-ПН-О-С6Н11О5 
• N-глікозиди:-N-ПН-О-С6Н11О5 
• S-глікозиди:-S-ПН-О-С6Н11О5 
Залежно від хімічної природи аглікону лікарські О-глікозиди поділяються на групи: 
• Ціаногенние глікозиди (синильна кислота) 
• Серцеві глікозиди 
• Сапоніни (тритерпенові і стероїдні сполуки) 
• Антраглікозіди (антрацен) 
• Глікозиди-гіркоти 
 
Роль і значення глікозидів в рослинах з'ясована недостатньо. Хоча глікозиди володіють різним хімічним складом, з'єднання з меншою молекулярною вагою значно частіше зустрічаються в природі. Так, наприклад, фазеолюнатін (або лімарін), що міститься в квасолі, знайдений серед сімейств Лютикова, лілійних, молочайних. 
Ще більш поширені в природі глікозиди ароматичної природи, що є фенолами або ефірами фенолів, наприклад арбутин, метіларбутін, коніферін. Близький коніферіну і гесперидин, який можна розглядати як халкони, «родинно» пов'язаний з антоцианами і флавони. Освіта найпростішого халкони можна розглядати як конденсацію ацетофенону з бензальдегід. 
 

 
Арбутин. 
Під впливом окислювачів халкони здатний ціклізоваться з втратою двох атомів водню і утворенням флавонів. Останні у вигляді сполук з d-глюкозою або рамнозою зустрічаються в клітинному соку багатьох рослин; вони здатні поглинати ультрафіолетові промені і охороняти хлорофіллв клітинах рослин від руйнування. 
З інших класів органічних сполук відомі похідні алізарину, що утворюють з двома частками глюкози руберітріновую кислоту, яка є барвником марени. Сюди ж відноситься і франгулін (рамнозид), що є похідним аглюкони емодін (1,6,8-тріоксі-З-метілантрахінона). 
 
 
Алоє-емодин. 
Що стосується інших глікозидів, то за винятком стероїдних (серцевих глікозидів) їх роль з'ясована недостатньо. Серед однодольних знайдені представники, що володіють токсичною дією, наприклад авенеін-C14H10O8, акорін-C36H60O8; серед дводольних - глікозиди перцю, водяного перцю, деякі з них, як, наприклад, сем. Leguminosae, мають токсичну дію. 
     Деякі глікозиди, наприклад сімейства Loganiceae, містять азот і представляють як би перехід до алкалоїдів. До їх складу входять пуринові і піримідинові похідні, які відіграють важливу роль у внутрішньотканинний дихальних процесах; до них відноситься і d-рібозід гуаніну, відомий під назвою верніна. Він виявлений в паростках різних рослин, в соку цукрових буряків, в пилку лісового горіха і сосни. 
Глікозиди не розвіяні безладно, а подібно алкалоідамілі ефірним масламіграют важливу роль у життєдіяльності рослин. Дослідження флавонів з цієї точки зору показало, що вони прискорюють реакцію між перекисом водню, пероксідазойі аскорбіновою кислотою, перетворюючи останню в дегідроаскорбінову кислоту. 
Знайдено, що флавони каталізують реакцію окислення в 50 -100 разів енергійніше, ніж пірокатехін. 
     Виділяється при диханні рослин енергія споживається в різних ендотермічних процесах синтезу; за рахунок цієї енергії і відбувається синтез органічних кислот у сукулентів. 
Що стосується стероїдних глікозидів, то, на думку Розенгейма, вони утворюються з вуглеводів. Віланд, навпаки, вважає, що материнським речовиною стеринів є олеїнова кислота, яка при біологічних процесах перетворюється в цібетон, окислюється і одночасно формується в діметілгексагідроцібетон. Робінзон пов'язує стерини зі сквалеоном, який близький терпенами каротиноїдам. Нейберга допускає освіту стеринів з вуглеводів; при біохімічних розщепленню з них виділений лікопін і продукти його моно-і біциклічні конденсації. Оскільки асафрон, що утворюється при розщепленні каротінапрі циклізації і гідруванні перетворюється в тетрациклічні кислоту, споріднену холановой, можна допустити, що стерини дійсно утворюються з вуглеводів. 
 
 
  4. Фізико-хімічні властивості. 
        З хімічної боку глікозиди являють собою ефіри цукрів, що не дають карбонільних реакцій, з чого випливає, що карбонільна група цукрів у них пов'язана з агліконом, аналогічно алкілглікозідам синтетичних глікозидів. 
    У молекулах глікозидів залишки цукрів пов'язані з агліконом, який є фармакологічно активною частиною глікозиду, через атом О, N або S. 
До складу агліконів входять здебільшого гідроксильні похідні аліфатичного або ароматичного рядів. Будова багатьох природних глікозидів недостатньо вивчено. 
      При взаємодії цукрів з спиртами, меркаптанами, феноламіі іншими речовинами в присутності соляної кислоти отримані синтетичні глікозиди. Такого роду з'єднання особливо легко утворюються при взаємодії гідроксильних чи інших похідних з ацетохлор-або ацетобромглюкозой. 
У тому випадку, коли при гідролізі глікозидів утворюється глюкоза, такі сполуки прийнято називати глюкозидами, при утворенні інших цукрів - глікозидами. 
Глікозиди являють собою тверді, не леткі, здебільшого добре кристалізуються, рідше аморфні речовини, легко розчинні у воді і в спирті. Водні розчини глікозидів мають нейтральну реакцію. 
Хоча розщеплення їх на цукру і аглікони відбувається дуже легко, відомі й такі глікозиди (сапоніни), які не розкладаються навіть розведеними кислотами (H2SO4) при тривалому нагріванні. При розщепленні глікозидів ферментами спостерігається відома вибірковість; тільки певний фермент здатний розкладати той чи інший глікозид. Рідше один фермент розщеплює кілька глікозидів, наприклад, емульсін розщеплює не лише амігдалин, але і салицин, ескулін, коніферіні деякі інші глікозиди, але не розщеплює сінігрін. Фермент дріжджів розщеплює амігдалин до прунозіна, навпаки, емульсін розкладає його до бензальдегідціангідріна. 
Гидролизующее дію ферментовтесно пов'язано з будовою молекули глікозиду та асиметрією вуглецевих атомів цукрів. Так, наприклад, правовращающего α-метілглюкозід розщеплюється інвертіном, в той час як його левовращающій ізомер при цьому не змінюється, навпаки, β-метил-глюкозид розщеплюється емульсін, не діючи на α-ізомер. Природні глікозиди, розщеплюється емульсін, володіють лівим обертанням. 
Часткове розщеплення глікозидів відбувається частково в самій рослині, оскільки ензим, що знаходиться в ньому (хоча і в різних клітинах), приходить іноді з ним контакт. Те ж, за відомих обставин, відбувається при висушуванні рослин або ізолювання з них глікозидів. Тому часто глікозиди, отримані з висушених рослин, різко відрізняються від глікозидів, що знаходяться у свіжому рослині. У висушеному рослині ферментиобично не виявляють свого гідролітичного дії, але при зволоженні водою, особливо при 35-50 ° С, відбувається інтенсивна реакція гідролізу. При низькій температурі, в присутності вологи, дія ферментів сповільнюється, а при 0 ° C майже не виявляється. Вище 70 ° C, навпаки, відбувається інактивація і руйнування ферментів. 
У близькій зв'язку з глюкозидами, тобто ефірами глюкози, знаходяться пентозіди або рамнозид, які при гідролізі, поряд з агліконів, утворюють рамнозу (наприклад, франгулін, кверцитин), рамноглюкозіди, які при гідролізі утворюють рамнозу, глюкозу та інші цукру (наприклад, рутин , гесперидин). 
 
 
5. Виділення глікозидів. 
В увазі нестійкості і труднощі виділення глікозидів їх рідко застосовують у чистому вигляді. Найчастіше виділяють глікозиди кардіотонічної дії (дигітоксин). Використовують сировину для приготування водних настоїв, відварів, новогаленових препаратів. Враховуючи нестійкість глікозидів, при виготовленні лікарських засобів, що містять глікозиди, уникають їх поєднання з кислотами, лугами, дубильними речовинами і солями важких металів (несумісності). 
6. Кількісне визначення. 
Визначається різними методами: спектрофотометрі, Фотоколориметри та ін Глікозиди кардіотонічної дії визначають методом біологічної стандартизації. 
7. Поширення. 
Глікозиди в рослинному світі поширені широко. Серед однодольних рослин особливо багаті родини ароїдних, мятлікові. Найбільш часто глікозиди зустрічаються у дводольних в сімействах лі, бобових, айстрових, гречаних, крушинових. Глікозиди можуть знаходитися у всіх органах рослин. В одному і тому ж рослині вони накопичуються в різних органах, наприклад, в конвалія травнева вони містяться в листі, квітках, траві. Іноді в одному органі можуть накопичуватися глікозиди, різні як за хімічною будовою, так і по фізіологічній дії; наприклад, в листі наперстянки пурпурової зустрічаються глікозиди кардіотонічної дії і сапоніни стероїдного ряду. У присутності сапонінів активність глікозидів зростає. Зміст глікозидів в рослинах коливається від 0,01 до 60-70%. У рослинах глікозиди знаходяться в клітинному соку в розчиненому стані, багато з них мають флюоресценцией, що дозволяє виявити локалізацію флавоноїдів та антраглікозидів за допомогою люмінесцентного мікроскопа. 
8. Роль глікозидів. 
Глікозиди відіграють важливу роль у життєдіяльності рослинного організму: 
1) Беруть участь в окисно-відновних реакціях в рослинній клітині; 
2) є переносниками цукру; 
3) Багато груп хімічних речовин в період інтенсивного росту і розвитку рослини перебувають у вигляді глікозидів; 
4) В більшості випадків біологічне значення глікозидів забезпечується структурою аглікону. 
 
Фармакологічна класифікація, заснована на біологічному дії глікозидів, також не втрималася. Найбільш доцільна хімічна класифікація, заснована на хімічному будову агліконів або цукрів, що утворюються при гідролізі глікозидів. У цьому випадку глікозиди отримують назву цукрів з додатком суфікса «ид». Так, глікозиди, відщеплюють пентозу, називаються пентозідамі, відщеплюють гексоз-гексозидамі.  
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольні питання

1. Що називають клікозидами?
2. Як класифікують глікозиди?
3. Фізико-хімічні властивості?
4. Роль і значення глікозидів в рослинах?
5. Методи синтезу глікозидів?
6. Коротка характеристика аглікону?
7. У складі яких глікозидів  містяться специфічні цукри?
8. Що таке гомоглікозиди?
9. Фізіологічна дія?
10. Що входить до складу клікозидів?