Flavonoidy - biológia
The Flavonoidy sú skupina fytochemikálií, ku ktorým patrí veľká časť kvetinových pigmentov. Chemicky sú odvodené od základnej štruktúry flavánu (2-fenylchrománu) a pozostávajú z dvoch aromatických kruhov spojených tetrahydropyránovým kruhom. V prírode existuje asi 8 000 zlúčenín, ktorých rozmanitosť sa vytvára rôznymi oxidačnými stavmi v kruhu obsahujúcom kyslík, rôznymi substitúciami na aromatických kruhoch a pridaním cukrov (tvorba glykozidov). Biosyntéza prebieha cestou kyseliny šikimovej.
Flavonoidy sú univerzálne prítomné v rastlinách, teda aj v ľudskej potrave. Hovorí sa o nich, že majú obzvlášť antioxidačné vlastnosti. Liečivo sa používa niekoľko rastlín obsahujúcich flavonoidy.
Flavonoidy objavil v 30. rokoch minulého storočia laureát Nobelovej ceny Albert von Szent-Györgyi Nagyrapolt a pôvodne sa označoval ako vitamín P. „P“ vo vitamíne P znamená „faktor permeability“.
Niektoré rastliny ako dub farbiarsky (Quercus tinctoria), stena farbiara (Reseda lutea) alebo moruša stromu (Maclura tinctoria) sa v minulosti používali na žltnutie. Po identifikácii ich zložiek sa tejto skupine farbív hovorilo po latinskom slove flavóny flavus pre žltú. Keď sa zistilo, že veľké množstvo prísad je štruktúrovaných rovnako, veľa z nich je inak zafarbených alebo bezfarebných, skupina látok sa nazývala flavonoidy. [1]
Výskyt
Flavonoidy sú univerzálne distribuované v rastlinnej ríši a vyskytujú sa v semenných rastlinách, ako aj v machoch a papradiach. Tvorba flavonoidov je známa iba z niekoľkých mikroorganizmov, ako je napríklad konev Aspergillus candidus. Zvieratá nemôžu vyrábať flavonoidy. Výskyt u niektorých druhov zvierat, napríklad v krídlach niektorých motýľov, je spôsobený požitím rastlinných flavonoidov jedlom a ich ukladaním v tele. [2] Podľa ďalších informácií sú flavonoidy obmedzené na rastliny. [1]
Štruktúra, rozmanitosť a podskupiny
Základnú štruktúru flavonoidov tvoria dva aromatické kruhy, ktoré sú spojené mostíkom C3. Na krúžku A je väčšinou znázornený substitučný vzorec floroglucínu, ktorý naznačuje jeho acetogenínový pôvod. Kruh B a mostík C3 pochádzajú z dráhy kyseliny shikimovej, kruh B je väčšinou hydroxylovaný na 4 ', často tiež na 3' alebo 3 'a 5'. U prevažnej väčšiny flavonoidov (s výnimkou chalkónov) je mostík C3 uzavretý a vytvára O-heterocyklický kruh (kruh C). Základnou štruktúrou flavonoidov je preto flavan (2-fenylchroman). Kruh B je zriedka posunutý do polohy 3 (izoflaván, odvodený od izoflavónov) alebo 4 (neoflaván). [1]
Celkovo už bolo opísaných viac ako 8 000 rôznych flavonoidov (k roku 2006). Konštrukcia, najmä stupeň oxidácie na mostíku C3, slúži na rozdelenie flavonoidov do rôznych podskupín. [1]
Flavonoidy sú rozdelené do rôznych skupín podľa stupňa oxidácie mostíka C3. Šesť hlavných podskupín sa nachádza vo väčšine vyšších rastlín: chalkony, flavóny, flavonoly, flavandioly, antokyanidíny a kondenzované taníny. Auróny sú veľmi časté, ale nie všadeprítomné. Izoflavóny (najmä na Fabaceae) a 3-deoxy-antokyanidíny, ktoré sa používajú ako prekurzory flobafénov, napríklad Vitis vinifera, Arachis hypogaea a Pinus sylvestris sa tvoria. [3]
Štrukturálna rozmanitosť flavonoidov je spôsobená veľkým počtom substitučných vzorov na krúžkoch A a B, ako aj skutočnosťou, že flavonoidy zvyčajne nie sú voľné, ale skôr ako glykozidy. Bolo identifikovaných viac ako 80 rôznych cukrov. Pre kvercetín bolo opísaných 179 rôznych glykozidov. [4]
| Chalcony | Isoliquiritigenin, xanthohumol | |
| Flavóny | Luteolín, apigenín | |
| Flavonoly | Morín, kvercetín, rutín, kaempferol, myricetín, izorhamnetín, fisetín | |
| Flavanoly | Katechín, gallokatechín, epikatechín, epigalokatechíngalát | |
| Flavanóny | Hesperetín, naringenín, eriodiktyol | |
| Flavanoly | Taxifolín | |
| Izoflavóny | Genistein, Daidzein, Licoricidin | |
| Antokyanidíny (antokyány) | Kyanidín, delfinidín, malvidín, pelargonidín, peonidín, petunidín | |
| Aurone | Aureusidín |
biosyntéza
Východiskovým bodom pre biosyntézu flavonoidov je aromatická aminokyselina fenylalanín, ktorá sa vytvára cestou kyseliny shikimovej. Fenylalanín sa mení na fenylalanín amoniak lyázu (PAL) trans-Prevedený na kyselinu škoricovú. To je zase hydroxylované na kyselinu p-kumarovú kyselinou škoricovou 4-hydroxylázou. Táto cesta je spoločná pre všetky fenylpropanoidy. Kyselina p-kumarová sa aktivuje na cinnamoyl koenzým A. [5]
V ďalšom kroku sa vytvorí druhý aromatický kruh: enzým chalkónsyntáza (CHS) vytvorí chalkón z cinnamoyl-CoA a troch molekúl malonyl-koenzýmu A, ktoré pochádzajú z dráhy syntézy mastných kyselín. Chalkón je v rovnováhe s flavanónom pôsobením chalkónizomerázy (CHI). Týmto sa uzavrie tretí krúžok. [5]
Tri kľúčové enzýmy (PAL, CHS a CHI), ako aj čiastočne enzýmy ďalších syntéznych krokov sú prítomné ako enzýmové komplexy. Komplex sa pravdepodobne nachádza na cytozolovej strane endoplazmatického retikula. [3]
Rôzne spôsoby vedú od flavanónu k flavónom, flavonolom, izoflavónom a antokyanidínom. [5]
Biosyntéza flavonoidov je indukovaná svetlom, k ukladaniu dochádza hlavne vo vakuole. [6]
Väčšina enzýmov podieľajúcich sa na biosyntéze flavonoidov pochádza z troch tried enzýmov, ktoré sa nachádzajú vo všetkých organizmoch: dioxygenázy závislé od oxoglutarátu, reduktázy závislé od NADPH a hydroxylázy cytochrómu P450. Dva kľúčové enzýmy CHS a CHI patria do rôznych rodín. Predpokladá sa, že CHI je pre rastliny jedinečný z hľadiska sekvenčnej aj trojrozmernej štruktúry. CHS zase patrí do nadrodiny rastlinných polyketidových syntáz. [3]
dôležitosť
Rôzne flavonoidy spĺňajú v rastlinách množstvo funkcií.
Flavonoidy tvoria najdôležitejšiu skupinu medzi kvetinovými pigmentami a slúžia na prilákanie opeľovačov. Antokyanidíny poskytujú rôzne farby od oranžovej cez červenú po modrú. Všetky kvety obsahujúce antokyanidín tiež obsahujú flavóny a/alebo flavonoly, ktoré slúžia na stabilizáciu antokyanidínov, ale vo vyšších koncentráciách tiež spôsobujú posunutie farby kvetu do modrej oblasti. Žltá farba kvetu je menej často spôsobená flavonoidmi. Flavonoly ako gossypetín a kvercetagetín majú farbu žltého kvetu Gossypium hirsutum, Primula vulgaris a niektoré kompozity ako Chrysanthemum segetum zodpovedný. Chalkón a aurón spôsobujú žltú farbu kvetu u niektorých ďalších rastlín aster Coreopsis a Dahlia a v deviatich ďalších rodinách rastlín. Žlté flavonoidy sa často vyskytujú v rodine sedmokrásky spolu so žltými karotenoidmi. 95% farby bieleho kvetu spôsobujú flavonoidy: flavóny, ako je luteolín a apigenín, a flavonoly, ako je kaempferol a kvercetín, pričom flavonoly sa v dlhovlnnom rozmedzí absorbujú o niečo ďalej. [7]
Kondenzované taníny interagujú s glykoproteínmi v slinách bylinožravcov a majú sťahujúci účinok. Znižujú stráviteľnosť rastlín a tým odrádzajú mnohých potenciálnych bylinožravcov. [2]
Ostatné flavonoidy pôsobia ako ochrana pred bylinožravcami (repelenty). Pre špecializovaný hmyz sú tieto flavonoidy zase kŕmnymi stimulantmi. [2] Najmä flavóny a flavonolglykozidy, napríklad na báze rutínu, quercitrínu a izoquercitrínu, sú toxické pre hmyz, zatiaľ čo nie sú toxické pre vyššie zvieratá. Rast rôznych húseníc sa dramaticky zníži v prítomnosti napríklad izoquercitrínu v potrave, na 10% kontrolných skupín. Tieto flavonoidy sa nachádzajú hlavne v bylinách a mali by nahradiť kondenzované taníny drevín. [8]
Flavóny a flavonoly pôsobia najmä ako ochrana pred UV žiarením a krátkovlnným svetlom. [2] Ukladajú sa vo voľnej forme rastlín na extrémnych miestach, ako sú suché alebo vysokohorské oblasti na povrchu listov, často vo forme múkovitých povlakov. Týmto spôsobom zabraňujú fotooxidačnému zničeniu membrán a fotosyntetických pigmentov. Vďaka svojej lipofilite tiež znižujú kolonizáciu povrchu listov mikroorganizmami. Flavonoidy majú tiež priame antivírusové, antibakteriálne a protiplesňové účinky. [9]
Určité rastlinné flavonoidy hrajú úlohu v regulácii génovej expresie v baktérii uzlíka Rhizobium. [2]
Silne metoxylované flavonoidy sa často nachádzajú v budových exsudátoch a iných lipofilných sekrétoch. Majú fungicídny účinok, rovnako ako nobiletín Citrus-Prejdite. [2]
Flavonoidy slúžia ako štruktúrny leitmotív pre vývoj selektívnych ligandov receptora GABAA. [10]
Flavonoidy v potravinách a liekoch
jedlo
Ľudia prijímajú spolu s jedlom väčšie množstvo flavonoidov. Asi dve tretiny z približne jedného gramu fenolových látok, ktoré človek konzumuje, sú flavonoidy. „Existuje názor, že vďaka svojim antioxidačným účinkom, ktoré in vitro napr. T. je silnejšia ako antioxidanty známe ako antioxidanty, ako napríklad vitamín E, ktoré majú podstatný vplyv na ľudské zdravie. “[1]
Epidemiologické štúdie preukázali nižšie riziko rôznych chorôb s vyšším príjmom flavonoidov vrátane úmrtnosti na kardiovaskulárne ochorenia. Flavonoidy pôsobia na metabolizmus kyseliny arachidónovej, a tým na zrážanie krvi. Epidemiologické štúdie nepreukázali žiadnu súvislosť s rakovinou, s výnimkou rakoviny pľúc, ktorej riziko sa znižuje hlavne príjmom flavonoidov z jabĺk. [4]
Mutagénny alebo genotoxický účinok sa preukázal pri niektorých zlúčeninách v testoch in vitro. Nie sú však dôkazy o toxicite u ľudí; pokusy na zvieratách nepreukázali žiadne karcinogénne účinky flavonoidov. [4]
Niektoré flavonoidy vedú k silnej inhibícii monooxygenáz závislých od cytochrómu P450 (enzýmy fázy I), zatiaľ čo iné vedú k aktivácii. Môže tiež dôjsť k dávkovo závislej aktivácii enzýmov fázy II. To všetko môže viesť k liekovým interakciám, ako je napríklad grapefruit. [4]
Lekárske použitie
Terapeuticky sa používa množstvo liečiv obsahujúcich flavonoidy, ako aj niektoré čisté látky. Používajú sa ako venózne látky kvôli ich vaskulárnemu ochrannému, edém-ochrannému účinku, ako kardiovaskulárne látky kvôli ich pozitívnemu inotropnému, antihypertenzívnemu účinku, ako diuretiká, ako spazmolytiká pre gastrointestinálne ťažkosti a ako pečeňové terapeutiká. Jeho účinok sa pripisuje hlavne jeho antioxidačným vlastnostiam a inhibícii enzýmov. [1]
Epidemiologické štúdie, ako aj väčšina štúdií in vivo naznačujú, že flavonoidy majú pozitívny vplyv na rôzne kardiovaskulárne ochorenia. Tieto účinky sa tradične pripisujú iba ich antioxidačným aktivitám. Okrem priamej väzby reaktívnych foriem kyslíka (ROS) však existuje množstvo ďalších účinkov, ktoré vo farmakologicky dosiahnuteľných koncentráciách môžu byť zodpovedné aj za pozitívny kardiovaskulárny vplyv flavonoidov, ako je taxifolín. Patria sem najmä inhibícia enzýmov tvoriacich ROS, inhibícia funkcie krvných doštičiek, inhibícia aktivácie leukocytov a vazodilatačné vlastnosti. [11]
Medzi početné účinky flavonoidov, ktoré sa preukázali v testoch in vitro a in vivo, sú najdôležitejšie tieto: [1]
- antialergický a protizápalový účinok
- antivírusové a antimikrobiálne účinky
- antioxidačný účinok
- antiproliferatívne a antikarcinogénne účinky
Flavonoidy účinkujú prostredníctvom niekoľkých mechanizmov účinku. Dôraz sa kladie na interakciu s DNA a enzýmami, aktiváciu buniek, ich vlastnosti ako lapačov voľných radikálov, ako aj ovplyvňovanie rôznych signálnych transdukčných dráh v bunkách (NF-kB, MAPK). Flavonoidy inhibujú v ľudskom tele viac ako tridsať enzýmov. Aktivujú rôzne typy buniek v imunitnom systéme. Posledné dve vlastnosti sú zodpovedné za protizápalové účinky flavonoidov. [1]
Nasledujúce flavonoidy sa používajú ako čisté látky ako žilové činidlá: [1]
- Citrusové bioflavonoidy, hesperidín
- Diosmin
- Rutín a hydroxymetyl rutinozid
Z liečivých liekov prevažujú tie, ktoré obsahujú flavonol glykozidy a glykozyl flavóny. Dôležitými liečivami, ktoré obsahujú veľké množstvo flavonoidov, sú: [1]
- Arnické kvety (arnica)
- Listy brezy (breza strieborná, breza močiarna)
- Pohánka bylina (Fagopyrum esculentum)
- Ginkgo listy (Ginkgo)
- Zlatobyľ (od Solidago virgaurea, Solidago gigantea a Solidago canadensis)
- Bezový kvet (čierna baza)
- Chmeľové šištičky (pravý chmeľ)
- Kvety harmančeka (harmanček)
- Kvetiny mačacích labiek (Spoločná mačací labka)
- Extrakt z modřínu (taxifolín)
- Bylina a kvety lúčnej rastliny (lúčna rastlina)
- Plody ostropestreca mariánskeho
- Mučenka (od Passiflora incarnata)
- Bitter pomarančová kôra (bitter orange)
- Kvety nechtíka lekárskeho (nechtík lekársky)
- Rímsky harmanček
- Listy červeného viniča (Vitis vinifera)
- Svetlicové kvety (svetlica)
- Bylina maceška (Viola arvensis a Viola trikolóra)
- Koreň sladkého drievka (sladké drievko)
- Hlohové listy s kvetmi (niekoľko druhov hlohu)