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.