Lactonele din plante și suplimente - tipuri, proprietăți și perspective medicale

Tabletka, szklanka z wodą i roślina na drewnianym stole

08 Oct 2024

Postat de: Łukasz Szostko Times Read: 559 comentarii: 0

Așa cum există o multitudine de substanțe care circulă în corpul nostru și care afectează sănătatea, același lucru este valabil și pentru plante. Multe componente ale plantelor au un efect pozitiv nu numai asupra lor însele, ci și asupra noastră atunci când le consumăm. Ingrediente precum polifenolii, flavonoidele, alcaloizii și sterolii sunt bine cunoscute. Despre lactone se vorbește mai puțin, dar acest lucru nu ar trebui să le diminueze proprietățile. Oamenii de știință au fost mult timp inspirați de lactone pentru a dezvolta noi medicamente care să ajute pacienții cu multe afecțiuni. De asemenea, în unele suplimente foarte populare, cum ar fi Ginkgo biloba sau Ashwagandha, găsim lactone, care sunt responsabile pentru efectele lor de promovare a sănătății. În acest articol, vom discuta despre ce tipuri de lactone se găsesc în natură, unde apar și de ce sunt responsabile, precum și la ce ne putem aștepta de la ele în viitor. Citiți până la sfârșit!

Ce sunt lactonele? Definiție și proprietăți

Lactonele sunt compuși biologic activi care se găsesc în multe plante, dar și în ciuperci, bacterii, bureți marini și alte organisme. Multe dintre acestea sunt substanțe aromatice care conferă plantelor miros și uneori gust. Cu toate acestea, ele nu sunt la fel de mici și volatile ca substanțele conținute în uleiurile esențiale. Acestea conțin doar cantități mici de lactone, deoarece masa lor este mult prea mare pentru a trece eficient în timpul distilării. În schimb, aroma lactonelor poate fi savurată alegând absoluturi (de exemplu, iasomie) sau uleiuri esențiale presate (de exemplu, bergamotă) în locul celor distilate.

Din punct de vedere chimic, acestea pot fi clasificate ca esteri hidroxiacizi ciclici intramoleculari cu inele de diferite dimensiuni[1]. Datorită stabilității structurii inelului , γ- și δ-lactonele cu inele cu cinci și șase membri sunt cele mai frecvente. Literele grecești sunt utilizate doar pentru a indica dimensiunea inelului lactonei. Astfel, de exemplu, toate γ-lactonele au inele cu cinci membri și toate ε-lactonele au inele cu șapte membri.

Compușii cu un fragment lactonă pot avea schelete carbonice complet diferite și pot fi atribuiți diferitelor clase de compuși, cum ar fi lactone sesquiterpenice, cumarine sau lactone cu schelet steroidal.

Szkielety chemiczne
Scheletele chimice sunt succesiv α-, β-, γ-, δ-lactone.

Cei mai mici compuși din această clasă sunt α-, β-, γ-, δ- și ω-lactone. Acestea conțin inele cu 3, 4, 5, 6 și, respectiv, 7 membri. Stabilitatea ridicată a inelelor lactonice definește prezența pe scară largă a γ- și δ- lactonelor în natură. Se estimează că mai mult de 3000 de γ-lactone apar în natură. α-lactonele, pe de altă parte, pot fi obținute doar sintetic[2].

Diversitatea face din aceasta o grupă extrem de interesantă care prezintă o serie de proprietăți chimice și biologice importante[1]. Dintre aceste activități, cele mai frecvent menționate sunt

citotoxice,
antiinflamatoare,
antimalarie,
antivirale,
antimicrobiene.

Lactonele și derivații lor sunt considerați candidați pentru a umple golul în farmacologie creat de răspândirea bacteriilor patogene rezistente la antibioticele convenționale. În acest sens, merită menționat faptul că lactonele există de mult timp în medicină. De exemplu, antibioticul eritromicina are un inel lactonic cu 14 membri, în plus față de alte grupe funcționale.

Exemple de lactone naturale care sunt utilizate în suplimentele alimentare

Să începem cu informații practice, și anume ce lactone puteți lua sub formă de suplimente alimentare pentru a face o diferență reală în ceea ce privește sănătatea dumneavoastră. Veți afla clasificarea și detaliile chimice mai târziu în acest articol.

Terpene lactone

Extractele de Ginkgo biloba sunt una dintre principalele surse de lactone în suplimente. Extractele standard sunt standardizate pentru a conține 6% lactone terpenice. Aceste lactone constau din bilobalide și ginkgolides, principalele substanțe active din ginkgo, responsabile de majoritatea proprietăților sale pentru sănătate[3]. Ginkgolidele sunt lactone diterpenice, în timp ce bilobalida este o lactonă triterpenică (mai precis, o trilactonă sesquiterpenică). În totalul lactonelor, ginkgolidele reprezintă 3,1 puncte procentuale, iar bilobalidele 2,9 puncte procentuale.

Vitanolide

Acesta este principalul grup de substanțe active din celebra plantă adaptogenă Vitania sluggishis, cunoscută sub numele de Ashwagandha. Domeniul său principal este acțiunea adaptogenă, adică creșterea rezistenței la condiții stresante. Cu toate acestea, spectrul de activități de promovare a sănătății este mult mai larg.

Vitanolidele sunt un grup de lactone triterpenoide naturale[4]. Proprietățile de promovare a sănătății ale lactonelor din Ashwagandha sunt atât de valoroase încât se fac numeroase încercări de a le sintetiza și de a crea derivați cu un potențial și mai mare.

Artemisinina

Artemisinina este o lactonă sesquiterpenică izolată din artemisia (Artemisia annua). Este utilizată în suplimente pentru susținerea sistemului imunitar și ca agent antiinflamator.

Conform studiilor, artemisinina este eficientă atât împotriva tulpinilor rezistente la medicamente, cât și împotriva tulpinilor cerebrale de Plasmodium falciparum care cauzează malaria[5].

În familia plantelor aster, în special în speciile din genul Artemisia [6], sunt conținute mult mai multe lactone sesquiterpenice diferite, nu numai artemisinina. Activitatea antimicrobiană a sesquiterpenelor poate fi legată de modificări ale sintezei proteinelor, de modificarea permeabilității celulare sau de interacțiunea cu fosfolipidele peretelui celular, perturbând integritatea membranei[1].

Ecdysteroizi

Plante precum Ajuga turkestanica, Leuzea carthamoides sau Spinacia oleracea (adică spanacul comun) conțin ecdysteroizi, care au o structură lactonică. Exemplele includ ajugalactona sau cartamosteronul[7].

Wzory chemiczne ecdysteroidów
Sursa grafică - doi: 10.1016/B978-0-444-63473-3.00005-8.

Kavalactone

Acestea sunt substanțele active conținute în piperul metistin sau kava kava. În Polonia, din păcate, kava kava nu este aprobată pentru utilizarea în produse alimentare, dar în SUA, de exemplu, se pot achiziționa extracte de kava kava în capsule cu kavalactone standardizate[8]. Există multe substanțe diferite printre acestea, dar 6 sunt enumerate ca fiind cele principale - scheletul lor este prezentat în graficul de mai jos.

Wzory chemiczne kavalaktonów
Sursa graficului - doi: 10.3390/nu12103044

Monacolina K

Din punct de vedere chimic, monacolina K are o structură lactonă, conținând un inel ester. Acțiunea sa este analogă statinelor sintetice și, atunci când este transformată în forma sa acidă activă, devine un inhibitor al enzimei responsabile de sinteza colesterolului în organism (este un inhibitor al HMG-CoA reductazei)[9]. Grupul EFSA a considerat că monacolina K sub formă de lactonă este identică cu lowastatina, ingredientul activ din mai multe medicamente aprobate pentru tratamentul hipercolesterolemiei în UE. Din acest motiv, reglementările au limitat aportul zilnic permis de monacolin K din suplimente la doze mai mici de 3 mg.

Diviziunea și clasificarea lactonelor

Vom discuta pe scurt cele mai numeroase și comune grupuri de lactone.

[această secțiune este un pic plictisitoare, dar scurtul a inclus informații chimice și există o saturație puternică de cuvinte cheie caracteristice aici; aș face-o sub forma unui acordeon derulant, așa cum se fac secțiunile faq].

γ-lactone

Acestea sunt lactone cu 5 membri. γ-lactonele sunt prezente în structura mai multor produse naturale, cum ar fi butirolactona γ-saturată și butenolidele α-β-nesaturate. Butenolidele prezintă proprietăți biologice fascinante, de exemplu[2]:

3-metil-2H-furo[2,3-c]piran-2-one prezintă o puternică activitate erbicidă,
flupiradifuronul este un insecticid eficient,
rubrolidium M și basidalin prezintă proprietăți anticancerigene,
5-octylfuran-2(5H)-ona prezintă activitate antifouling.

Butenolidele și butirolactonele sunt, de asemenea, cunoscute pentru mirosul lor caracteristic, ceea ce le face foarte utilizate în industria alimentară și a parfumurilor.

δ-lactone

Lactone cu 6 membri. Acestea au o largă reprezentare în natură. Ca și γ-lactonele, δ-lactonele pot fi împărțite în lactone saturate și α-β-nesaturate, acestea din urmă fiind cele mai frecvente. Fragmentul δ-lactonă este comun în mai mulți compuși naturali cu diverse activități biologice[2], cum ar fi

inhibarea proteazei HIV,
inducerea apoptozei (goniotalamin și rasfonin),
activitate antileucemică (dictyopyrone C),
anticancerigenă (pironetină),
leishmanicid,
trypanicid,
antifungic (argentilactonă),
antimicrobiană,
antiinflamatoare.

Lactone de mărime medie

Aceste lactone conțin inele cu 8 până la 11 membri. Decalactonele cu 10 membri sunt cele mai abundente în natură. Dintre lactonele naturale cu 8 membri, distingem octalactonele A și B. Acestea au o potențială activitate citotoxică împotriva melanomului și a celulelor tumorale colorectale. Cefalosporolidele și solandelactonele sunt alte exemple de lactone naturale cu 8 membri[2].

Oxylipinele, halicholactona, neohalicholactona și topsentolidele sunt câteva reprezentante ale lactonelor cu 9 membri. Șapte topsentolide (A1, A2, B1, B2, B3, C1 și C2) au prezentat o activitate citotoxică moderată împotriva liniilor celulare de cancer uman. Dilactonele antimicinice sunt cunoscute pentru proprietățile lor antibiotice și antifungice și pentru capacitatea lor de a induce apoptoza celulelor canceroase. Decalactonele, sau nonanolidele, sunt cele mai bine studiate lactone naturale de mărime medie și prezintă o varietate de proprietăți biologice. Decaestrina se distinge prin efectul său inhibitor asupra biosintezei colesterolului.

Ftalide

Ftalidele sunt molecule biciclice formate prin combinarea unei γ-lactone și a unui inel benzenic. Acestea sunt molecule organice importante produse de mai multe genuri de plante din familia Apiaceae. Acești compuși se găsesc, de asemenea, în Asteraceae, Acanthaceae, Amaranthaceae și Magnoliaceae.

Această clasă de compuși a fost studiată încă din secolul al XVIII-lea și există numeroase rapoarte în literatura de specialitate privind diversele sale utilizări etnobotanice și activități biologice. De exemplu:

(S)-3-n-butilftalida este comercializată ca medicament anticonvulsivant pentru tratamentul ischemiei cerebrale,
izopestacina are proprietăți antifungice și antioxidante,
fuscinarina are efecte anti-amnezice,
(±)-concentricolida are activitate antivirală.

Ftalidele prezintă, de asemenea, proprietăți antimicrobiene, antiplachetare și analgezice.

Cumarine

Acestea sunt metaboliți secundari vegetali și fungici. Acești compuși heterociclici conțin un inel benzenic legat de o α-pironă. Atrag atenția pentru efectele lor antivirale, anticancerigene, de prevenire a Alzheimer, antidepresive, antibiotice (armillarin), antiinflamatoare (scopoletin) și anticoagulante (warfarin și dicoumarol).

Cumarinele sunt utilizate pe scară largă în industria cosmetică, a coloranților și alimentară și ca materiale luminescente.

Furanocumarine

Compuși care conțin un inel furan legat de scheletul cumarinei. Acestea sunt produse de plante ca răspuns la stres și ca protecție împotriva prădătorilor precum ciupercile, bacteriile și insectele. Furanocumarinele sunt utilizate pentru tratarea bolilor de piele.

Spirolactone

Aceștia sunt compuși naturali care cuprind o familie mare de molecule diverse din punct de vedere structural cu o gamă largă de activități biologice:

antimicrobiene (spiroindicumida A),
antifungice (perrenniporide A),
antiinflamatoare (abiespiroside A),
antiparazitar (plumericin),
antiviral (biyouyanagin B),
citotoxic (yaoshanenolide A).

În plus față de compușii naturali, spirolactonele includ steroizi sintetici cunoscuți sub denumirea de 17α-spirolactone. Cel mai cunoscut membru al acestei clase este spironolactona datorită antagonismului său față de aldosteron, un hormon din sistemul renină-angiotensină-aldosteron asociat cu hipertensiunea, hipertrofia cardiacă și fibroza cardiacă și vasculară.

Ilustracja mikroskopowej struktury mikroorganizmu

Strigolactone

Acestea sunt fitohormoni izolați din plante din genurile Striga și Orobanche. Strigolactonele stimulează germinarea semințelor de plante parazite la detectarea gazdei, reglează creșterea plantelor, inhibă germinarea și mediază comunicarea chimică subterană între plante și organismele vecine. Cele mai cunoscute exemple naturale au un nucleu ABC triciclic cu γ-lactonă ca unul dintre inele și un inel D exociclic de butenolidă. Această structură poate fi găsită în 5-deoxistrigol.

Strigolactonele sunt utilizate ca aditivi de sol pentru combaterea buruienilor, reducând astfel pierderile agricole asociate cu daunele cauzate de buruieni. Acești compuși induc germinarea sinucigașă. Cu alte cuvinte, semnalele emise de prezența compușilor izolați din rizosferă sau a echivalenților sintetici induc germinarea semințelor parazite fără prezența unei gazde, ducând la moartea buruienilor.

Macrolactone

Macrolactonele sau lactonele macrociclice conțin inele cu 12 sau chiar mai mulți membri. Acestea pot fi clasificate ca olide sau diolide.

Kukuolidii acționează ca feromoni și sunt utilizați de multe animale pentru comunicarea chimică. Kukuolidul X a fost identificat ca feromonă care atrage femela gândacului Oryzaephilus surinamensis, un dăunător al porumbului și orezului.

Macrolactinele sunt macrolide izolate din tulpinile de bacterii Bacillus și Actinomadura. În prezent, 19 macrolactine (A-S) au fost descrise în literatura de specialitate. Activitatea lor biologică variază de la antivirală la antifungică. De exemplu, macrolactina A prezintă o activitate puternică împotriva virusului herpes simplex și poate controla replicarea HIV la om. Macrolactinele T și B, pe de altă parte, sunt capabile să inhibe ciupercile Alternaria solani și Pyricularia oryzae și bacteria Staphylococcus aureus. Apoi există chinolidomicinele A1, A2 și B1, dintre care chinolidomicinele A1 și B1 inhibă creșterea diferitelor celule canceroase, inclusiv a celor rezistente la medicamente.

Motivați de numeroasele exemple de lactone naturale și de gama largă de activități biologice ale acestora, chimiștii asociați cu chimia organică și-au îndreptat atenția către proiectarea inelelor lactonice.

Aplicații industriale ale lactonelor

Lactonele sunt substanțe atât de interesante încât ar fi un deserviciu să nu le exploatăm potențialul. Din acest motiv, ele sunt utilizate într-o varietate de industrii.

Lactonele sunt compuși aromatici, astfel încât industria parfumurilor este una dintre cele mai puternice beneficiare. Proprietățile senzoriale ale lactonelor permit obținerea unor arome neobișnuite, cum ar fi mirosul de iasomie, vanilie sau catnip. Diverse substanțe cu structură lactonică pot fi găsite pe etichetele parfumurilor și ale produselor cosmetice parfumate.

De asemenea, au fost utilizate pe scară largă în agricultură și horticultură. Unele lactone au o acțiune foarte eficientă împotriva insectelor, paraziților sau buruienilor.

Rezumat

Familia lactonelor cuprinde mii de substanțe diferite. Deși au un element comun în structura lor (inelul lactonic), acestea pot diferi drastic în ceea ce privește acțiunea lor. Ele nu primesc la fel de multă atenție în textele științifice populare ca, de exemplu, polifenolii, dar există totuși multe lactone care au efecte remarcabile asupra sănătății umane. Datorită lactonelor datorăm beneficiile unor plante precum Ashwagandha sau Gingo biloba. Prezența lactonelor în natură și efectuarea mai multor cercetări cu privire la acestea deschid ușa oamenilor de știință pentru a obține noi instrumente în vederea dezvoltării de medicamente noi și mai bune care să salveze viețile oamenilor. Noi ținem pumnii să putem beneficia cât mai mult de puterea lactonelor!

Surse: Dr: