VETERINÁRNÍ A FARMACEUTICKÁ UNIVERZITA
BRNO
FARMACEUTICKÁ FAKULTA
Ústav přírodních léčiv
FARMAKOGNOZIE
ČÁST OBECNÁ
Karel Šmejkal, Renata Kubínová, Václav Suchý
BRNO 2016
2
PŘEDMLUVA
Farmakognozie je interdisciplinární věda, která představuje jednu ze základních oblastí
farmaceutického vzdělávání. Zahrnuje studium fyzikálních, chemických, biochemických a
biologických vlastností drog biogenního původu, jejich obsahových látek, potenciálních drog
a jejich obsahových látek a hledání nových léčiv z přírodních zdrojů.
Předložené skriptum je určené studentům magisterského studijního programu farmacie.
Poskytne základní informace o historickém vývoji farmakognozie, zdrojích přírodních léčiv a
používané metodologii, o pěstování a zpracování léčivých rostlin a podává klasifikaci
obsahových látek rostlin z hlediska jejich farmaceutického významu. Převážná část učebního
textu přináší informace o biosyntéze sekundárních metabolitů rostlin, používaných k prevenci
nebo terapii onemocnění. Protože nelze popsat všechny známé biosyntetické cesty,
doporučujeme případným zájemcům další specializovanou odbornou literaturu.
Poznání mechanizmů biosyntézy a možnosti jejich ovlivnění má mimořádný význam.
Farmaceutický průmysl se při získávání surovin pro výrobu léčiv více a cíleně orientuje na
přírodní zdroje, které jsou při současném intenzivním využívání půdního fondu značně
limitované. Vedle přímého použití slouží řada rostlinných metabolitů jako suroviny pro další
zpracování. Stále většího významu nabývá také využívání molekulárně-biologických postupů
k získávání řady biogenních léčiv.
Smyslem a cílem předloženého učebního textu je obohacení vědomostí a osvojení si
znalostí o specifických mechanizmech tvorby biologicky aktivních látek přírodního původu.
Autoři
3
Obsah
1 FARMAKOGNOZIE JAKO VĚDNÍ OBOR ................................................................................................. 6
1.1 Farmakognozie a předmět jejího studia ................................................................................................. 6
1.2 Postavení farmakognozie v systému věd............................................................................................... 7
1.3 Vznik a vývoj farmakognozie................................................................................................................ 8
1.3.1 Úkoly farmakognozie v současnosti................................................................................................ 12
2 PŘÍRODNÍ LÉČIVA A SUROVINY PRO JEJICH PŘÍPRAVU ................................................................ 14
2.1 Rozdělení drog..................................................................................................................................... 15
2.1.1 Klasifikace podle původu:............................................................................................................... 15
2.1.2 Klasifikace podle způsobu použití .................................................................................................. 16
3 ZDROJE PŘÍRODNÍCH LÉČIV.................................................................................................................. 18
3.1 Rostlinné zdroje................................................................................................................................... 18
3.2 Živočišné zdroje .................................................................................................................................. 19
3.3 Moře jako zdroj léčiv........................................................................................................................... 20
3.4 Buněčné kultury jako zdroje léčiv ....................................................................................................... 20
4 METODOLOGIE FARMAKOGNOZIE...................................................................................................... 23
4.1 Metody vyšetřovací ............................................................................................................................. 23
4.2 Metody hodnotící................................................................................................................................. 24
4.3 Metody užívané při výzkumu přírodních léčiv.................................................................................... 25
4.4 Metody technologie léčivých rostlin ................................................................................................... 26
4.4.1 Sběr rostlin divoce rostoucích ......................................................................................................... 27
4.4.2 Pěstování léčivých rostlin................................................................................................................ 27
4.4.3 Zpracování léčivých rostlin v drogy................................................................................................ 29
4.4.4 Úprava a uchovávání drog............................................................................................................... 31
5 KLASIFIKACE OBSAHOVÝCH LÁTEK ROSTLIN Z HLEDISKA JEJICH FARMACEUTICKÉHO
VÝZNAMU .......................................................................................................................................................... 32
6 BIOGENEZE PŘÍRODNÍCH LÁTEK......................................................................................................... 34
6.1 Primární a sekundární metabolity........................................................................................................ 34
6.2 Vzájemné vztahy v metabolismu rostlin.............................................................................................. 38
6.3 Základní biosyntetické reakce ............................................................................................................. 40
7 VÝZNAM PRIMÁRNÍHO METABOLISMU PRO TVORBU PŘÍRODNÍCH LÁTEK............................ 44
7.1 Metabolismus cukrů ............................................................................................................................ 44
7.1.1 Tvorba glykosidů ............................................................................................................................ 44
7.1.2 Tříuhlíkaté sloučeniny primárního metabolismu............................................................................. 46
7.1.3 "Jednouhlíkatý" metabolismus ........................................................................................................ 48
8 PŘÍRODNÍ LÉČIVA ODVOZENÁ OD KYSELINY ŠIKIMOVÉ ............................................................. 50
8.1 Tvorba kyseliny šikimové ................................................................................................................... 52
8.2 Tvorba C6-C3 sloučenin...................................................................................................................... 54
8.2.1 Kyselina skořicová a její deriváty ................................................................................................... 55
8.2.2 Kumariny a furanokumariny ........................................................................................................... 57
8.2.3 Fenylpropanoidy ............................................................................................................................. 60
8.2.4 Lignin a lignany .............................................................................................................................. 61
8.3 Tvorba C6-C1 sloučenin...................................................................................................................... 65
8.4 Tvorba C6 sloučenin............................................................................................................................ 68
8.5 Složené aromatické látky..................................................................................................................... 68
8.5.1 Ketony a kyseliny............................................................................................................................ 69
8.5.2 Obsahové látky Piper methysticum ................................................................................................. 71
8.5.3 Stilbeny ........................................................................................................................................... 72
8.5.4 Flavonoidní sloučeniny ................................................................................................................... 73
8.5.5 Kyselina rozmarínová ..................................................................................................................... 75
8.5.6 Naftochinony................................................................................................................................... 77
8.5.7 Anthrachinony, vitamin K............................................................................................................... 77
9 PŘÍRODNÍ LÉČIVA ODVOZENÁ OD KYSELINY OCTOVÉ – POLYKETIDY ................................... 79
9.1 Alifatické acetogeniny......................................................................................................................... 82
9.1.1 Nasycené mastné kyseliny .............................................................................................................. 82
9.1.2 Nenasycené mastné kyseliny........................................................................................................... 85
9.1.3 Prostaglandiny................................................................................................................................. 88
4
9.1.4 Estery mastných kyselin.................................................................................................................. 90
9.1.5 Polyacetylenové sloučeniny (polyyny)............................................................................................ 92
9.2 Cyklické acetogeniny .......................................................................................................................... 93
9.2.1 Fenoly a jejich deriváty................................................................................................................... 93
9.2.2 Deriváty floroglucinu přítomné v kapraďorostech.......................................................................... 98
9.2.3 Deriváty anthrachinonu................................................................................................................... 98
9.2.4 Statiny ........................................................................................................................................... 101
9.2.5 Antibiotika polyketidového typu................................................................................................... 102
9.2.6 Anthracyklinová antibiotika.......................................................................................................... 107
9.2.7 Složené acetogeniny, C-alkylační reakce...................................................................................... 108
10 TERPENOIDY, ISOPRENOIDY.......................................................................................................... 112
10.1 Třídění terpenoidních sloučenin ........................................................................................................ 114
10.2 Biogenetický původ isoprenoidní struktury....................................................................................... 115
10.3 Hemiterpeny ...................................................................................................................................... 119
10.4 Monoterpeny...................................................................................................................................... 120
10.4.1 Iridoidy ..................................................................................................................................... 121
10.5 Seskviterpeny .................................................................................................................................... 123
10.5.1 Acyklické seskviterpeny........................................................................................................... 123
10.5.2 Cyklické seskviterpeny............................................................................................................. 124
10.5.3 Seskviterpenické laktony .......................................................................................................... 126
10.6 Diterpeny........................................................................................................................................... 127
10.6.1 Monocyklické diterpeny ........................................................................................................... 129
10.6.2 Bicyklické a polycyklické diterpeny......................................................................................... 129
10.7 Triterpeny .......................................................................................................................................... 130
10.8 Tetraterpeny....................................................................................................................................... 133
10.9 Polyterpeny........................................................................................................................................ 134
11 ALKALOIDY........................................................................................................................................ 136
11.1 Alkaloidy a aminokyseliny................................................................................................................ 137
11.2 Obecné reakce uplatňující se při biosyntéze alkaloidů ...................................................................... 138
11.3 Metabolismus aminokyselin ve vztahu k tvorbě alkaloidů................................................................ 141
11.4 Alkaloidy odvozené od ornithinu ...................................................................................................... 144
11.4.1 Jednoduché pyrrolidinové deriváty........................................................................................... 144
11.4.2 Tropanové alkaloidy ................................................................................................................. 145
11.4.3 Pyrrolizidinové alkaloidy.......................................................................................................... 148
11.5 Alkaloidy odvozené od lysinu ........................................................................................................... 150
11.6 Jednoduché piperidinové deriváty ..................................................................................................... 150
11.7 Chinolizidinové alkaloidy.................................................................................................................. 150
11.7.1 Alkaloidy plavuní ..................................................................................................................... 151
11.7.2 Složené piperidinové alkaloidy................................................................................................. 152
11.8 Alkaloidy odvozené od fenylalaninu a tyrosinu ................................................................................ 154
11.8.1 Alkaloidy typu fenylethylaminu ............................................................................................... 154
11.8.2 Tetrahydroisochinolinové alkaloidy ......................................................................................... 155
11.8.3 Benzylisochinolinové alkaloidy................................................................................................ 156
11.8.4 Morfinanové alkaloidy.............................................................................................................. 157
11.8.5 Aporfinové alkaloidy ................................................................................................................ 158
11.8.6 Berberinové alkaloidy............................................................................................................... 158
11.8.7 Protopinové a benzofenanthridinové alkaloidy......................................................................... 159
11.8.8 Ftalidotetrahydroisochinolinové alkaloidy ............................................................................... 159
11.8.9 Bisbenzylisochinolinové alkaloidy ........................................................................................... 161
11.8.10 Alkaloidy čeledi Amaryllidaceae.............................................................................................. 162
11.8.11 Skupina kolchicinových alkaloidů............................................................................................ 162
11.8.12 Složené benzylisochinolinové alkaloidy................................................................................... 163
11.8.13 Ostatní dusíkaté látky odvozené od fenylalaninu...................................................................... 164
11.9 Alkaloidy odvozené od tryptofanu .................................................................................................... 165
11.9.1 Jednoduché indolové alkaloidy................................................................................................. 165
11.9.2 Složené indolové alkaloidy....................................................................................................... 167
11.9.3 Dimerní indolové alkaloidy ...................................................................................................... 171
11.9.4 Monoterpenické alkaloidy typu chininu (chinoliny)................................................................. 172
11.9.5 Hemiterpenické indolové alkaloidy .......................................................................................... 174
11.10 Alkaloidy odvozené od histidinu....................................................................................................... 176
5
11.11 Alkaloidy odvozené od kyseliny nikotinové ..................................................................................... 176
11.11.1 Alkaloidy rodu Nicotiana L...................................................................................................... 177
11.11.2 Alkaloidy z Ricinus communis L. ............................................................................................. 178
11.11.3 Arekové alkaloidy..................................................................................................................... 178
11.11.4 Alkaloidy odvozené od kyseliny anthranilové.......................................................................... 179
11.12 Terpenické alkaloidy ......................................................................................................................... 179
11.13 Steroidní alkaloidy............................................................................................................................. 180
11.14 Alkaloidy Conium maculatum L. ...................................................................................................... 182
11.15 Purinové deriváty............................................................................................................................... 182
Použitá a doporučená literatura........................................................................................................................... 184
6
1 FARMAKOGNOZIE JAKO VĚDNÍ OBOR
1.1 Farmakognozie a předmět jejího studia
Farmakognozie je farmaceutický obor s přímými vztahy ke zdravotnictví. Dotýkají se ho
všechny platné zákony a vyhlášky vztahující se k léčivu. Do profilu se promítá tím, že
absolvent magisterského studijního programu Farmacie je odborníkem na přírodní léčiva a
suroviny, který má znalosti o zdrojích přírodních léčiv, jejich zpracování, hodnocení jakosti, o
jejich účincích a použití. Dále má speciální znalosti o metabolismu rostlin, biosyntéze
sekundárních metabolitů, metodách jejich extrakce a izolace a určování chemické struktury.
Převážně vykonává činnost, která je zařazena mezi tzv. regulovaná povolání (Směrnice EU
2005/36/ES).
Farmakognozii lze stručně definovat jako vědu o léčivech přírodního původu. Vysvětluje
zákonitosti týkající se léčiv a pomocných látek produkovaných rostlinami, mikroorganizmy a
živočichy a používaných v humánní a veterinární medicíně. Učí poznávat mechanizmus
vzniku těchto látek, posuzovat jejich úlohu v léčivých přípravcích, předvídat jejich možné
změny a chápat vzájemné vztahy účinných, vedlejších a balastních látek v přírodním
materiálu z hlediska jejich využitelnosti pro přípravu léčiv, prevenci a terapii chorob.
Pojmenování „Farmakognozie“ je odvozeno od dvou řeckých slov, „pharmakon“ čili lék
a „gnosis“ čili znalost. V nedávných letech prošla podstatnými změnami a dnes představuje
vysoce interdisciplinární vědu, která je jedním ze základních profilových oborů studia
farmacie. Vyučuje se povinně na evropských farmaceutických fakultách a patří mezi
státnicové předměty. Formuje profil absolventa v oblasti biogenních léčiv a je tradičním
oborem doktorského studijního programu.
Farmakognozie zahrnuje studium fyzikálních, chemických, biochemických a
biologických vlastností drog, jejich obsahových látek, nebo potenciálních drog přírodního
původu a jejich obsahových látek stejně jako hledání nových léčiv z přírodních zdrojů.
Nedílnou součástí je studium biologických účinků na člověka či zvíře. Výzkumná
problematika farmakognozie zahrnuje studium v oblasti fytochemie, mikrobiální chemie,
biosyntézy, biotransformace, chemotaxonomie a dalších biologických a chemických a
některých lékařských věd.
7
Předmětem studia farmakognozie jsou zdroje přírodních léčiv, tj. rostliny,
mikroorganizmy a živočichové a produkty jejich metabolismu, použitelné k profylaktickým a
léčebným cílům. Farmakognozie zahrnuje popis matečných rostlin a drog a přináší informace
o jejich pravosti na základě anatomického vyšetření. V posledních desetiletích se stala
převážně chemií přírodních léčiv. To konečně dokazuje kromě jiného i ústup v užívání drog
jako surovin pro lékárenskou výrobu a jejich přesun do průmyslové výroby, kde se stávají
surovinou pro izolaci účinných látek. Součástí farmakognozie je rovněž příprava derivátů a
parciální obměna nativních izolátů, za účelem jejich dalšího studia.
1.2 Postavení farmakognozie v systému věd
Farmakognozie je specifický farmaceutický obor, interferující s přírodními a s lékařskými
vědami. Vychází z odborných disciplin biologického, chemického a lékařského charakteru.
Protože téměř všechna přírodní léčiva patří do skupiny organických látek, představuje
organická chemie pro farmakognozii nezaměnitelnou výchozí bázi a její znalosti jsou
podmínkou pro pochopení řady otázek, které se při studiu přírodních léčiv vyskytnou.
Existuje řada příkladů, které ilustrují vzájemné kladné ovlivňování farmakognozie a
organické chemie, vedoucí k progresu obou disciplin (např. význam studia alkaloidů na
rozvoj chemie dusíkatých heterocyklů).
Většina léčiv přírodního původu se získává z rostlin, čímž je určen význam botaniky. Ta
zahrnuje spolu s anatomií, morfologií a fyziologií i systematiku, včetně chemotaxonomie.
Pro terapii významná přírodní léčiva se tvoří v živých organizmech z primárních
metabolitů a prekurzorů, reakcemi geneticky řízenými a uskutečňovanými enzymy. Proto se
přikládá velký význam obecné i speciální biochemii.
Z lékařských disciplin má mimořádný význam farmakologie, která zvláště v posledních
desetiletích zefektivnila výzkum přírodních léčiv tím, že umožnila vybrat z velkého množství
flóry ty druhy rostlin, které dík svým obsahovým látkám ovlivňují společensky nejzávažnější
zdravotnické problémy.
Na farmakognozii potom navazují předměty farmaceutická chemie, farmakologie a
toxikologie a galenická farmacie – technologie léčiv.
8
Z uvedeného vyplývá, že farmakognozie je vědou experimentální, praktickou a
spolupracující s dalšími vědními obory při zajišťování léčiv. Návaznost jednotlivých vědních
disciplin jakož i předmět studia farmakognozie ilustruje výše uvedené schéma.
1.3 Vznik a vývoj farmakognozie
Člověk už na nejnižším stupni svého vývoje zjistil formou šťastných náhod i tragických
omylů, že rostliny mu mohou sloužit nejen jako potrava, ale že mnohé z nich jsou vhodné i na
léčení nemocí, jiné zase škodí zdraví, jsou jedovaté. Rostlinami používaným pro léčení i
rituální obřady se zabývali šamanové. Tak se vedle rostlin konzumovaných jako složka
potravy začíná vytvářet skupina léčivých rostlin. Ty se v prvobytně pospolné společnosti
používaly nezpracované a při podání se vycházelo výlučně z empirických poznatků. Staří
Sumerové, Babyloňané a Asyřané poznali celou řadu takových rostlin. Historický EBERSŮV
PAPYRUS (1500 let př. n. l.) obsahuje rovněž recepty s léčivými rostlinami, užívanými při
ranhojičství.
V otrokářské a feudální společenské formaci dochází již ke zpracování léčivých rostlin.
Opět na bázi empirie jsou používány pouze ty části rostlin, které vykazují požadovaný účinek.
Původ i terapeutický účinek léčivých rostlin je zahalen tajemstvím, co vedlo k víře, že se
jedná o „dar nadpřirozené bytosti“. Léčivé rostliny a jejich účinky budily dojem zázraku a
9
kolem nich se vytvořily zvláštní kasty lidí, kteří prostřednictvím magických obřadů přinášeli
pro jejich léčebné působení oběti a kteří současně o nich měli hlubší znalosti. Vliv magiky a
tajemství doprovázel poznatky o přírodě včetně léčitelství během celého starověku až do
pozdního středověku a lze se s ním setkat v podvědomí některých lidí i v současnosti.
Starověké lékařství bylo plně závislé na přírodních léčivech, a proto lze říci, že kořeny
farmakognozie sahají tak hluboko, jako lékařství samo. Základ vědečtějšího poznávání
léčivých rostlin v Evropě položili Řekové a Římané. DÉMOKRITOS (5. st. př. n. l.) sestavil
první antický výčet léčivých bylin. Čerpal přitom z egyptských pramenů. Ve druhé polovině
5. století př. n. l. rozvíjí svou činnost lékařská škola HIPPOKRATA; proti spekulaci stavěla
empirii a teoretické závěry ověřovala pozorováním. Nemoci vysvětlovala přirozenými
příčinami a soudila, že i terapie se musí zakládat na přirozených prostředcích. Ve druhé
polovině 4. st. př. n. l. položil THEOFRASTOS základy systematické botaniky a PLÍNIUS (1.
st. n. l.) v díle o přírodních vědách uvádí asi 1000 léčivých rostlin. Přibližně v téže době
DIOSKÚRIDÉS, nejvýznamnější spisovatel antiky v oblasti léčivých rostlin, popsal v práci
„De materia medica“ více než 500 drog; současně popsal způsoby sušení, zpracování a
možnosti falšování. Toto dílo bylo 15 století autoritou v botanice a v medicíně. Ve 2. století
vybudoval GALÉNOS jednotnou lékařskou soustavu a dal tak lékařství pevný základ.
Zvláštní místo v jeho předpisech zaujímají léčivé rostliny a přípravky z nich. Jeho jméno se
proto dodnes používá ve farmacii v názvu předmětu galenická farmacie (technologie léčiv) a
na označení lékových forem (galenické přípravky).
Ve středověku dochází ke stagnaci v poznávání účinků léčivých rostlin a ke všeobecné
stagnaci přírodních věd. Důraz se kladl především na rozvoj teologie. V té době se léčivé
rostliny opředly další sítí pověr a bájí.
V období ranného feudalismu vznikají kláštery, které přebírají úlohu prohlubování
znalostí o léčivých účincích rostlin. V klášterních zahradách se začínají pěstovat léčivé byliny
(šalvěj, máta, routa, fenykl) a mnichové současně poskytují léčitelskou péči.
Poznávání léčivých účinků rostlin se v té době intenzivně rozvíjelo v muslimské části
světa. V 9. století se zakládají „arabské domy moudrosti“, kde se zdokonalují destilační
pochody, a začíná se vyrábět alkohol, který se pak dlouho užívá jako antiseptikum.
AVICENA, MESUE, AVENZOAR A IBN BEITHAR byli na svou dobu nejen výborní
lékaři, ale též znalci léčivých rostlin.
10
Rozšiřování znalostí o léčivých rostlinách urychlil objev knihtisku (Gutenberg r. 1436).
Začaly se vydávat herbáře, později ilustrované, které rozšířily vědomosti a umožnily tradiční
používání léčivých rostlin. Mezi nejznámější patří bylinář L. FUCHSE, vybavený popisy a
proslulými obrazy rostlin. U nás je známý herbář P. MATTIOLIHO z r. 1554, který po
překladu do češtiny a úpravě vydal r. 1562 TADEÁŠ HÁJEK Z HÁJKU. V r. 1592 vydal A.
ZALUŽANSKÝ v Praze „Methodi herbariae libri tres“, kde se při popisu rostlin pokouší o
určování pohlavnosti rostlin. Práce je pokrokem proti dosavadním lékařským rostlinopisům.
Herbáře ovlivnily užívání léčivých rostlin, které se částečně zpracovávaly sušením, nebo
zušlechťovaly extrakcí. Jejich používání však stále postrádalo jakéhokoliv racionálnějšího
zdůvodnění. Nové myšlenkové proudy v období renesance se projevily i v používání léčivých
rostlin, kde se poprvé počaly objevovat snahy o sledování souvislostí mezi léčivým účinkem a
přítomností určité konkrétní látky v rostlině. Na přelomu 15. a 16. století hlásal
PARACELSUS, že ne celá rostlina, ale látky v ní obsažené jsou vlastními účinnými principy.
Jako brzda dalšího vývoje se projevily tehdejší výrobní vztahy. Určité pokroky chemické
pracovní techniky, dosažené již v éře alchymistů, byly nasměrovány zájmem panovníků
k pokusům o přípravu zlata, kamene mudrců a elixíru mládí, o co lidstvo marně usiluje
dodnes.
17. století nepřineslo nové zásadní poznatky do oblasti léčiv. Významné je objevem
mikroskopu, jehož základem byly čočky. Mikroskopická technika se postupně zdokonaluje a
umožňuje výzkum četných přírodních objektů. Vytvářejí se experimentální metody přírodních
věd. Dochází rovněž k zvědečtění chemie a zavedení flogistonové teorie. Je poznán velký a
malý krevní oběh, v krvi objeveny červené krvinky a stanoven svalový charakter srdce.
Vycházejí první vědecké časopisy.
Do tohoto období spadá práce brněnského rodáka Jiřího Josefa Kamela (1661 – 1706),
„coadjutora“ a řeholního bratra jezuitského řádu. Po cestě s jezuitskými misionáři 1687-1689
na Filipíny, se usadil v Manile, kde založil lékárnu a botanickou zahradu. Evropská léčiva
doplňoval domácími léčivými rostlinami, jejichž účinky zkoumal. Působil též jako ošetřovatel
nemocných v kolejním lazaretu, byl znám charitativní činností. Sbíral místní rostliny a
sestavoval herbáře, studoval živočichy, pořizoval jejich kresby a detailní popisy. Pokusil se o
systematickou klasifikaci rostlin. Je jediným naším systematikem předlinnéovského údobí.
Všechny rostliny dělil na tři třídy, zásadně podle habitu: Plantae humiles – byliny; Arbores et
Frutices – dřeviny; Plantae Scandentes – liany. Svou badatelskou a objevitelskou činností
obohatil významně soudobé poznatky botanické, zoologické i farmaceutické a zařadil se tak k
11
budovatelům moderní přírodovědy 17. století. Carl Linné v uznání jeho vědeckých zásluh
vymezil v čeledi Theaceae rod Camellia; Thea japonica seu chinensis dostala název Camellia
thea (syn. Camellia sinensis). Farmaceutická fakulta VFU Brno dala zhotovit pamětní medaili
J. J. Kamela, kterou připomíná tohoto významného brněnského misionáře a lékárníka.
Zásadní obrat v poznání léčiv přineslo osvícenství a jím inspirovaný rozvoj všech věd.
Zdokonalení mikroskopu umožnilo studovat stavbu rostlinných pletiv a orgánů, což přispělo
k rozvoji botaniky – rostlinné anatomie a morfologie, které pak umožnily jednotlivé rostliny
určovat a zařazovat do botanického systému s daleko větší přesností, než bylo do té doby
obvyklé.
Carl Linné (23. 5. 1707 - 10. 1. 1778), švédský přírodovědec, založil botanickou a
zoologickou systematiku. V díle Systema naturae (Soustava přírody, 1735) popsal všechny
tehdy známé organizmy krátkou latinskou charakteristikou a označil je dvojslovnými názvy,
tj. rodovým a druhovým jménem (tzv. binomická nomenklatura), z nichž většina platí dodnes.
Vytvořil pojem druh jako základ přirozené soustavy organizmů. Z hlediska farmakognozie
bylo významné zjištění W. WITHERINGA, který r. 1785 popsal léčebné schopnosti
náprstníku při některých chorobách srdce.
V kapitalistické společenské formaci dochází k renesanci drog a současně k prvním
izolacím účinných látek přírodního původu. Z celé řady badatelů si připomeňme významné
lékárníky, Němce SERTÜRNERA, objevitele morfinu a Francouze PELLETIERA a
CAVENTOUA, objevitele chininu. Přibližně ve 30. letech 19. století se začíná chemické
studium organických látek, úzce navazující na WÖHLEROVU syntézu močoviny. Po izolaci
celé řady přírodních léčiv nastupuje syntéza jako reprodukce a později jako vědomá obměna.
Celé 19. století je charakteristické rozvojem vědeckých institucí, vydávajících specializované
vědecké časopisy.
Vyhraněná představa o farmakognozii se formovala koncem 18. a začátkem 19. století.
Původně ze souhrnu botanických, zoologických a mineralogických znalostí a zkušeností
v tomto údobí se farmacie na základě stavu vývoje vědeckých poznatků rozdělila na
farmaceutickou chemii, galenickou farmacii, farmakologii a na farmakognozii. S označením
discipliny – FARMAKOGNOZIE – se setkáváme r. 1815, její první pojmenování je v malém
spisu SEYDLERA „Analecta Pharmacognostica“. Označení „farmakognozie“ je odvozeno
z řeckých slov „pharmakon“ = lék, jed a „gignoskó“ = poznávati. V r. 1825 definoval
MARTIUS farmakognozii jako „vědu, která zkoumá léčiva pocházející z třech říší přírody, tj.
12
z rostlinné, živočišné a minerální, přešetřuje jejich původ a kvalitu a zkoumá jejich čistotu a
všímá si záměny a falšování drog“.
Na tom, že farmakognozie byla uznána jako samostatná věda, měl rozhodující zásluhu
švýcarský profesor ALEXANDR TSCHIRCH. Na našich vysokých školách se o to zasloužil
profesor EDUARD SKARNITZL.
Farmakognozie z úzkého zbožíznalství v minulém století se obohatila na začátku 20.
století o morfologii a anatomii drog používaných k léčebným účelům. Posuzování drog na
základě těchto znaků a pomocí smyslových zkoušek sloužilo k identifikaci komerčního
drogového zboží a na odlišení změn a falšování. Na základě výsledků fytochemického
výzkumu bylo zřejmé, že pro terapeutickou hodnotu drog nestačí posoudit jejich vzhled, ale
rozhodující je především množství obsahových biologicky aktivních látek. Proto se
zintenzivňuje snaha o jejich izolaci a identifikaci. To bylo umožněno zavedením řady nových
chemických a fyzikálně chemických metod do výzkumu po roce 1950. Z nich zvláště metody
chromatografické a spektrální umožnily nejen účinné dělení a získávání látek v čistém stavu,
což bylo dříve velmi zdlouhavé a pracné, často dokonce vůbec neproveditelné, ale i rychlou a
spolehlivou identifikaci izolovaných individuí. Ve výzkumu přírodních látek platí více než
jinde, že pokrok vědy je podmíněn pokrokem metodiky.
Stručný historický vývoj farmakognozie dokumentuje, že poznání přírody se uskutečňuje
ve složitém procesu postupného, stále hlubšího pronikání k podstatě přírodních jevů a
zákonitostí a že toto poznávání není izolováno od ostatních činností, zejména pak široce
chápané praxe. Úroveň poznání v určitých etapách vývoje bývá obvykle spojována se jmény
významných vědců. Třeba si však uvědomit, že proces poznávání není výhradním dílem
výjimečných jedinců, ale rozsáhlé skupiny anonymních nebo rychle zapomínaných badatelů.
Vývoj farmakognozie dokazuje, že jednotlivé poznatky a objevy jsou integrální součástí
dlouhodobého historického procesu.
1.3.1 Úkoly farmakognozie v současnosti
Úkoly současné farmakognozie lze rozdělit do dvou poloh, ve kterých se realizuje.
a) Jako součásti vysokoškolského farmaceutického studia je úkolem farmakognozie dát
posluchačům celý komplex odborných informací, které vyústí u absolventů fakulty
v schopnost samostatné vědecké orientace v oblasti přírodních léčiv a v praktické využití
vědomostí k prospěchu pacientů.
13
b) V oblasti výzkumu vychází farmakognozie z aktuálních společenských potřeb a
požadavků farmaceutického průmyslu. Její současné úkoly lze stručně definovat
následovně:
 získávání a uspořádávání všech poznatků o přírodních léčivech. Sem patří izolace
přírodních látek s výraznými biologickými účinky, určení jejich struktury a hledání
biotechnologických postupů na jejich přípravu nebo na přípravu jejich syntetických
analogů; dále sem patří studium biosyntézy aktivních látek a jejích regulačních
mechanizmů, hledání možností jejich ovlivnění, a konečně anatomické hodnocení
fytochemicky zkoumaných rostlinných druhů, se zřetelem na histochemii.
 studium produkce terapeuticky významných látek buněčnými kulturami a možnost
jejich využití při pokusech zaměřených na biotransformaci.
 vyhledávání domácích rostlinných zdrojů přírodních léčiv.
 u vybraných druhů rostlin zjišťovat faktory pěstování a šlechtění, vedoucí ke zvýšení
obsahu účinných látek.
 organizace a podíl na řízení produkce drog, jejich zpracování, uchovávání a zkoušení.
14
2 PŘÍRODNÍ LÉČIVA A SUROVINY PRO JEJICH PŘÍPRAVU
Přírodní léčiva jsou produkty metabolismu rostlin a živočichů, používané k léčbě nebo
prevenci chorob.
Léčivá rostlina je taková rostlina, které se používá buď celé, nebo jejích částí v různých
formách buď přímo k léčení chorob, nebo jako suroviny k přípravě léčiv. Jen zcela výjimečně
se v terapii používají léčivé rostliny, jejich části nebo produkty čerstvé.
Droga je usušená, případně jinak konzervovaná, upravená nebo neupravená rostlina
(živočich), častěji její orgán nebo část, případně produkt, sloužící k výrobě léčiv nebo
technicky důležitých látek, anebo přímo používaných k léčivým, technickým, nebo jiným
účelům.
Zatímco dříve převládalo přímé použití drog nebo z nich zhotovených přípravků
(extraktů, tinktur), používají se dnes převážně izolované čisté látky a drogy samotné se stávají
nezbytnou surovinou k jejich přípravě.
15
V morfologicky diferencovaných rostlinách je rozdílná chemická skladba v jednotlivých
orgánech a bývá pravidlem, že terapeuticky působící látka v některém z nich převažuje.
Z toho plyne účelnost a nutnost sběru určitých rostlinných částí – partes usuales (např.
semeno, plod, květ, list, nať, kůra, dřevo, oddenek, kořen), a to v době, kdy obsahují
maximum účinné látky. Jindy může být drogou celá rostlina (stélky lišejníku, jednobuněčné
kvasinky), případně rostlinné produkty (škroby, gumy, slizy, pryskyřice), nebo rostlinné
produkty získané z pletiv lisováním, destilací, a jinými způsoby (silice, oleje).
Názvosloví drog je obvykle binomické, podobně jako botanické názvosloví. Prvé slovo
vyjadřuje rod, ke kterému matečná rostlina patří (Malvae folium, Strychni semen, Stramonii
folium) a píše se s velkým začátečním písmenem. Uvádí se v genitivu. Druhé slovo vyjadřuje
název orgánu a píše se s malým začátečním písmenem. Uvádí se v singuláru. Až v definici
drogy je matečná rostlina upřesněna, tzn. je zde řečeno, který druh, případně druhy určitého
rodu drogu poskytují (Malva silvestria L., Malva neglecta WALLR.). Názvy některých drog
se z uvedeného pravidla vymykají. Některé jsou tvořeny jen jedním slovem (Lycopodium,
Lupulinum), jiné mají názvy tradiční, kdy první slovo není v souladu se současným názvem
rostliny (Liquiritiae radix). Názvy silic, olejů a škrobů se tvoří výše uvedeným způsobem,
např. Anisi etheroleum – anýzová silice, Olivae oleum – olivový olej, nebo Solani amylum –
bramborový škrob. Dřívější označení mají balzámy, např. Balsamum peruvianum – peruánský
balzám.
2.1 Rozdělení drog
2.1.1 Klasifikace podle původu:
Podle původu rozdělujeme drogy na:
- rostlinné (vegetabilní), kterých je převážná většina
- živočišné (animální), které jsou méně časté. I ty jsou tvořeny buď celými živočichy (hmyz),
nebo některými živočišnými orgány (žlázami) nebo produkty (vosky, živočišné tuky aj.).
V současnosti patří mezi nejvýznamnější léčiva animálního původu některé hormony a
enzymy, které se získávají izolací z čerstvých orgánů nebo produktů živočichů.
Podle struktury rozdělujeme drogy na:
16
- drogy se strukturou organizovanou – sem patří většina drog rostlinného a částečně
živočišného původu vykazující stavbu buněčnou, od jednobuněčných až po drogy tvořené
velikými soubory pletiv v konstantním sledu (Lupulinum, Lichen islandicus, Belladonnae
radix).
- drogy amorfní - což jsou různé rostlinné a živočišné produkty bez stavby buněčné.
V rostlinném a živočišném těle se tvoří jako přirozené – fyziologické produkty (Resina
mastix), nebo jako chorobné – patologické produkty po násilném zásahu do normálního života
rostliny (Balsamum peruvianum). Mezi amorfní drogy řadíme také látky získané z rostlinných
a živočišných surovin destilací, tavením, lisováním, extrakcí, zahuštěním apod. (Menthae
etheroleum, Adeps suillus, Cacao oleum, Chrysarobinum, Liquiritiae succus).
2.1.2 Klasifikace podle způsobu použití
Podle způsobu použití dělíme drogy na:
- léčivé, které slouží k izolaci účinných látek, nebo k přípravě léčivých přípravků (extrakty,
tinktury), případně přímo k léčení. Podle intenzity fyziologického účinku se dělí léčivé drogy
na jedovaté a nejedovaté, avšak určit přesnou hranici mezi oběma skupinami je obtížné,
protože toxicita závisí v převážné míře na použitých dávkách.
- užitkové. K technickým účelům se používají např. pryskyřice, oleje (výroba barev a tmelů),
drogy tříslovinné (koželužství). V potravinářství se používají drogy s obsahem silic,
stomachik a cholagog, v kosmetice a parfumerii se upotřebují čisté silice resp. jejich podíly,
dále tuky, oleje a vosky.
Rostlinná léčiva lze dále podle způsobu použití rozdělit do dvou skupin:
a) léčiva založená na chemicky čistých látkách, získaných izolací z vyšších rostlin a
hub. Tato forma přírodních léčiv v současnosti převládá. Umožňuje dosažení rychlého účinku,
exaktní dávkování a standardnost.
b) léčiva, jejichž základem jsou vegetabilní drogy, extrakty nebo komplexy čistých
látek. Tyto nacházejí uplatnění i v dnešní době v následujících případech:
- pokud mají příznivější účinek než čisté látky, zejména pro obsah koefektorů, tj. látek
přítomných v rostlině často v nepatrných kvantech, nesnadno izolovatelných, které působení
17
hlavního nositele účinku zvyšují (např. léčiva ze skupiny anthrachinonových laxativ, siličných
karminativ, antiseptických silic).
- je-li příprava čisté látky neekonomická nebo technologicky obtížně zvládnutelná (např.
saponinová diuretika a expektorancia, hořčiny).
- není-li dosud identifikovaná účinná látka a zvládnuta její izolace, resp. syntetizován
chemický analog.
- jde-li o dosažení pomalu nastupujícího a prodlouženého účinku (Belladonnae extractum
místo čistého alkaloidu, komplex glykosidů z Digitalis místo čistého digoxinu, extract
z guarany oproti aplikaci kofeinu).
Vlastní produkce drog je velmi složitá. Je třeba vyhledat dostatečné zdroje surovin a
navrhnout a připravit jejich racionální a efektivní využití. Ve spolupráci se zemědělskými
odborníky se zavádí pěstování vhodných vysoce výnosných odrůd léčivých rostlin, zajišťují
správné postupy jejich sklizně a zabezpečuje se úprava drog, jejich skladování a kontrola
jakosti.
Na těchto úkolech se kromě farmaceutů podílejí sběrači a drobní pěstitelé. Rozhodujícím
činitelem pro produkci rostlinných drog se stává zemědělská velkovýroba. Protože tyto práce
často přesahují rámec zdravotnictví, jsou v zájmu koordinace činnosti jednotlivých složek
státních orgánů a společenských organizací řízeny při Ministerstvu zdravotnictví ČR
Ústředním poradním sborem pro léčivé rostliny.
18
3 ZDROJE PŘÍRODNÍCH LÉČIV
3.1 Rostlinné zdroje
Zdrojem převážné většiny přírodních léčiv jsou vyšší rostliny a houby. Podle současných
vědomostí existuje asi 250 000 druhů vyšších rostlin, přibližně v 300 čeledích a 10 500
rodech. Odhaduje se, že i přes velmi rychle se rozšiřující fytochemická bádání a četnou
literaturu, přinášející stále nové údaje o obsahových látkách rostlin, bylo dosud prozkoumáno
jenom 40 až 45 % zemské flory. Pochopitelně není možné zkoušet jeden rostlinný druh
po druhém, neboť naše prostředky nejsou takové, aby stačily na systematické zhodnocení celé
bohatosti naší flory. Je nutno použít určitých vodítek, jako je příbuznost rostlin, dávající
určitou naději na výskyt stejných nebo podobných látek, ověřování starých empirických
zkušeností, v nichž může být obsaženo racionální jádro, náhodně zjištěný silný fyziologický
účinek některých rostlin nebo hledání vlastních surovinových zdrojů mezi rostlinami, o nichž
je známo, že žádanou látku obsahují. K tomu pak přistupují otázky spojené s pěstováním a
šlechtěním.
Přehled léčivých rostlin a z nich získaných léčiv, uvedených v lékopisech a seznamech
hromadně vyráběných léčivých přípravků, dokumentuje široký časový úsek v jejich
používání. Některé se udržely od dob Řeků a Římanů (zvláště rostliny siličné a používané
jako kořeniny), pro současnost stále aktuální a významný zdroj léčiv ovlivňujících srdeční
činnost – Digitalis byl zaveden do terapie koncem 18. století. Jiná farmakologicky aktivní
léčiva, např. Cinchona (chinin) nebo Cephaelis ipecacuanha (emetin) byla důsledkem
zvýšeného cestování a koloniálních expanzí. Některé další rostliny, např. Rauwolfia, byly
velmi dlouho používané v lidové medicíně, ale do oficiální terapie se dostaly jejich obsahové
látky (reserpin) relativně pozdě. A nakonec v polovině minulého století objevené obsahové
látky vysoké terapeutické hodnoty, např. vinblastin a vinkristin z Catharanthus roseus, nebo
polosyntetické produkty, např. steroidní hormony, pro jejichž přípravu slouží jako výchozí
materiál přírodní látky. Aktuálně lze zmínit např. artemisinin jako terapeutikum malárie
založené na znalostech tradiční čínské medicíny. Ze současnosti lze uvést také skupinu
přírodních látek, které vykazují významné kancerostatické účinky.
19
Z hlediska systematické botaniky pochází převážná většina přírodních léčiv z rostlin
semenných (Spermatophyta). V rámci tohoto oddělení je počet druhů poskytujících léčiva
nerovnoměrně rozdělen mezi dvě pododdělení:
nahosemenné (Gymnospermae), které produkují zejména některé silice pryskyřice a
alkaloid efedrin, a
krytosemenné (Angiospermae), které se dále dělí na jednoděložné (Monocotyledonae) a
dvouděložné (Dicotyledonae), které produkují převážnou většinu přírodních léčiv, což platí
zvláště o dvouděložných rostlinách. Z rostlin stélkatých (Thallophyta) představují významnou
skupinu houby (Fungi), produkující nejen velký počet důležitých antibiotik, ale používaných
ve farmacii v řadě dalších oblastí (mikrobiální přeměny cukrů, steroidů a terpenů, nebo jako
producenti zdrojů bohatých na vitaminy a proteiny).
Řasy (Algae) jsou zdrojem omezeného počtu drog (agar, alginová kyselina), ale lze
očekávat, že v budoucnu se farmakologické vlastnosti této velké skupiny vodních rostlin
prozkoumají a využijí. Lišejníky (Lichenes) se až na výjimky v medicíně nepoužívají, i když
mnohé z nich vykazují slabé antibakteriální účinky. Mechy (Bryophyta) se prakticky
nevyužívají.
Z rostlin cévnatých (Cormophyta) se z kapraďorostů (Pteridophyta) užívá zřídka
Lycopodium a některé druhy rodu Equisetum a Dryopteris.
3.2 Živočišné zdroje
Živočišné zdroje skýtají jednak tradiční farmaceutické látky jako je želatina, vosk z ovčí
vlny, včelí vosk a košenila, větší význam však mají jako zdroje hormonů, enzymů, vitaminů a
sér. Surovinami pro jejich izolaci jsou živočišné orgány – žlázy poraženého dobytka
(nejčastěji hovězího a vepřového, méně z ovcí a koní), které se ihned po vyjmutí
zpracovávají. V opačném případě se konzervují zmrazením až do doby zpracování.
K přípravě některých léčiv se používají živočišné produkty a mezi významná léčiva patří
antitoxické globuliny lidského či zvířecího původu a krevní deriváty, připravené z různých
frakcí lidské krve.
20
3.3 Moře jako zdroj léčiv
Tak jak se staly pozemní zdroje člověku prostředkem k naplňování jeho potřeb, tak bude
postupně využívat i moře, zvláště vzhledem k tomu, že pokrývá okolo tří čtvrtin zemského
povrchu, čímž je dána jeho obrovská kapacita. Hlavní důraz je zaměřen na produkci potravy.
Takový výzkum je nutně multidisciplinární a zahrnuje rovněž zdroje nových léčiv a ostatních
farmakologicky zajímavých sloučenin.
Dřívější obyvatelé Řecka, Japonska, Číny a Indie využívali mořské prostředky jako
zdroje léčiv. V současné medicíně se používají agar, alginová kyselina, carragen, protamin
sulfát, vorvaňovina (Cetaceum) a rybí tuk z jater tresek a platýzů.
Většina "mořského výzkumu" je na vzestupu a publikované zprávy oznamují výsledky
biologického skríningu surových extraktů či frakcí, získaných z mořské flory i fauny. Mořský
výzkum má některé specifické problémy, které souvisejí se sběrem pokusného materiálu, jeho
identifikací a konzervací, dále s prostředím, kde se sběr provádí a které se značně mění nejen
během ročních období, ale i během dne a které je vystavené stále většímu znečišťování.
Mořský výzkum, kterému je připisován mimořádný význam, je prováděn ve zvláštních
ústavech a laboratořích pro tento účel vytvořených. Podle literárních pramenů se výzkum
soustřeďuje na látky ovlivňující centrální nervový systém, kardiovaskulární systém a s účinky
antimikrobiálními, antivirovými a kancerostatickými.
3.4 Buněčné kultury jako zdroje léčiv
Z pletiv různých částí rostlin lze odvodit kalusové kultury tvořené nediferencovanou
masou buněk rostoucích na polotuhém mediu, nebo kultury buněčné, rostoucí
v kontrolovaných, tekutých, sterilních půdách. Udržování takových kultur vyžaduje dodávání
potřebných anorganických i organických živin, včetně růstových faktorů. V případě
buněčných "submersních" kultur je žádoucí aerace, samozřejmě při zachování sterility
živného prostředí.
Přestože buňky v buněčných kulturách nejsou diferencované, obsahují všechny genetické
informace přítomné v buňkách intaktní rostliny. Vhodným měněním nebo kombinací
21
růstových látek lze donutit buňky k diferenciaci, tj. k tvorbě kořenů, výhonků a nakonec
kompletních rostlin, schopných všech životních funkcí.
Genetické informace řídící tvorbu sekundárních metabolitů jsou rovněž přítomny
v nediferencovaných buňkách, a když se je podaří zaktivizovat, lze zaznamenat produkci
některých látek. V posledních desetiletích probíhá intenzivní studium zaměřené na možnost
využití buněčných kultur jako producentů léčiv. Buněčné kultury pěstované ve sterilních,
definovaných podmínkách, nepodléhají vlivům negativních exogenních faktorů jako
"klasicky" pěstované rostliny, nejsou ovlivňovány ročním obdobím a nejsou napadány škůdci.
Přes uvedené přednosti a enormní snahu řady vědců nutno konstatovat, že byla popsána
produkce celé řady významných léčiv buněčnými kulturami, ale v množstvích převážně
stopových. Předpokládalo se, že buňky vyšších rostlin budou schopny produkovat metabolity,
podobně jako houby produkují antibiotika. Tento předpoklad se však nesplnil. Problém bude
zřejmě v tom, že dělící se buňka, jak je přítomna v kultuře, je biochemicky a morfologicky
nediferencovaná a neprodukuje sekundární metabolity vůbec. Toto zjištění je v souladu
s poznatky o fyziologii rostliny jako celku, kdy buňky aktivních meristémů (dělivá pletiva)
sekundární metabolity zpravidla neobsahují, a ty se objevují až v buňkách morfologicky
diferencovaných (hlavně vakuolizovaných) a biochemicky modifikovaných. Kromě dělících
se buněk jsou ostatní buňky v buněčné kultuře schopné vakuolizovat, co je významné
z hlediska ukládání sekundárních metabolitů (opět analogie s intaktní rostlinou). Z uvedeného
vyplývá, že přítomnost malých množství sekundárních metabolitů v buněčných kulturách lze
vysvětlit diferenciací části buněk, které ovšem pozbyly schopnost dále se dělit a růst. Ani
podání vhodných prekurzorů ke studovaným buněčným kulturám nepřineslo zvýšení
produkce sekundárních metabolitů, co opět demonstruje skutečnost, že dělící se buňky v
submersních kulturách nejsou dostatečně biochemicky diferencované, aby mohly nabízené
prekurzory utilizovat.
Možnosti využití buněčných kultur jako producentů přírodních léčiv jsou v současnosti
malé. I přes neúspěchy je potřebné ve studiu buněčných kultur pokračovat a snažit se
o poznání mechanizmů, které uvádějí v činnost genetické informace ovlivňující tvorbu
sekundárních metabolitů. Kromě toho nabízejí buněčné kultury další možnosti biologického
studia. Jde o perspektivní směr výzkumu, zřejmě však vyžadující studium na molekulární
úrovni za spoluúčasti genetiky a biofyziky.
Příklady vybraných sekundárních metabolitů produkovaných buněčnými kulturami:
22
Shikonin (naftochinon), Lithospermum erythrorhizon Siebold & Zucc.
Nikotin (alkaloid), Nicotiana sp.
Ubichinon (benzochinon), Nicotiana sp.
Taxol (diterpenický alkaloid) Taxus brevifolia Nutt.
Berberin (alkaloid), Coptis japonica (Thunb.) Makino
23
4 METODOLOGIE FARMAKOGNOZIE
Každý vědní obor má metody, kterými poznává a studuje předmět svého zájmu.
Farmakognozie integruje a využívá metodiky z oblasti všeobecných přírodovědných disciplin
a ve výzkumné činnosti úzce spolupracuje s farmakology. Jejím specifickým znakem je to, že
přírodní látky vidí ve vztahu k jejich interakci se živou hmotou. Ve farmakognozii se
uplatňují:
4.1 Metody vyšetřovací
Do této skupiny se zařazují makroskopický popis charakteristických morfologických
znaků a organoleptické zkoušky, dále mikroskopická analýza podávající popis anatomické
struktury a konečně správné určení a systematické zařazení studovaného materiálu,
vycházející z výsledků předcházejících pozorování.
Při použití těchto metod se uplatní znalost morfologických znaků, tj. postavení, tvaru a
stavby jednotlivých rostlinných orgánů. Tyto znaky jsou někdy typické pro celé rostlinné
čeledě nebo rody, ale lze podle nich většinou bezpečně určit i jednotlivé druhy. Bezpečně se
tyto znaky posoudí při laboratorních identifikačních zkouškách po regeneraci příslušné
rostlinné části po namočení ve vodě. Při určitých zkušenostech postačí znalost
morfologických znaků i k identifikaci drogy řezané, zvláště v kombinaci s organoleptickými
zkouškami. Charakteristické znaky jsou kromě barvy povrchu i vnitřku nebo lomu
podzemních orgánů, u listů tvar okrajů, stavba žilnatiny, tvar a délka řapíku, tvar a tloušťka
čepele, množství a tvar trichomů a další. Pro některé drogy je typický charakteristický zápach,
který může v některých případech poukázat na znehodnocení drogy. Chuť ulehčí
identifikování drog obsahujících látky charakteristicky chutnající, jako např. hořčiny, slizy,
třísloviny, silice nebo oleje. Pomocí chuti se některé drogy hodnotí kvantitativně (drogy
s obsahem hořčin).
Mikroskopem se pozoruje anatomická stavba rostlinných orgánů a tvar jejich pletiv.
Typické znaky se objevují jak na povrchu částí drog (tvar pokožkových buněk, odění), tak
na řezu drogou, ale i v drogách práškovitých. U práškovaných a práškovitých drog
identického chemického složení (listové drogy s obsahem tropanových alkaloidů, listové
24
drogy rodu Malva s obsahem slizů, skupina škrobů) je mikroskopie často jediný možný
způsob jejich vzájemného rozlišení.
Na základě výše popsaných způsobů se droga identifikuje, určí se její matečná rostlina a
čeleď. V případě zájmu o studium obsahových látek "nových", dosud neprobádaných rostlin,
jejichž identifikace není jednoznačná, třeba kategoricky požadovat spolupráci se
systematickými botaniky, za účelem správného určení pokusného materiálu. Je to nejenom
jeden z faktorů zajišťujících reprodukovatelnost výsledků, ale zcela logicky i první článek
výzkumné činnosti v oblasti fytochemie.
4.2 Metody hodnotící
K nim patří důkaz obsahových látek a stanovení jejich obsahu v droze. K důkazu
obsahových látek se používají metody fyzikální (mikrosublimace, fluorescence,
chromatografie), metody biologické (hemolytická aktivita, aglutinační účinek) a metody
chemické (barevné a srážecí reakce po předchozí extrakci dokazovaných látek). V některých
případech lze důkaz provádět histochemicky, kdy po přidání činidla k mikroskopickému
preparátu drogy dochází k charakteristickému zbarvení obsahu buněk, ve kterých jsou
přítomné hledané látky.
Stanovení obsahu účinných látek v drogách se provádí buď přímo, nebo se nepřímo
zjišťuje jejich množství nebo terapeutická hodnota drogy. Používají se k tomu různé fyzikální,
chemické a biologické metody, jejichž výběr se řídí povahou stanovované látky. Jsou to
převážně běžné analytické metody používané všeobecně ke stanovování organických látek.
Biologické metody se používají tam, kde chemické stanovení nedá požadovaný údaj
o účinnosti drogy (adstringentní účinek tříslovin), nebo kde obsahové látky většinou větší
molekulové hmotnosti se stanovují chemickými metodami obtížně (saponiny), případně tam,
kde jeden typ biologického účinku je dán celou skupinou strukturně zcela odlišných látek
(hořčiny).
Z rámce uvedených metod se vymyká "Stanovení extraktivních látek", které se používá
tam, kde jde o celý komplex účinných látek v droze, nebo tam, kde dosud není nositel účinku
znám nebo zatím neexistuje vhodná metoda k jinému stanovení.
25
4.3 Metody užívané při výzkumu přírodních léčiv
Současný výzkum přírodních léčiv se zaměřuje na získání čistých, terapeuticky účinných
látek. Mezi používané metody patří ve vzájemné následnosti: předběžné zkoušky biologické
aktivity (má význam pro výběr materiálu k dalšímu zpracování), dále extrakce, separace a
izolace obsahových látek z pokusného materiálu, detekce izolátů, jejich charakteristika a
identifikace a konečně stanovení biologické aktivity jednotlivých čistých látek (provádí se ve
specializovaných biologických a farmakologických pracovištích). Mezi výzkumné metody
farmakognozie patří rovněž studium mechanizmu tvorby účinných látek v rostlinách.
Předběžné zkoušky biologické aktivity se dělají v souvislosti s potřebami současné
medicíny. Hledají se především látky vykazující cytostatickou, antihypertonickou,
antiarytmickou, antiflogistickou, antimikrobiální, antifungální a antivirovou aktivitu. Existují
laboratoře i celé ústavy, zaměřené na vybranou skupinu látek s určitým farmakodynamickým
působením. Účelem předběžných zkoušek (na základě spolehlivé metodiky) je vybrat
pro další výzkum z ohromného množství flory jenom ty zástupce (rody, někdy jen druhy),
které vykazují požadované pozitivní účinky. I přes tuto "vstupní filtraci" se mnohdy stane, že
se vezmou do práce rostliny, jejichž obsahové látky byly popsány již dříve u jiných druhů, a
buď se již využívají, nebo pro nežádoucí vedlejší účinky jsou v terapii nebo prevenci
nepoužitelné. Výběr rostlinného materiálu se i přes enormní snahu po efektivnosti, zahrnující
i využití počítačů, stále děje převážně na základě příbuznosti druhů a rodů, hledáním
racionálního jádra ve zdrojích lidového léčitelství a náhodným výběrem, který je navíc
pro některé státy limitován domácí florou. Významnou roli hraje i zkušenost a intuice toho,
kdo určuje směr a předmět výzkumu.
Po výběru materiálu se tento nasbírá v dostatečném množství a zvolí se vhodná metoda,
která umožní oddělení látek aktivních od balastních. Výhodný je případ, kdy aktivní látky lze
z matriálu získat destilací, např. s vodou nebo s vodní parou, nebo krystalizací, když
v roztoku je dostatečné množství sledované látky a tato je ochotna krystalizovat. Uvedené
příklady jsou vzácné a většinou nezbývá nic jiného, než připravit některou z extrakčních
metod výtažek, který obsahuje co nejvíce aktivních látek a co nejméně látek balastních. Výběr
extrakčního činidla se řídí podle rozpustnosti látky, kterou máme získat. Je pravidlem, že
získané extrakty jsou více či méně bohatou směsí rostlinných látek a je třeba je dále dělit.
Za tím účelem se používá dělení směsi roztřepáváním mezi vzájemně se nemísitelná
rozpouštědla a konečně nejpoužívanější metoda k dělení látek – sloupcová chromatografie.
26
Detekce jednotlivých frakcí a v konečné etapě jednotlivých látek se provádí podle charakteru
a znalostí o hledané látce buď biologicky, fyzikálně nebo chemicky. Po získání dostatečného
množství čisté látky se tato charakterizuje zjištěním fyzikálních konstant (teplota tání, optická
aktivita) a v další etapě návrhem a důkazem struktury. Základem pro návrh struktury jsou
výsledky spektrálních měření (spektra hmotová, ultrafialová, infračervená, Ramanova a
jaderná magnetická rezonance). Pro určování konstituce a konfigurace se využívají optická
aktivita, optická rotační disperse, cirkulární dichroismus a dipólový moment. Nedílnou
součástí strukturní analýzy je studium degradačních produktů izolátů. Správnost navržené
struktury se ověřuje syntézou látky a shodou vlastností přírodního a syntetického produktu.
Popsaný postup se uplatňuje přibližně od r. 1950. V posledních letech bylo studium struktury
organických látek zefektivněno využíváním rentgenové strukturní analýzy, která představuje
ve spojení s počítači špičkovou metodu, protože pro určení struktury se vystačí
s miligramovým množstvím látky ve formě monokrystalu. Význam této metody se umocňuje
v případech, kdy se získá z rostlinného materiálu nepatrné množství aktivní látky, která stačí
právě na vyřešení struktury, jíž lze použít jako předlohu pro syntézu. Po získání
požadovaného množství látky se přistoupí k charakterizaci biologické aktivity. To se děje
převážně ve farmakologických a biologických specializovaných pracovištích. Závěrem této
části třeba uvést, že přibližně z deseti tisíc zkoumaných přírodních látek se jedna uplatní jako
léčivo v humánní medicíně.
Metody vyšetřovací a ohodnocovací jsou náplní praktických cvičení, kde se provádějí na
terapeuticky a ekonomicky nejdůležitějších drogách. Metody užívané při výzkumu přírodních
léčiv rovněž pronikají do laboratorních cvičení, avšak vzhledem k časovým možnostem a
materiálové náročnosti se realizují v značně zjednodušeném provedení. Možnost seznámit se s
nimi v plné šíři mají studenti, kteří se na farmaceutických fakultách zapojí do činnosti ústavů
zabývajících se farmakognozií.
4.4 Metody technologie léčivých rostlin
Technologií léčivých rostlin rozumíme jednak všechny postupy používané při získávání
základních materiálů a jejich postupném zpracování v drogy, jednak vlastní technologii drog,
tj. jejich konservaci, třídění, úpravu a uchovávání.
27
Rostlinné materiály získáváme dvojí cestou, a to sběrem rostlin rostoucích volně
v přírodě a pěstováním rostlin v kulturách.
4.4.1 Sběr rostlin divoce rostoucích
Při sběru divoce rostoucích rostlin je bezpodmínečně nutná znalost rostlin, která vyloučí
nebezpečí případné záměny. Sbírají se jen rostliny nebo jejich části dobře vyvinuté,
nepoškozené a neznečištěné, za suchého počasí. Sběr se provádí v době, kdy je obsah
účinných látek nejvyšší. Každý rostlinný druh se ukládá odděleně. Nasbíraný materiál se
nestlačuje a suší se nejčastěji v tenkých vrstvách v proudícím vzduchu při normální teplotě.
Při sběru rostlin obsahujících látky se silným fyziologickým účinkem třeba postupovat zvlášť
opatrně a nesvěřovat ho školní mládeži. Vždy je třeba zachovávat ochranářské zásady, sbírat
šetrně, aby byla zabezpečena další existence příslušných rostlin na lokalitě. Sbírat lze
se souhlasem majitele pozemku, s výjimkou chráněných oblastí, kde se nesmí sbírat žádné
rostlinné druhy. Ve volné přírodě se nesmí sbírat rostliny zákonem chráněné a z rostlin
chráněných částečně se smí sbírat jen jejich nadzemní části, aniž by se poškodily orgány
podzemní.
Získávání rostlinných materiálů sběrem z volné přírody je však stále obtížnější, protože
vyžaduje mnoho lidské práce bez možnosti mechanizace. Obtíže se vyskytují i v souvislosti
se správným sušením nasbíraného materiálu a s jeho dopravou.
4.4.2 Pěstování léčivých rostlin
I když pěstování léčivých rostlin je otázkou zemědělskou, farmakognozie se stále na této
problematice významně podílí, hlavně poskytováním specifických informací o tvorbě
účinných látek, faktorech, které ji ovlivňují a o způsobech zpracování rostlin v kvalitní drogu.
Zemědělská produkce léčivých rostlin má stále větší význam nejen pro naši farmacii
při zajišťování surovinových zdrojů léčiv, ale stává se významným činitelem ekonomickým
z hlediska zahraničního obchodu.
K úspěšnému pěstování jednotlivých druhů léčivých rostlin je třeba jednak shrnout
botanické znalosti o příslušné rostlině, tj. poznatky z její ekologie, biologie a fyziologie,
jednak vyšlechtit výkonné a kvalitní odrůdy a připravit osivo nebo jiný množitelský materiál.
28
Dále je nutné zajistit pozemky s vhodným podnebím a půdou, pro každou rostlinu vypracovat
soubor potřebných agrotechnických postupů, doporučit a v praxi vyzkoušet dobu a způsob
sklizně, případně úpravy sklizených materiálů. Velkoplošné pěstování léčivých rostlin má
řadu výhod. Je to možnost plánování a řízení produkce, možnost řízeného zvyšování kvality
sklizně a hektarových výnosů a ekonomizace výroby využitím mechanizace. V polní produkci
je možno zabezpečit rostlinám co nejvýhodnější podmínky růstu i vývoje, vhodnou výživou
zvyšovat nejen výnosy, ale i obsah důležitých látek, moderními způsoby vymýtit plevele a
ochránit rostliny před nemocemi a škůdci. Řízením doby sklizně a urychlením a automatizací
posklizňové úpravy lze dosáhnout vysokou kvalitu drog. Při pěstování se dosahuje vyšší
homogenita sklizených materiálů.
Při stručném výčtu jednotlivých postupů a faktorů, na které je třeba při pěstování dbát, je
nutno mít na zřeteli jejich komplexní působení a vzájemné ovlivňování.
Každá rostlina vyžaduje určité prostředí, k čemuž je při jejím pěstování nutno přihlédnout
a vybrat takové pozemky, jejichž klima i půda jsou pro ni vhodné. Prvním předpokladem
úspěšného pěstování je proto rajonizace léčivých rostlin u nás pěstovaných, tj. určení oblasti
s nepříznivějšími klimatickými faktory pro jednotlivé rostliny. Klima je určováno teplotou,
množstvím a intenzitou slunečního záření, množstvím dešťových srážek, prouděním vzduchu
a dalšími, méně významnými činiteli.
Neméně důležitý faktor pro pěstování rostlin je půda, a proto je třeba jejímu výběru
věnovat velkou péči. Vhodnými agrotechnickými postupy se půda záměrně zlepšuje. Zásoby
živin v půdě se při pěstování projeví jak na výnosech, tak na kvalitě sklizně, zejména
na obsahu požadovaných látek. Při pěstování léčivých rostlin je nutno zabezpečovat dostatek
živin nejen výběrem půdy, ale i jejím hnojením.
Rozmnožování léčivých rostlin se děje buď generativně, tj. semeny, nebo vegetativně.
Výběr způsobu rozmnožování závisí jednak na biologii pěstované rostliny, jednak
na praktických důvodech. Všeobecnou snahou výzkumníků je vyvinout takové agrotechniky
pro jednotlivé rostlinné druhy, které by dovolovaly pěstování ze semen přímým výsevem na
pole, protože tento způsob je nejekonomičtější. Předpokladem úspěšného pěstování je výběr
správného osiva, tj. osiva vyšlechtěných odrůd, které jsou vhodné pro naše podmínky a
poskytují vysoké výnosy a kvalitní drogy. Tato osiva produkují zvláštní zemědělské závody.
Semena různých rostlin mají různé podmínky klíčení, které je třeba znát a respektovat.
29
Vegetativní rozmnožování léčivých rostlin se děje oddělováním určité části matečné
rostliny, ze které pak vyroste znovu celý jedinec. U některých rostlin je to vhodnější způsob,
u některých dokonce jediný možný (máta peprná). Jednou z výhod tohoto způsobu množení je
to, že všechny rostliny vyprodukované tímto způsobem si podržují vlastnosti rostlin
výchozích. K nejčastějším způsobům vegetativního množení patří rozmnožování výhonky,
výběžky, dělením trsů, řízky, oddenky a puky.
Další práce nastávají pěstitelům po vzejití rostlin. Je to celá řada opatření a postupů, které
směřují k udržení vhodné půdní struktury, k potření plevelů a k ochraně rostlin před škůdci a
nemocemi.
Při sklizni z kultur se mohou uplatnit všechny výhody polní produkce. Může být správně
stanoven termín sklizně, neboť na poli lze snadno průběžně sledovat růst a stupeň zralosti,
případně i množství obsahových látek, a je možno využít všechny možnosti mechanizace
sklizňových prací.
Celá řada sklizených rostlinných materiálů se musí před sušením upravovat. Patří sem
čištění sklizených podzemních orgánů, které se nejednou musí zbavovat i vlasových kořínků
vyčesáním hrubými kartáči neb hřebeny. Některé tlusté kořeny a oddenky se před sušením
rozřezávají nebo zbavují kůry loupáním. K posklizňovým úpravám je možno řadit i
vytřiďování nežádoucích příměsí, jako např. sdrhování listů ze sklizených natí, nebo třídění
strojově sklizeného heřmánku.
4.4.3 Zpracování léčivých rostlin v drogy
Prvním předpokladem získání kvalitní drogy z nasbíraného nebo sklizeného materiálu je
jeho rychlá konzervace, která omezí nebo zastaví rozkladné procesy, ke kterým dochází
v rostlinné části oddělené od matečné rostliny, jako důsledek porušení přirozené metabolické
rovnováhy. Nejvhodnějším a nejekonomičtějším způsobem konzervace léčivých rostlin je
sušení, kterým se zbaví rostlinný materiál vody. Při správném sušení se zachovají všechny
obsahové látky v nezměněném množství a rovněž původní přirozený vzhled rostlinných částí,
což často indikuje kvalitu. Dobře usušené drogy se snadno přepravují a skladují.
Rychlost sušení závisí na teplotě a na relativní vlhkosti vzduchu. Probíhá tím rychleji,
čím je vyšší sušící teplota a čím rychlejší je cirkulace vzduchu nad sušeným materiálem.
30
Vyššími teplotami se jednak urychlí sušení, ale také se zastaví činnost enzymů, které
zpravidla při teplotách nad 50 ºC denaturují. Hranici sušící teploty však určují farmaceuticky
významné obsahové látky. Některé se při vyšší teplotě a za přítomnosti vody v pletivech
snadno rozkládají, jiné těkají nebo se oxidují.
Biochemické pochody ve sklizeném, ještě nekonzervovaném materiálu jsou velmi složité
a v převážné míře rozkladné. Je však znám i opačný případ, kdy po sklizni ještě dochází
k tvorbě žádaných látek, což se označuje jako postmortální biosyntéza (náprstníkové listy).
Sušení léčivých rostlin po sklizni přímo na slunci je většinou nevhodné. Vhodnější je
sušení ve stínu v dobře větratelných prostorech. Rychlost sušení a množství usušeného
materiálu jsou v sušicích prostorách nebo sušárnách odkázaných na přirozené teplo omezeny
nejen plochou, kterou lze pro sušení využít, ale do značné míry i vlivem počasí. Pokud se
léčivé rostliny pěstují ve velkém, je třeba zabezpečit dobré a rychlé usušení materiálů,
zejména z podzimních sklizní pomocí umělého tepla. K tomu se využívá celá řada sušáren
různých typů. Doba sušení je různá a kromě teploty a větrání je závislá na množství a uložení
vody v surovině. Sušící teplota a způsob sušení se volí podle charakteru obsahových látek.
Tak např. siličné rostliny lze sušit jen při nízkých teplotách (do 40 ºC), protože jinak by ztráty
způsobené vytěkáním byly značně velké. Některé rostliny obsahující látky podléhající
hydrolytickému rozkladu (glykosidy) je nutno sušit rychle, nebo z počátku krátkým zahřátím
inaktivovat enzymy a pak teprve sušit při teplotách obvyklých, tzn. v sušárnách při 60-70 ºC.
Po sušení se drogy nechají vychladnout, aby se mohly odstranit difundující zbytky vodní
páry. Balí se drogy dokonale suché.
Některé drogy naopak získávají žádané látky teprve po fermentaci, při které vznikají
činností enzymů. V takovém případě se rostlinný materiál nechává na hromadách zapařit, aby
se urychlil enzymatický proces, a teprve potom se suší.
Vedle sušení existují ještě jiné způsoby konzervace (zmrazování, chemická konzervace,
silážování), které se u nás při produkci drog běžně nepoužívají.
31
4.4.4 Úprava a uchovávání drog
Po usušení se drogy třídí, aby se z nich odstranily nepřípustné části nebo takové příměsi,
které by snižovaly jejich hodnotu. Poté jsou drogy upravovány na jednotnou velikost částic a
homogenizují se, aby každý jejich podíl měl stejnou kvalitu.
Drogy, ze kterých se připravují přímo čajové nápoje nebo které slouží k přípravě
čajových směsí nebo některých dalších léčivých přípravků, se rozřezávají na určitou velikost,
předepsanou lékopisem, v některých případech se používají drogy práškované.
Na zvláštních řezačkách zpracované drogy se upravují na jednotnou velikost částic
sítováním. Při přípravě směsí drog je nutná homogenizace, při které se drogy mísí opatrným
promícháváním, aby se přitom nedrtily. Na homogenizaci třeba pamatovat i při přípravě
léčivých čajů v lékárnách.
Základním požadavkem pro skladování drog je dodržení nízké relativní vlhkosti vzduchu,
pokud možno nízké teploty bez větších výkyvů a ochrana před přímým působením světla a
před vnikáním škůdců. Relativní vlhkost skladovacích prostorů se má pohybovat kolem 65 %,
teplota by měla být v rozmezí 5 až 15 ºC. Drogy obsahující prudce účinné látky je nutno
uchovávat odděleně stejně jako drogy siličné nebo drogy pronikavého zápachu.
Drogy se nejčastěji uchovávají v papírových obalech, kartónových, dřevěných nebo
překližkových bednách. Hygroskopické drogy se chrání před vlhkem obaly z umělé hmoty,
nebo se uchovávají v plechových nádobách. V lékárnách se drogy nejčastěji uchovávají
v lepenkových nebo plechových krabicích, některé ve stojatkách. Pro označování drog platí
stejná pravidla jako pro označování ostatních léčiv.
Skladované drogy je třeba chránit před škůdci, z nichž největší nebezpečí představují
škůdci hmyzí. K úplné dezinsekci, tzn. k zahubení hmyzu ve všech stadiích vývoje, se
používají plyny. Plynem se ošetřují jak místnosti, kde jsou drogy uloženy, tak vlastní drogy.
Před použitím takových drog třeba provést zkoušku na rezidua ošetřovacího prostředku.
32
5 KLASIFIKACE OBSAHOVÝCH LÁTEK ROSTLIN Z HLEDISKA
JEJICH FARMACEUTICKÉHO VÝZNAMU
Mnohotvárné a rozmanité jsou výsledné produkty metabolizmu živých organizmů.
Termínem obsahové látky označujeme všechny látky nalézající se v živé rostlině, živočichovi,
nebo v droze, ať již je jejich význam pro živý organizmus i pro praktické využití jakýkoli.
Obsahovými látkami rostlin a drog jsou látky tvořící jejich základní skelet (celulóza),
v případě čerstvých rostlin voda, součásti jejich živé hmoty (bílkoviny, enzymy) a produkty
jejich metabolizmu (látky organické i anorganické).
Kvantitativní zastoupení jednotlivých druhů látek nikterak nesouvisí s jejich skutečným
významem pro rostlinu, ani s významem z hlediska farmaceutického. Některé obsahové látky,
pro rostlinu nezbytné a obsažené v ní ve velkém množství, jsou často bez praktického
významu a mají pouze použití technické (např. celulóza). Naopak jiné látky, vytvářené
rostlinou v nepatrném množství, mohou mít výrazné fyziologické účinky, pro které se
využívají v terapii.
Obsahové látky rostlin lze podle jejich významu pro zdravotnictví rozdělit do několika
skupin:
1) LÁTKY ÚČINNÉ, označované též jako "aktivní principy", se pro svůj výrazný
fyziologický účinek používají k terapii nebo prevenci nemocí či k diagnóze. Účinné látky
bývají v drogách v malém množství a jsou provázeny velkým množstvím látek dalších, které
jsou buď fyziologicky neúčinné (těch je převaha) nebo fyziologicky aktivní. Některé z nich
mohou působit podobně, jiné doplňují nebo potencují účinek látky hlavní.
2) KOEFEKTORY, označované někdy jako „látky vedlejší“, ovlivňují účinek hlavní
látky tak, že zlepšují její rozpustnost nebo vstřebatelnost. V této souvislosti třeba poukázat
na to, že v jedné rostlině či droze se mohou vyskytovat naopak látky s účinkem
antagonistickým. Např. v Rhei radix jsou přítomné anthraglykosidy s účinkem laxativním
vedle tříslovin, které mají účinek obstipační. V takovém případě závisí konečný účinek drogy
na podaném množství. V uvedeném případě Rhei radix – v malých dávkách převažuje účinek
tříslovin, ve větších dávkách se uplatňuje účinek derivátů anthrachinonu, tj. laxativní,
pro který se droga užívá.
3) LÁTKY S VÝZNAMEM DIETETICKÝM, jako např. cukry, tuky a proteiny.
33
4) Látky užívané ve farmacii jako POMOCNÉ, kam zařazujeme škroby nebo gumy, tedy
látky bez zjevného fyziologického účinku.
5) LÁTKY DOPROVODNÉ, jako např. šťavelan vápenatý, lignin či různá barviva.
Tyto látky mohou sloužit zvláště při identifikaci drog, event. jako pomocný ukazovatel
v případě podezření na falšování.
Chceme-li použít jako léčivo drogu pro jednu látku v ní obsaženou, nebo chceme-li
účinnou látku z drogy získat v čistém stavu, jsou ostatní látky v droze přítomné označovány
jako LÁTKY BALASTNÍ.
34
6 BIOGENEZE PŘÍRODNÍCH LÁTEK
6.1 Primární a sekundární metabolity
Buňky živých organizmů – rostlin, hub, baktérií, hmyzu a vyšších živočichů jsou schopné
syntetizovat organické látky, z nichž mnohé mají praktický význam pro člověka a některé se
pro svůj fyziologický účinek používají jako léčiva.
Prvním syntetickým pochodem přírody je fotosyntéza, při které využívají zelené rostliny
chlorofyl a sluneční energii pro produkci organických látek z oxidu uhličitého a vody.
Výslednými produkty fotosyntézy jsou cukry, které přecházejí dalšími metabolickými
proměnami v jednoduché nízkomolekulární látky, především v běžné cukry, karboxylové
kyseliny a aminokyseliny. Tyto jednoduché a všeobecně se vyskytující látky jsou tvořeny
v procesu označovaném jako primární metabolismus a označují se proto jako primární
metabolity. Vytvářejí výchozí materiál pro specifické, geneticky kontrolované, enzymaticky
katalyzované reakce, které vedou ke značnému množství sloučenin, jež charakterizují
sekundární metabolismus rostlin a označují se jako sekundární metabolity.
Termín přírodní látky se obvykle vztahuje na sekundární metabolity, tedy na látky
relativně složitější struktury, které se vyskytují v malých množstvích, a jejichž přítomnost je
omezena nevelkým počtem zdrojů ve srovnání s primárními metabolity.
35
Rozlišování obsahových látek rostlin na primární a sekundární metabolity bylo poprvé
použito rostlinnými fyziology. Charakterizovali tak na straně jedné substance, které lze
dokázat prakticky ve všech rostlinách (nízkomolekulární karboxylové kyseliny z cyklu
kyseliny citrónové, 21 aminokyselin tvořících základ proteinů, běžné tuky, lipidy, cukry a
jejich deriváty), kde jsou funkčními obsahovými látkami, a na straně druhé rozmanité látky,
z nichž každou lze získat pouze z určitého rostlinného druhu a které na základě tohoto na
určité druhy omezeného výskytu by neměly mít všeobecnou funkci v rostlinném organizmu
(kafr, chinin, morfin, sinigrin a mnoho dalších).
V současnosti je rozlišování metabolitů na primární a sekundární uznáváno a jeho
aplikace není omezována pouze na vyšší rostliny. Třeba však poznamenat, že mezi
primárními a sekundárními metabolity není vždy ostrá hranice.
Chemie a metabolické transformace glukosy, fruktosy, pentosy a běžně se vyskytujících
polysacharidů (primárních metabolitů) tvořilo v minulosti jednu z hlavních oblastí
biochemického výzkumu. Nicméně blízce příbuzné, ale "vzácné" cukry jako chinovosa,
oleandrosa, kladinosa, desosamin, nebo řada dalších, nalezených jako součást antibiotik a
steroidních glykosidů, mají charakter originality a zřídkavosti výskytu, což je řadí mezi
sekundární metabolity.
36
O
CH3
OMe
O
CH3
O
CH3
NMe2
O
CH3
O
CH2OH
glukosa
oleandrosa chinovosa
desosamin
primární metabolit
sekundární metabolity
D-digitoxosa
Jiný případ lze uvést ze skupiny aminokyselin. Zatímco běžné aminokyseliny jako glycin,
fenylalanin, tryptofan, prolin a další se obyčejně neoznačují termínem přírodní látky, jiné
aminokyseliny, které nebyly nalezeny jako součást proteinů, ale jsou rozšířeny v rostlinné říši,
např. kyselina pipekolová, baikiain, kyselina stizolobová, hypoglycin A a další, se zařazují
jednoznačně mezi sekundární metabolity.
N
H
H
CO2
H
CH2-CH(NH2)-CO2H
N
H
H
CO2H N
H
H
CO2H
O
O
CH2CH(NH2)CO2HHO2C
CH2
CH2CH(NH2)CO2H
L-prolin
L-fenylalanin
kyselina L-pipekolová baikiain
hypoglycin A kyselina stizolobová
primární metabolity sekundární metabolity
Uznává se základní význam primárního metabolizmu, na který má rozmanitost
organických systémů zcela nepatrný nebo žádný vliv. Primární metabolity – „biochemické
sloučeniny“ jsou látky, které se vyskytují celkem vzato podle stejného vzoru od
mikroorganizmů přes kopytníky až k lidem, čímž vyjadřují základní podstatu jednoty živé
hmoty. Naproti tomu jsou sekundární metabolity zvláštní sloučeniny z omezeného počtu
zdrojů, vyjadřující individualitu druhů.
37
Sekundární metabolity – „přírodní látky“ lze charakterizovat jako látky:
1) mající ohraničený taxonomický výskyt
2) pro jejich tvorbu jsou nutné specifické podmínky
3) není objasněna jejich biochemická funkce v organizmu, ve kterém se nalézají.
Tak např. alkaloidy, většina rostlinných fenolických látek, terpeny, neobvyklé cukry,
„vzácné“ aminokyseliny a další sekundární metabolity budí dojem, že jsou bez významu
v hospodaření buňky. To však nevylučuje, že nevstupují do biochemických procesů, kde jsou
odbourávány, redukovány, acylovány, alkylovány a oxidovány. Na základě současných
poznatků není možné jednoznačně říci, že jsou nepostradatelné, nutné pro rostlinu, ve které se
nacházejí. Mnohé rostliny neobsahují alkaloidy nebo flavonoidy či jisté druhy terpenů.
Na druhé straně v mnoha případech dvě rostliny druhově blízké (někdy dokonce dva jedinci
téhož druhu) mohou obsahovat nejen podstatně rozdílná množství určité látky, ale i látky
zcela odlišné.
Přesto je nesprávné přijímat závěry, jak jsou někdy vyslovovány, že sekundární rostlinné
produkty jsou „vraky na pobřeží metabolismu“, nebo že jsou to „afunkční anomálie“, nebo
prostě „konečné produkty“ metabolismu. Naše neschopnost popsat jejich metabolickou funkci
(pokud ji mají) může spočívat v tom, že jsme ji ještě nepoznali. V současnosti se připouští, že
sekundární metabolity jsou součástí systému, který pomáhá rostlinám přežít a zachovat druh.
Kyselina šikimová byla ještě okolo roku 1950 popisovaná v monografiích a učebnicích
jako obskurní sloučenina, vyskytující se pouze v asijské rostlině Ilicium religiosum –
badyánovník posvátný, z čeledi Magnoliaceae. A několik let před tím se mělo za to, že
skvalen je neobvyklý nenasycený triterpen, vyskytující se jenom v oleji ze žraločích jater.
O obou látkách, kyselině šikimové a skvalenu dnes víme, že patří mezi nejvšeobecněji
rozšířené a základní složky v metabolismu rostlin (a v případě skvalenu také v metabolismu
živočichů).
38
OHOH
OH
COOH
kyselina šikimová
skvalen
Pro nás však, z hlediska farmaceutického, je důležitý poznatek, že mnohé látky ze
skupiny sekundárních metabolitů mají významný fyziologický účinek, pro který se používají
jako léčiva.
6.2 Vzájemné vztahy v metabolismu rostlin
Znalosti o povaze a tvorbě sekundárních metabolitů, jejichž rozmanitost se zdá být
nevyčerpatelná, se začaly prohlubovat v padesátých letech minulého století, k čemuž kromě
jiného přispělo zavedení pokusů s využitím radioaktivně značených sloučenin a studium
jejich inkorporace. Největší předností této metodiky je to, že umožňuje sledovat biosyntézu
jak v neporušených biologických systémech (celých rostlinách), tak v jejich jednotlivých
oddělených částech (metodika orgánových kultur).
První a nejdůležitější výsledky z experimentálního studia sekundárního metabolismu
spočívaly v identifikaci ohnisek tvorby v primárním metabolismu, od něhož se odvozují
sekundární pochody. Dalším významným zjištěním bylo to, že sekundární metabolismus
využívá velice ohraničený výběr prekurzorů a že tyto prekurzory jsou látky, mající zvláštní
význam v primárním metabolismu. Na základě získaných vědomostí byly vyjádřeny
vzájemné vztahy v metabolismu rostlin způsobem, který uvádí následné schéma, které je
instruktivní a nedemonstruje další důležité pochody jako metabolismus vodíku a fosforu.
Uvedené schéma ukazuje hlavní cesty metabolismu uhlíku, od nich odvozené primární
metabolity a dále pak sekundární metabolity. Uvedený systém přivádí dohromady
ve srozumitelných vztazích tak rozličné látky, jako např. skvalen a kyselinu giberellovou,
nebo oxytetracyklin a kyselinu olejovou. Systém je permanentně doplňován novými
poznatky, které dokazují správnost našeho nazírání na tvorbu obsahových látek v živých
organizmech.
39
VZÁJEMNÉ VZTAHY V METABOLIZMU ROSTLIN
Z HLEDISKA FARMACEUTICKY VÝZNAMNÝCH LÁTEK
40
Většina přírodních látek může být jednoduše přiřazena k biogenetickým skupinám podle
typu prekurzoru, z něhož vznikla. Známe však celou řadu fyziologicky aktivních látek, které
mají více "biogenetických rodičů", jež se různě kombinují. Příkladem může být antibiotikum
NOVOBIOCIN:
O O
OH
O
O OH
N
H
O
OH
O
NH2
CH3
CH3
O
CH3
- novobiosa - cukr vytvořený z glukosy přidáním
- karbonamidové skupiny odvozené z metabolismu dusíku
- C-methyl a O-methyl skupina pochází z C1 zdrojů (methionin, serin, glycin)
- 3-aminokumarin je odvozený přes tyrosin z kyseliny šikimové, která je rovněžprekurzorem
p-hydroxybenzoylu
- isoprenylová skupina odvozená od kyseliny mevalonové
6.3 Základní biosyntetické reakce
Živé organizmy mají mimořádně mnohotvárné složení. Produkty jejich metabolizmu
nelze chápat izolovaně, ale jako součást celé řady reakcí, které jsou v převážné míře
umožněny katalytickou činností enzymů. Vzhledem k omezenému počtu prekurzorů (aktivní
formy kyseliny octové, mevalonové, šikimové a některých aminokyselin), z nichž vznikají
přírodní látky, lze předpokládat i nevelký počet reakcí, které se v metabolické činnosti
uplatňují. Většina biosyntetických transformací náleží k jednoduchým, dobře známým typům
reakcí, které se dají schematicky vyjádřit následovně:
41
1) Tvorba vazby uhlík-uhlík při reakci nukleofilního methylenového seskupení
s elektrofilním uhlíkovým atomem ketonu, esteru, kysličníku uhličitého nebo
methylsulfoniového iontu:
C
H
C
H
C O
C O
CH2
C
H
C
SR
O
CH CO RS
C
H
CO2 CH C
O
O
C
H
CH3
S
+
R'
R
CH CH3 S
R
R'
+ +
-
+
+ +
2) Tvorba vazby uhlík-uhlík nebo uhlík-kyslík-uhlík oxidací:
N
CH3
OH
OH
MeO
N
CH3
O
OH
MeO
OH O
C
O
C
O
OH OH
O
OH
- 2 H+
- 2 e
a)
b)
- 1 H+
- 1 e
42
3) Zavedení kyslíku oxidací vazby C-H nebo přímou epoxidací dvojné vazby mezi
uhlíky:
NH2
COOH
NH2
COOH
OH
O
O
O
O
O
skvalen skvalen-2,3-epoxid
4) Oxidace-redukce vazby uhlík - kyslík nebo uhlík – uhlík:
OH O
R CH2OH R C
H
O
R C
OH
O
CH3(CH2)7CH2CH2(CH3)7COOH CH3
(CH2
)7
CH CH(CH3
)7
COOH
a)
b)
c)
5) Dekarboxylace ketokarboxylových kyselin:
- COCH3 + CO2-COCH2COOH
43
6) Alkylace (methylace, isopentenylace) a acylace nukleofilních atomů dusíku a
kyslíku:
NH CH3
S
+
R'
R
N CH3 S
R
R'
O
CH2OPP
O
O CH3 C
O
SR
OCOCH3 R S
+ +a)
b)
+
c) + +
7) Spontánní reakce (probíhající in vitro při laboratorní teplotě), jako aldolová
kondenzace nebo tvorba laktonů a laktamů:
OH COOH
CH3 C
H
O
NaOH CH3 C C
H2
C
OH
H H
O
NaOH
O
O
NH2 COOH N
H O
+ +a)
b)
c)
2
44
7 VÝZNAM PRIMÁRNÍHO METABOLISMU PRO TVORBU
PŘÍRODNÍCH LÁTEK
Vzhledem k vzájemné souvislosti a návaznosti metabolických pochodů v živých
rostlinách není možné nadřazovat z hlediska tvorby přírodních látek jeden proces primárního
metabolismu nad druhý. Proto bude poukázáno na některé biosyntetické mechanizmy a na ta
místa primárního metabolismu, která mají pro tvorbu sekundárních metabolitů bezprostřední
význam.
7.1 Metabolismus cukrů
Obecné aspekty metabolismu cukrů jsou probírány v biochemii. Zde je třeba poukázat
na souvislost metabolismu cukrů s cyklem kyseliny citrónové, kde z některých intermediátů
sledem dalších reakcí vznikají přírodní látky:
CO2
ribuloso-1,5-difosfát + kyselina 3-fosfoglycerová
NADH ATP
3-fosfoglyceraldehyd
kyselina pyrohroznová,
intermediáty cyklu kyseliny
citronové
fruktoso-1,6-difosfát
glukosa, škrob, celulosa
SPECIFICKÉ CUKRY
PRODUKTY SEKUNDÁRNÍHO
METABOLISMU
7.1.1 Tvorba glykosidů
Biosyntéza glykosidů zahrnuje vytvoření aglykonu a jeho spojení s cukerným zbytkem.
V přírodě hojně rozšířené glykosidy (mezi které lze zařadit i polysacharidy) ukazují, že
v rostlinách existují zcela běžně mechanizmy ovlivňující připojení zbytku cukru na kyslík
45
dalšího cukru (výsledkem jsou di- až polysacharidy), nebo na kyslík fenolického či
alkoholického hydroxylu, dále na síru, dusík nebo uhlík, výsledkem čehož jsou glykosidy.
Látka, která se nejčastěji podílí na reakci tohoto druhu je uridindifosfoglukosa (UDPG),
která je donorem glukosy v procesu nazvaném transglykosylace.
O
O
N
NO
OH
OH OH
H2
CO P O P O
OH
O O
OH
CH2OH
uridin difosfo glukosa
UDPG
Jsou známé další sloučeniny, typově stejné, mající tutéž funkci - purin nebo pyrimidin-ribosa-PP
– cukr.
UDPG má α-orientovanou vazbu mezi C-l glukosy a UDP seskupením. Uvolnění UDP
nukleofilním atakem na C-l cukerného zbytku má za následek změnu konfigurace na C-l a
vytvoření β-glukopyranosidu:
O
O
CH2
OH
UDP
H
O
R
O OR
CH2OH
UDP
  +
Cukerné nukleotidy mají další funkce v buněčné přeměně cukrů. Transformace cukru
připojeného na nukleotid může vést k oxidaci, epimerizaci a dalším reakcím, které mají
za následek vytvoření nových cukerných nukleotidů.
46
UDP-glukosa
oxidace na C-6
UDP-glukuronová kyselina
- CO2
UDP-xylosa
epimerisace na C-4
UDP-galaktosa
reakce s galaktosa-1-fosfátem
UDP-galaktosa +
+ glukosa-1-fosfát
Pro rostlinu má tvorba glykosidů patrně význam detoxikačního mechanizmu, jímž se
většinou lipofilní toxické látky vazbou na cukry stávají rozpustnými ve vodě a mohou být
transportovány do buněčné šťávy vakuol, kde jsou uloženy vedle ostatních sekundárních
metabolitů. Glykosidy rovněž mohou sloužit k ukládání cukrů. A konečně nelze vyloučit ani
to, že mimo vlastní glycidy mohou být některé rovněž substrátem pro dýchání. Jejich
oxidačním přeměnám musí však předcházet hydrolytické štěpení.
7.1.2 Tříuhlíkaté sloučeniny primárního metabolismu
Klíčovými sloučeninami primárního metabolismu rostlin jsou cukry zapojené do fixace
oxidu uhličitého (triosofosfát, kyselina fosfoglycerová, cukry pentosového cyklu). Sledem
reakcí přecházejí na kyselinu pyrohroznovou, fosfoenolpyruvát a acetylkoenzym A. Tyto
látky tvoří stavební kameny pro většinu přírodních látek.
Nukleofilní charakter fosfoenolpyruvátu se uplatňuje při reakci s elektrofilním
aldehydickým uhlíkovým atomem erythrosa-4-fosfátu, co je pokládáno za nejvýznamnější
reakci v biologických syntézách. Přes kyselinu šikimovou a fenylpyrohroznovou se tvoří
převážná většina přírodních aromátů.
fosfoenolpyruvát
erythrosa-4-fosfát
sedmiuhlíkatá kyselina
cyklizace
kyselina šikimová
kyselina
chorismová
kys. fenyl-
pyrohroznová
fenylalanin kyselina skořicová
47
Enzymaticky katalyzovaná dekarboxylace kyseliny pyrohroznové vede k tvorbě
acetylkoenzymu A, který je východiskem pro tři následné reakce značného významu:
a) cyklus kyseliny citronové, kde se tvoří ATP, -ketokyseliny a v spojení
s metabolismem dusíku rovněž aminokyseliny
b) tvorba polyketidových řetězců event. aromatických sloučenin z -CH2-CO- jednotek
c) tvorba β-hydroxy-β-methylglutarové kyseliny, mevalonové kyseliny a 3-methyl-2butenyldifosfátu
(isomerní s 3-methyl-3-butenyldifosfátem), vznik isoprenoidů.
CH3COCOOH
CH3CO-SCoA
- CO2
CH3(CH2CH2)nCO-SCoA
cyklus kyseliny
citronové
tvorba ATP
-ketokyseliny
+ N aminokyseliny
mastné kyseliny kyselina -hydroxy-
--methylglutarová
polyketidy
aromatické sloučeniny
kyselina mevalonová
3-methyl-3-butenyldifosfát
(IPP)
3-methyl-2-butenyldifosfát
(DAPP)
i s o p r e n o i d y
3-methyl-2-butenyldifosfát (3,3-dimethylallyldifosfát) je reaktivním substrátem
v nukleofilních reakcích a současně účinným alkylačním činidlem uhlíku a kyslíku. Reaguje
s nukleofilními částicemi různých typů způsobem, který lze vyjádřit následovně:
CH
C
CH3
CH3
CH2OPP
CH
C
CH3
CH3
CH2
Y
Y:
PP+
48
7.1.3 "Jednouhlíkatý" metabolismus
Bohatý výskyt přírodních látek, obsahujících methylové skupiny vázané na atomy uhlíku,
kyslíku a dusíku, spolu s důkazem zabudovávání jednouhlíkatých jednotek do skeletů mnoha
látek dokazuje existenci mechanizmu, při němž je přenášen uhlíkový atom z molekuly donoru
na akceptor.
Jednouhlíkatý metabolismus je v biologických procesech velmi rozšířený. Např.
zabudování uhlíkových atomů do skeletů purinů a pyrimidinů, tvorba některých Nmethylovaných
složek fosfolipidů, dále detoxifikační methylace některých jedů nebo
endogenních metabolitů a konečně N-, C- a O- methylace mnoha fenolů a aminosloučenin,
vyskytujících se v přírodě.
Z hlediska přírodních látek třeba věnovat pozornost následujícím třem pochodům:
a) tvorba fenolických etherů
b) tvorba N-methylovaných aminů
c) tvorba C-methylovaných fenolů a ketonů
Nejdůležitější látkou zprostředkující přenos methylové skupiny na nukleofilní centrum je
S-adenosylmethionin:
adenosyl S
+
C
H2
CH3
C
H2
C
H
NH2
COOH
O N
O
O CH3
N
+
CH3
HO
CH3
(a)
(b) (c)
CH3
S-adenosylmethionin
adenosylhomocystein
+
přenos methylu na nukleofilní centrum
49
Tato reaktivní sulfoniová sloučenina působí jako alkylační činidlo. Atakem nukleofilu
(např. dusíku v aminu, kyslíku fenoxidového iontu, nebo uhlíkového atomu v poloze orthonebo
para- vůči kyslíku aniontového charakteru) dochází k uvolnění sulfidového seskupení
(adenosylhomocystein) a k přenosu methylu na nukleofilní centrum:
Pro úplný obraz "přenosu methylu" třeba připomenout, že látka, z které (ale i na kterou)
je uhlíkový atom přenášen, je kyselina listová. Vhodnými zdroji uhlíkových atomů jsou
kyselina mravenčí, formaldehyd, etanol, serin, glycin a histidin.
Experimentálními pracemi zaměřenými na původ methylových skupin v přírodních
látkách, za využití isotopy značených prekurzorů, bylo zjištěno, že nejfrekventovanějšími
donory jsou formiáty a methionin.
Závěrem třeba zdůraznit, že kromě všech výše uvedených látek, podílejících se na tvorbě
sekundárních metabolitů rostlin, spolupůsobí velké množství specifických enzymů a
koenzymů, které jenom nekatalyzují reakce, ale také řídí jejich stereochemii a v mnoha
případech vybírají jednu z několika možných pravděpodobných cest, kterou může být
prekurzor dále transformován.
50
8 PŘÍRODNÍ LÉČIVA ODVOZENÁ OD KYSELINY ŠIKIMOVÉ
Kyselina šikimová je prekurzorem většiny přírodních látek, které obsahují aromatické
kruhy. Podstatně menší množství aromatických látek vzniká acetátovou cestou. Původ
aromátu lze poměrně snadno určit podle polohy hydroxylových skupin. Aromáty acetátového
původu mají fenolické skupiny v meta- uspořádání, např. deriváty resorcinolu nebo
floroglucinolu. Aromatické látky odvozené od kyseliny šikimové mají uspořádání
hydroxylových skupin jako katechol (1, 2), nebo jako pyrogalol (1, 2, 3). Látky s jedním
fenolickým hydroxylem, vznikající přes kyselinu šikimovou, jsou typické p-hydroxy-
sloučeniny.
OH
MeO
OMe
CO2H
O
OH
OH O
OH
OH
O
OOH
OHOH
CH3
O
O
OH OHO
OH CH3
O
OH CH3
OHOH
kyselina sinapová
fenylpropanová kyselina
aeskuletin
kumarin
magnoliol
neolignan
juglon
naftochinon
chrysofanol
antrachinon
hypericin
naftodianthron
Fenoly vznikající šikimátovou cestou
Fenoly vznikající acetátovou cestou
51
Jsou možné další kombinace:
OH
OH
OH
O
OH
OOH
OH
OH
OH
O
O
OH
OH
OH
OH
Glc
8
7
6
10
9
6
4
3
2
1
OH
C5H11
5
O
resveratrol
stilben
kvercetin
flavonol
mangiferin
xanthon
a
THC
Fenoly vznikající kombinací šikimát + acetát
Fenoly vznikající kombinací acetát + mevalonát
kannabinoid
Z uvedeného vyplývá existence značného počtu a typu fenolických sloučenin. Formálně je
lze dělit podle počtu atomů uhlíku v molekule (tučně vysázené jsou farmaceuticky významné
skupiny látek):
C6 [6] jednoduché fenoly
C6-C1 [7] fenolické kyseliny, aldehydy
C6-C2 [8] acetofenony, benzofurany, isobenzofurany
C6-C3 [9] fenylpropanoidy, kumariny, benzopyranoidy, chromeny
C6-C4 [10] naftochinony
C6-C5 [11] ageratochromeny (prekoceny)
(C6)2 [12] dibenzofurany
C6-C1-C6 [13] benzofenony, dibenzopyrany
C6-C2C6 [14] anthrachinony, stilbeny
C6-C3-C6 [15] flavonoidy, chalkony
C6-C4-C6 [16] norlignany (difenylbutadieny)
52
C6-C5-C6 [17] norlignany (conioidy)
(C6-C3)2 [18] lignany, neolignany
(C6-C3-C6)2 [30] biflavonoidy
(C6-C3-C6)n [n] kondenzované taniny
(C6-C3)n [n] lignin
(C6)n [n] katecholmelaniny
Objev ústřední role kyseliny šikimové v metabolických procesech vedoucích
k aromatickým aminokyselinám a následně k C-9 sloučeninám od nich odvozených,
představuje významný přínos k pochopení biosyntetických pochodů živých organizmů.
Především vyšší rostliny vytvářejí značné množství aromatických látek, z nichž mnohé jsou
cennými léčivy.
OH
OH OH
COOH
3
[(3R,4S,5R)-3,4,5-trihydroxy-1-cyklohexen-1-karboxylová kyselina]
5
kyselina šikimová
8.1 Tvorba kyseliny šikimové
Biogeneze kyseliny šikimové vychází z erythrosa-4-fosfátu, který reaguje s fosfoenolpyruvátem
za vzniku kyseliny 3-deoxy-7-fosfo-D-arabinoheptulosové. Ta cyklizuje na
kyselinu 5-dehydrochinovou. Její redukcí se tvoří kyselina chinová, která se v rostlinách
vyskytuje jednak volná, jednak vázaná s fenolickými látkami ve formě depsidů. Dehydratací
kyseliny 5-dehydrochinové vzniká kyselina 5-dehydrošikimová, která přejde redukcí na
kyselinu šikimovou.
53
CH2 O
OH
OH
H
PO
CH2
PO
COOH C
OH
OHOH
OPO
COOH
OH
O OH
OH COOH
OH
OH OH
OH COOH
OH
OH
COOH
O
OH
OH
COOH
OH
+
D-erythrosa-4-P
kys. 2-fosfoenolpyrohroznová
(PEP) kys. 3-deoxy-D-arabino-heptulosová
7-P (DAHP)
kys. chinovákys. 3-dehydrochinovákys. 3-dehydrošikimovákys. šikimová
(meziprodukt glykolysy)(pentosový cyklus)
3 533 55
3
7
aldolová
kondensace
NADH- H2O
NADPH
Od kyseliny šikimové se dále odvozují:
OH
O OH
COOH
OH
OH OH
COOH
OH
PO OH
COOH
OH
COOH
O
C
CH2
COOH
OH
CH2
COCOOHHOOC
C
COOH
CH2
OP
kys. 3-dehydrošikimová kys. šikimová kys. 3-fosfošikimová
kys. gallová
kys. protokatechová
kys. p-aminobenzoová
kys. anthranilová
kys. p-hydroxybenzoová
kys. salicylová kys. chorismová kys. prefenová
54
8.2 Tvorba C6-C3 sloučenin
Kyselina šikimová je prekurzorem významné skupiny přírodních látek, které mají na
aromatickém kruhu navázaný tříuhlíkatý řetězec. K jejich tvorbě dochází tak, že kyselina 3fosfošikimová
zreaguje s fosfoenolpyruvátem za vzniku kyseliny chorismové, která je
bezprostředním prekurzorem kyselin p-aminobenzoové, p-hydroxybenzoové a salicylové.
Přesmykem radikálu kyseliny pyrohroznové vzniká z kyseliny chorismové kyselina
prefenová. Její dekarboxylací a dehydratací se tvoří kyselina fenylpyrohroznová, která
přechází transaminací na fenylalanin. Ten má mimořádný význam jako výchozí látka pro
celou řadu nápadně rozdílných syntéz.
NH2
OH
COOH
COOH
O
(HO)
COOH
NH2
(HO)
COOH
NH2
COOH
(HO)
COOH
N
H
NH2
COOH
OH
CH2
COCOOHHOOC
kyselina chorismová
kyselina prefenová
kys. arogenová kys. fenylpyrohroznová
kys. anthranilová
fenylalanin
(tyrosin)
NADP+ transaminace
tryptofan
kys. skořicová
(kys. p-kumarová)
-NH3
fosforibosyl-
difosfát,
serin
kys. prefenová
- CO2
- H2O
transaminace
55
Druhá cesta (známá dříve pouze u bakterií a hub, později popsaná i u vyšších rostlin)
vede z kyseliny prefenové transaminací přes kyselinu arogenovou a její redukcí k tyrosinu.
Z kyseliny prefenové se přes kyselinu anthranilovou a sledem následných reakcí tvoří další
významná aminokyselina tryptofan.
8.2.1 Kyselina skořicová a její deriváty
Fenylalanin je důležitou výchozí látkou pro tvorbu proteinů, velkou skupinu alkaloidů,
ale též pro biosyntézu kyseliny skořicové a jejích derivátů. Dále bylo zjištěno, že
v rostlinných pletivech je přítomen enzym, schopný katalyzovat eliminací amoniaku
z fenylalaninu a tyrosinu, čímž vznikají kyselina skořicová a kyselina p-kumarová.
NH2
COOH
R
COOH
R
L-fenylalanin- nebo
L-tyrosin-amoniaklyasa
R = H = fenylalanin
R = OH = tyrosin
kys. skořicová
kys. p-kumarová
Fenylalnin proteiny
alkaloidy
kyselina skořicová a její deriváty
L-tyrosin-amoniaklyasa výlučně v trávách (Poaceae)
L-fenylalanin-amoniaklyasa obecně rozšířená stereospecifické
deaminují přírodní L-kyseliny
Zatímco L-fenylalanin-amoniaklyasa je v rostlinách značně rozšířena, L-tyrosin-amoniaklyasa
byla zatím nalezena výlučně v travách (čeleď Poaceae). Obě amoniak-lyasy jsou
stereospecifické, deaminují přírodní L-kyseliny, jsou neaktivní vůči D-kyselinám.
Kyselina skořicová je látkou, z které se tvoří enormní množství sekundárních metabolitů.
Hydroxylací přechází na kyselinu p-kumarovou a kyselinu kávovou, ze které methylací
vzniká kyselina ferulová. Další hydroxylací a následnou methylací se tvoří z kyseliny
ferulové kyselina sinapová. Předpokládá se, že její methylací vzniká kyselina
trimethoxyskořicová, která je ve formě esteru součástí některých alkaloidů rostlin rodu
Rauwolfia L. (např. rescinnaminu).
56
COOH
OH
COOH OH
OH
COOH
OH
COOHMeO
OH
OH
COOHMeO
OH
COOH
OMe
MeO
COOHMeO
MeO
OMe
kys. skořicová kys. p-kumarová kys. kávová
kys. ferulová
kys. sinapová
(esterově vázaná v rescinnaminu)
kyselina trimetoxyskořicová
Kyselina skořicová a její deriváty se nacházejí v mnoha rostlinách, většinou jako estery
s cukry nebo s kyselinou chinovou, případně jako glykosidy (vazba přes fenolický hydroxyl).
Kyselina skořicová je ve velkém množství obsažena v balzámech a pryskyřicích.
Kyselina kávová je hojně rozšířena ve vyšších rostlinách ve formě esteru s kyselinou
chinovou. Kyselina 5-O-kaffeoylchinová je známá jako kyselina chlorogenová.
O
OH
OH
OH CO2
H
CO C C OH
OH
H
H
kyselina chlorogenová
kyselina 5-O-kaffeoylchinová
fytoalexin
Bylo zjištěno a experimentálně dokázáno, že v případě poranění rostliny dochází
v poškozeném místě k enormnímu hromadění kyseliny chlorogenové, která vykazuje
baktericidní, antivirové a antifungální účinky a brání tak poraněnou část a v konečném
důsledku celou rostlinu před infekcí (fytoalexin).
Předpokládá se, že aktivní formou kyseliny skořicové, která podléhá dalším přeměnám, je
cinnamoylkoenzym A. Tyto přeměny zahrnují tvorbu esterů, oxidaci, redukci na aldehyd a
57
alkohol, prodloužení postranního řetězce reakcí s malonylkoenzymem A za vytvoření
sloučenin, které mohou být obecně formulovány jako C6-C3(C2)n. Následující schéma
ukazuje možné metabolické přeměny C6-C3 jednotky:
COSCoA
ArCOCH2
CO SCoA
ArCO SCoA ArCOCH3
ArCH C
H
C
O
H
ArCH C
H
C
H2
OH
ArCH C
H
CH3
ArCH CH(CH2
CO) CH2
COOH
ArCH C
H
CH2
n
C6-C1
C6-C2 C6-C3 C6-C3(C2)n
cinnamoylkoenzym A
+ malonylkoenzym A
redukce
-oxidace
oxidace
8.2.2 Kumariny a furanokumariny
Kumariny jsou laktony kyseliny o-hydroxyskořicové. Jsou to deriváty 5,6-benzo-2pyronu
(α-chromonu). Liší se substituenty na benzenovém kruhu (-OH, OCH3, CH3).
O O O O
1
2
5
6
7
8
5,6-benzo-2-pyron
1
2
5
6
7
8
číslování derivátů
58
V rostlinách se vyskytují ve formě glykosidu a až po jeho hydrolýze dochází k cyklizaci
na lakton. Kumarin a jeho deriváty mají charakteristickou vůni a jsou přítomny v mnohých
rostlinách z čeledí Fabaceae a Poaceae. Mechanizmus vzniku kumarinu a jeho derivátů
znázorňují následující obrázky:
OH
O
OH
O
OH
OH
O
O-Glc
O-Glc
OH
O
O O
kyselina trans-skořicová kyselina o-kumarová glukosid kys. o-kumarové
glukosid kys. o-kumarinové kumarin
Z
E E E
isomerasa
COOH COOH
OH O
Glc
COOH
OO
COOH
OH
COOH
OHOH O
Glc
COOH
OH OOOH
COOH
OH
OH COOH
OH
OH
OH O
Glc
COOH
OH
OH OO
OH
OH
kys. skořicová
kys. p-kumarová
kys. kávová aesculetin
umbelliferon
kumarin
Po zapaření sena obsahujícího rostliny s obsahem kumarinu (Melilotus officinalis (L.)
Pall., Fabaceae) dochází působením mikroorganizmů k tvorbě 4-hydroxykumarinu a jeho
následné dimerizaci za účasti formaldehydu na dikumarol, který má antikoagulační účinky. V
oblasti kumarinových antikoagulancií měl československý výzkum světový primát. Čs.
farmaceutický průmysl vyráběl antikoagulans založené na dikumarolu, pod názvem Pelentan.
V současnosti je na principu kumarinu založený Warfarin.
59
O OO O
OH OHR
R = H = dikumarol
R = COOC2H5 = pelentan
Furanokumariny obsahují vedle kumarinového skeletu navíc furanový kruh, jehož uhlíkové
atomy pocházejí z 3-methyl-3-butenyldifosfátu (IPP). Mohou být ve formě lineární –
furanový kruh připojen na uhlících 6 a 7 (např. psoralen), nebo angulární – furanový kruh
připojen v poloze 7 a 8 (např. angelicin).
O OO
OH
O OHO O OO
Pravděpodobná biosyntéza furanokumarinů
OO O OO O
6
7
8
7
psoralen
angelicin
Lineární furanokumariny se označují jako psoraleny a jsou přítomné v rostlinách čeledí
Rutaceae (Citrus bergamia Risso), Apiaceae (Apium graveolens L., Ammi majus L.),
Fabaceae (Psoralea corylifolia L.), Moraceae (Ficus L.). Nacházejí použití
ve fotochemoterapii v dermatologii při vitiligo (porucha pigmentace).
Podobně jako furanokumariny se vyskytují i pyranokumariny.
O OO
R1
R2
O O
R2
R1
O O O
R2
R1
O O O
R
O
6
7 1 2
3
45
8
R1 R2
psoralen H H
bergapten OCH3
H
xanthotoxin H OCH3
imperatorin H =CH2-CH=(CH3)2
1
2
3
4
5
6
7
8
Angulární pyranokumarinLineární pyranokumarin
60
8.2.3 Fenylpropanoidy
Velmi častý výskyt derivátů kyseliny skořicové a jejích biodegradačních produktů vedl
k závěru, že jsou výchozími látkami, ze kterých redukcí vznikají četné přírodní látky, které
obsahují tříuhlíkatý řetězec připojený na fenolické jádro.
Příroda poskytuje příklady téměř všech stupňů oxidace tříuhlíkatého postranního řetězce
C6-C3 látek. Mnohé z nich jsou součástí silic a balzámů. Struktury některých
fenylpropanoidů jsou uvedeny na následujícím obrázku.
CH2
OH CHO CH2OH
OH
MeO
MeO
O
MeO
MeO
MeO OMe
OH
MeO
OH
MeO
O
O
O
MeO MeO
O
O
alkohol kyseliny
hydroskořicové
skořicový aldehyd koniferylalkohol
anetol anisketon -asaron
eugenol isoeugenol fenikulin
myristicin isomyristicin
K fenylpropanoidům patří dále fenolické ketony přítomné v Zingiber officinale Roscoe
(Zingiberaceae), zodpovědné za pikantní chuť, jejichž zástupcem je zingeron. K nim lze dále
řadit cynarin (kyselina 1,5-dikaffeoylchinová), přítomný v artyčoku Cynara cardunculus L.
subsp. scolymus (Asteraceae).
61
OH
CH3O
O
OH
OH
O
O
COOH
OH
OH
O
O
OH
OH
zingeron
[4-(4-hydroxy-3-methoxyfenyl)-2-butanon]
cynarin
kyselina 1,3-di-O-kaffeoylchinová
K fenolům šikimátového původu patří rovněž lindleyin, s výrazným antiflogistickým
účinkem. Byl vyizolován z tučnolisté rostliny Aeonium lindleyi Webb & Berthel
(Crassulaceae) a z Rhei radix, Rheum palmatum (Polygonaceae).
OH
OH
OH
O
O
O
OH
OH
O
OH
O
1
2
3
4
4 '
6 ' '
Lindlein
4-(4´-hydroxyfenyl)-2-butanon-4´-O--D-(6´´-O-galloyl)-glukopyranosid
8.2.4 Lignin a lignany
Lignin a lignany jsou v přírodě velmi rozšířené typy fenylpropanoidů. Lignin je hlavní
složka organické substance vyšších rostlin a nejrozšířenější polymerní fenolová sloučenina
rostlinného původu. Tvoří se oxidativní dimerizací nebo polymerizací C6-C3 jednotek.
Deriváty kyseliny skořicové, zvláště ve formě esterů, jsou metabolicky aktivní při tvorbě
odpovídajících fenylpropanových alkoholů jako základních monomerů pro biosyntézu
ligninu. Základní monomery při tvorbě ligninu mají vždy para-hydroxyfenylpropanovou
strukturu. R1 = R2 mohou alternativně představovat vodík, hydroxyl nebo methoxyl.
62
C
C
C
OH
R2R1
R1 = R2 -H, -OH, -OCH3
V podstatě jde o p-kumarylalkohol, koniferylalkohol a sinapylalkohol, které vznikají
enzymatickou redukcí příslušných derivátů kyselin skořicových a které jsou významnými
intermediárními metabolity při biosyntéze ligninu.
OH
COOH
OH
CHO
OH
CH2OH
OH
COOH
OMe
OH
CHO
OMe
OH
CH2OH
OMe
OH
COOH
OMeMeO
OH
CHO
OMeMeO
OH
CH2
OH
OMeMeO
kyselina sinapová sinapylaldehyd sinapylalkohol
kys. ferulová koniferylaldehyd koniferylalkohol
kys. p-kumarová p-kumarylaldehyd p-kumarylalkohol
lignin jehličnatých stromů
lignin trav
lignin listnatých stromů
63
Pro polymerizaci koniferylalkoholu byl navržen radikálový mechanizmus, kdy
při dehydrogenaci ztrácí fenolický hydroxyl vodík, vzniká aroxylový radikál Ra, který dává
možnost existence dalších mesomerních radikálů Rb, Rc a Rd. Z těchto mesomerních radikálů
se tvoří dilignoly, které současně reprezentují největší počet meziproduktů.
CH
O
CH
CH2OH
OMe
CH
O
CH
CH2OH
OMe
CH
O
CH
CH2OH
OMe
C
CH
O
CH
CH2OH
OMe
C
CH
O
CH
CH2OH
OMe
Ra Rb Rc Rd
- e
CH
CH
OH
HOH2
C
O
CH
CH
CH2
OH
OMe
OMe
CH
CH
OH
CH2
OMe
CH
O
O
CH2
CH
O
MeO
O
CH
CH
CH2OH
OMe
O
CH
CH
CH2
OH
OMe
dehydrodikonyferylalkohol
Rb + Rc
DL-pinoresinol
Rb + Rb
chinonmetid
Ra + Rb
Koniferylalkohol se v přírodě vyskytuje zásadně jako glykosid koniferin. Koniferin je
stabilní, relativně nereaktivní sloučenina.
CH2OH
OH
MeO CH2
-OH
O
MeO
OH
O
OH
OH
OH
(-D-glukopyranosyl)
koniferylalkohol koniferin
64
Vzhledem k téměř universálnímu výskytu ligninu ve vyšších rostlinách by se dalo
očekávat, že konferin bude rovněž hojně rozšířen. Skutečnost, že tomu tak není je
vysvětlována tím, že koniferin má vysokou metabolickou aktivitu, následkem čehož se
v rostlinných pletivech vyskytuje v nepatrných množstvích jako takový. Lze ho přirovnat
k metabolicky vysoce aktivní kyselině šikimové, která se jako taková vyskytuje rovněž velmi
zřídka. Účast koniferinu v metabolických pochodech lze schematicky znázornit následovně:
biosyntéza cestou
kyseliny šikimové koniferylakohol
UDP-glukosa
-glukosidasa
koniferin lignany lignin
tkánové
oxidasy
Látky typu lignanů jsou odvozené od koniferylalkoholu a lze je označit za jeho oxidativní
dimery. Vznikají spojením přes β-uhlíkový atom postranního řetězce. Nacházejí se nejen
ve dřevě, ale i v některých pryskyřicích.
CH
CH
CH2
OH
OH
CH
O
OH
CH
CH2
OH
OMeMeO
CH
OH
CH2
O
CH
CH
CH2
OH
O
CH
MeO
OMeC
OH
C
C
OMe
C
C
C
OH
MeO










olivil
pinoresinol
typ hydronaftalenový,
(např. podofyllotoxin)
typ diarylbutanový
(např. kubebin)
 
typ diarylcyklooktadienový
(např. schizandrin)
Látky ze skupiny flavanolignanů se staly předmětem zvýšeného zájmu, protože vykazují
cytotoxickou aktivitu a některé z nich našly uplatnění v praxi.
65
8.3 Tvorba C6-C1 sloučenin
Kyselina benzoová a její hydroxyderiváty jsou značně rozšířeny ve vyšších rostlinách,
kde se obvykle vyskytují ve formě esterů nebo glykosidů. Následující obrázek prezentuje
struktury některých v rostlinné říši obecně rozšířených derivátů kyseliny benzoové:
OH
CO2H
OH
CO2H
OMe
OH
CO2H
OMeMeO
CO2H
MeO
OMe
OMe
OH
CO2H
OH
OH
CO2H
OH
OH
OH
CO2H
OH
OH
CO2H
kys. p-hydroxy-
benzoová
kys. vanilová kys. syringová kys. trimethoxybenzoová
kys. salicylová kys. protokatechová kys. gallová kys. gentisová
Kyseliny fenolkarboxylové se mohou tvořit jednak přímo z kyseliny chorismové, jednak
oxidativním odbouráváním postranního řetězce kyseliny skořicové a jejích derivátů. Byla
dokázaná možnost přímé hydroxylace kruhu kyseliny benzoové (u druhů Gaultheria
procumbens L., Ericaceae a Primula acaulis (L.) Hill, Primulaceae), což vedlo ke vzniku
kyseliny salicylové, o-pyrokatechové, gentisové a p-hydroxybenzoové.
CO SCoA CO SCoA
OH
CO SCoA
OH
OH
CHO
O
CHO
GlcO
CH2OH
Glc
helicinsalicin
kyselina skořicová kyselina o-kumarová
o-hydroxybenzaldehyd
UDP-Glcred.
Prvním glykosidem vyizolovaným z přírodního zdroje byl salicin (z rostlin čeledi
Salicaceae). Salicin je β-D-glukopyranosid (na fenolickém hydroxylu) salicylalkoholu.
66
Obdobně biosyntéza aromatického aldehydu vanilinu, který se nachází v rostlině (Vanilla
planifolia Jacks. ex Andrews, Orchidaceae) ve formě glykosidu vanilosidu vychází
z aktivované kyseliny ferulové, meziproduktem je kyselina vanilová.
CO SCoA
OH
MeO CO SCoA
OH
MeO
CHO
OH
MeOCHO
Glc-O
MeO
COOH
OH
MeO
vanilosid
kyselina ferulová
vanilin
UDP-Glc
kys. vanilová
Vanilin se pak uvolňuje hydrolýzou při fermentaci plodů vanilky z glykosidu, popř.
alkoholu vanilolosidu, který se v rostlině také nachází.
CH2OH
O-Glc
OMe
CH2
OH
OH
OMe
OH
OMe
CHO
O-Glc
OMe
CHO
vanilolosid
hydrolýza
vanilylalkohol
oxidace
vanilin
hydrolýza
vanilosid
Pro biosyntézu tříslovin je významná kyselina gallová, která velmi často tvoří depsidy.
Depsidy jsou kondenzační produkty aromatických hydroxykarboxylových kyselin, kdy
karboxylová skupina molekuly jedné kyseliny je esterifikována fenolickou skupinou druhé
molekuly kyseliny. Může pak vznikat kyselina digallová nebo trigallová.
67
OH
OH OH
C
OH
O
OH
OH
O C
O
OH
OHOC
O
kyselina m-trigallová
Kyselina gallová se může také spojovat přímo C-C vazbou:
OH
OH
OH
COOH
OH
OH
OH
COOH
- H2O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
COOH
COOH
kyselina hexahydroxydifenová
(dimer kyseliny gallové)
Kyselina ellagová, která je také významnou součástí tříslovin vzniká z kyseliny
hexahydroxydifenové:
OH
OH O
C
H
O OH
OH
OHO
C
H
OOH O
O
OH
OH
OH
OH
O
O
- H2O
kyselina hexahydroxy-difenová kyselina ellagová
68
8.4 Tvorba C6 sloučenin
V přírodě je známo relativně málo sloučenin, obsahujících jenom šestiuhlíkatý
benzenový kruh. Mezi nejznámější patří arbutin (hydrochinon-β-D-glukopyranosid) a jeho
methylether. Arbutin je tvořen cestou kyseliny šikimové a fenylalaninu. Bylo to dokázané
inkorporací 14
C- značených: kyseliny šikimové, fenylalaninu, kyseliny skořicové a tyrosinu
do arbutinu (studováno v rostlině Pyrus communis L., Rosaceae), zatímco 14
C- značený
acetát, pyruvát a sukcinát nebyly utilizovány. Tvorba arbutinu z tyrosinu jde přes kyselinu pkumarovou
a p-hydroxybenzoovou s následnou oxidativní dekarboxylací a glukosylací:
NH2
H
CO2H
OH OH
CO2H
OH
CO2H
OH
OH
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
tyrosin
kys. p-kumarová kys. p-hydroxybenzoová
arbutin
+ Glc
hydrochinon
H+
8.5 Složené aromatické látky
V přírodě se vyskytuje mnoho látek, které jsou odvozené od fenylpropanové jednotky a
dále dotvořené aktivním acetátem, nebo aktivní prenylovou jednotkou.
Prodloužení C6-C3 jednotky, která vystupuje jako "startér" při syntézách mezi acyl-CoA
a malonyl-CoA, vede k tvorbě velké a strukturně rozličné skupiny přírodních látek, které se
obecně charakterizují jako C6-C3- (C2)n sloučeniny.
69
8.5.1 Ketony a kyseliny
Jako nejjednodušší příklad může sloužit zingeron, aktivní obsahová látka Zingiber
officinale Roscoe (Zingiberaceae), který se tvoří z aktivované kyseliny skořicové a
malonylkoenzymu A přes β-ketokyselinu.
CO-SCoA
R
R
R
R
O
CO SCoA
CO-SCoA
CH2
CO2H
R
R
O
CO2H
OH
O
OMe
- CO2
- CO2
+
zingeron
Přechodnou tvorbu podobného C6-C3-C2 prekurzoru můžeme postřehnouti ve struktuře
kurkuminu, žlutého barviva přítomného v kořenech Curcuma longa L. (Zingiberaceae).
Pravděpodobný průběh jeho biosyntézy je následovný:
CO-SCoA
OH
OMe
OH
O
CO SCoA
OMe
CO-SCoA
CH2
CO2H
- CO2
CO-SCoA
OH
OMe CO SCoA
OH OH
O
OMe OMe
O
- CO2
OH OH
O O
OMe OMe
+
+ HSCoA
H2O
kurkumin
70
Podle způsobu tvorby patří do této skupiny látek rovněž kyselina piperová a její
geometrický isomer kyselina chaviková. Obě uvedené kyseliny tvoří acylovou složku
piperinu a chavicinu, což jsou amidy uvedených kyselin s piperidinem. Piperin je ostře
chutnající složkou pepře Piper nigrum L. (Piperaceae).
CO-SCoA
O
CO SCoA
CO-SCoA
CH2
CO2
H
- CO2
CO SCoA
O
N
H
O
O
O
N
+
a b
piperin (a, b = E)
chavicin (a, b = Z)
71
8.5.2 Obsahové látky Piper methysticum
V kořenech označovaných "KAWA", získaných z Piper methysticum G. Forst.
(Piperaceae), je přítomná skupina látek, jejichž biogenézu lze předpokládat jako u piperové
kyseliny dodáním C2 fragmentů k cinnamoylovému prekurzoru. Struktura Kawa-pyronů
naznačuje, že mohou být pokládány za cyklizované formy prekurzorů, které se tvoří
prodloužením kyseliny skořicové zabudováním dvou C2 jednotek.
CO-SCoA
O
CO-SCoA
O
CO-SCoA
CH2
CO2H
- CO2
CH
OH
CH2
CO
CH2
CO
SCoA
C
OH
CH
CO
CH2
CO
SCoA
O
OMe
O
R
R
MeO
O O
OMe
+2
yangonin
kawain R = R = H
methysticin R,R = O-CH2-O
72
8.5.3 Stilbeny
Přírodní polyhydroxy- (a methoxy-) stilbeny vytvářejí skupinu látek, které poskytují další
příklady procesu přidávání polyketidových jednotek k C6-C3 výchozím sloučeninám. Metauspořádání
hydroxylů na jednom z aromatických kruhů tento biogeneticky přiřazují k
cyklizaci poly-β-ketosloučenin, zatímco druhý aromatický kruh je typický fenylpropanoid.
K tvorbě stilbenů pak dochází po cyklizaci hydrolýzou thioesteru a následnou dekarboxylací:
CO
CH2
CO
CH2
CO
CH2
CO-SCoA
OMe
OH
OH
MeOCO-SCoA
CO-SCoA
OH
SCoA
O
HOOC
OH
OH
OH
rhapontigenin
+ 3 C2
p-kumaroyl-CoA
+ 3x
malonyl-CoA resveratrol
73
8.5.4 Flavonoidní sloučeniny
Flavonoidy tvoří jednu z největších skupin přírodních fenolů. V rostlinách se vyskytují
zpravidla jako glykosidy. Flavonoidy jsou C15 sloučeniny (neuvažováno s O-alkyl skupinami
nebo sekundární substitucí), složené ze dvou fenolických jader spojených tříuhlíkatou
jednotkou. Na jednom kruhu bývají hydroxylové skupiny v polohách 1,3 nebo 1, 3, 5 (typ
resorcinolu nebo pyrogallolu), co nasvědčuje tomu, že tento kruh vzniká cyklizací poly-βketokyseliny.
Na druhém kruhu bývají hydroxylové skupiny v poloze 4, v poloze 3,4, nebo
3,4,5-, co naznačuje původ šikimátový, přes kyselinu skořicovou. Flavonoidy tedy vznikají
oběma hlavními cestami vedoucími ke vzniku aromatických látek v biologických systémech.
Obecný průběh biosyntézy látek C6-C3-C6 skeletu může být vyjádřen následovně:
C6-C3 + 3 C2 → C6-C3-(C2)3 → C6(B)-C3-C6(A)
(fenylpropanoid) (acetát)
Biosyntéza flavonoidů probíhá následovně: cinnamoyl-koenzym A reaguje se třemi
molekulami malonylkoenzymu A a sledem reakcí dojde k vytvoření prekurzoru typu
chalkonu, který se dále mění na typ flavonový nebo isoflavonový. V případě isoflavonoidů
jde o radikálovou 1,2-migraci arylu katalyzovanou cytochromem P450. Z nich potom
oxidoredukčními pochody vznikají ostatní typy flavonoidů. Chemické a genetické studie
ukázaly, že způsob hydroxylace, stupeň oxidace, poloha O-methyl- skupin a místo
glykosylace flavonoidů jsou pod specifickou genetickou kontrolou, čím nabývá celá skupina
těchto látek značného významu chemotaxonomického a fylogenetického.
74
CO CH2
CO2
SCoA
CO CH2
CO2
SCoA
CO CH2
CO2
SCoA
OO
O O
SCoA
OOH
OH OH
CO-SCoA
- -
-
3 malonyl-CoA cinnamoyl-CoA
A
B
2',4',6'-OH-chalkon
Typy flavonoidů:
OOH
OH OH
OOH
OH O
OOH
OH O
OOH
OH O
OOH
OH O
OH
OH
OH O
+
OH
OH
OH O
OH
OH O
OH
OH
A
B
A
B
A
B
5,7-OH-isoflavon 2',4',6'-OH-chalkon 5,7-OH-flavanon
5,7-OH-dihydroflavonol
5,7-OH-flavonolanthocyanidin 5,7-OH-flavon
5,7-OH-flavan5,7-OH-flavandiol
katechin
75
8.5.5 Kyselina rozmarínová
Kyselina rozmarínová byla poprvé izolována z Rosmarinus officinalis L. v r. 1958 a je
obsažena i v rostlině Melissa officinalis L. (8 % v sušině). Původně označena jako tříslovina
rostlin čeledi Lamiaceae, později byla nalezena v dalších čeledích vyšších rostlin a
v některých kapradinách a v růžkatcích (vodní rostlina).
Prekurzorem kyseliny rozmarínové je kyselina šikimová, ze které se tvoří sledem reakcí
aminokyseliny L-fenylalanin a L-tyrosin a následně kyselina skořicová a kyselina 4hydroxyfenylpyrohroznová.
Všech osm enzymů zúčastněných v biosyntéze je známých a
charakterizovaných. Do kyseliny rozmarínové jsou inkorporované dvě aminokyseliny,
fenylalanin a tyrosin. Je zajímavé, že kyselina kávová je tvořena pouze z fenylalaninu a 3,4dihydroxyfenylmléčná
kyselina jenom z tyrosinu. Ve vyšších rostlinách se nachází řada
derivátů kyseliny rozmarínové, např. kyselina lithospermová, konjugát kyseliny rozmarínové
a kyseliny kávové, nebo kyselina lithospermová B, dimer kyseliny rozmarínové.
76
Biosyntéza kyseliny rozmarínové:
NH2
COOH
NH2
COOH
OH
COOH COOH
OH
O
COOH
OH
COOH
OH
HOH
OH
O
SCoA
OH
O
O
COOH
OH
H
OH
O
O
COOH
OH
H
OH
OH
OH
OH
O
O
C
C
OH
OH
H
COOH
CH3
COOH
HOH
CH3
COOH
HOH
C
C
OH
OH
H
HOOC
O
L-fenylalanin L-tyrosin
PAL
fenylalanin
amoniak lyasa
(E)-kyselina skořicová
TAT
tyrosin amino-
transferasa
kyselina 4-hydroxyfenylpyrohroznová
CAH
4-hydroxylasa
kyseliny skořicové
kyselina 4-kumarová
HPPR
hydroxyfenylpyruvát
reduktasa
kyselina 4-hydroxyfenylmléčná
RAS
syntasa kyseliny
rozmarinové
kyselina rozmarinová
4
DHPP
DHPLkyselina
kávová
4CL
4-kumarát:CoA
ligasa
kaffeoyl
koenzym A
3'3
kyselina 4-kumaroyl-4'-hydroxyfenylmléčná
4'
4
4'
R(+)-2-(3,4-dihydroxycinnamoyloxy)-3-(3,4-dihydroxyfenyl)propionová
kyselina
3
4
1
2
3
kyselina mléčná
S(-)-2-(3,4-dihydroxycinnamoyloxy)-3-(3,4-dihydroxyfenyl)propionová
kyselina
(S)-; L forma
kyselina mléčná
(R)-; D forma
2
4
3
1
2
4
3
3
1
3
77
8.5.6 Naftochinony
Kyselina šikimová je výchozí látkou rovněž pro naftochinony, které se z ní tvoří dvěma
způsoby. Při prvním se na kyselinu šikimovou připojí kyselina α-keto- glutarová za vzniku
kyseliny o-sukcinylbenzoové. Syntéza pokračuje přes kyselinu 4hydroxytetralonkarboxylovou
k naftochinonům typu juglonu nebo droseronu. Benzenový
kruh a jeden uhlíkový atom chinonového kruhu pocházejí z kyseliny šikimové. /A/
Druhá cesta vede z kyseliny šikimové přes tyrosin a kyselinu homogentisovou
k toluchinolu. Připojením isoprenové jednotky a sledem dalších reakcí dojde k vytvoření
substituovaného naftochinonu. V tomto případě je z kyseliny šikimové tvořen chinonový
kruh. /B/
OH
OH
OH CO2
H
O
HO2
C
CO2
H
O
CO2HCO2H
O
O
CO2H
OH
NH2
CO2H
OH
CH3
OH
OH
OH
CH3 CH3
O
O
CH3
(A)
(B) + C5
toluchinol
8.5.7 Anthrachinony, vitamin K
Jako výchozí látky pro další biosyntéz se uplatňují naftochinony. Za bezprostřední
prekurzor vitaminu K se pokládá dihydronaftochinon (kys. 1,4-dihydroxynaftoová), na který
se naváže několik C5 jednotek (dimethylallylové jednotky) za vzniku uvedeného vitaminu.
Z dihydronaftochinonu připojením jedné C5 jednotky a cyklizací se mohou tvořit rovněž
anthrachinony, zejména v čeledi Rubiaceae (alizarin, lucidin).
78
OH
OH
CO2
H
- CO2
O
O
O
O
CH3
+ [C5]1 - n
[ ]n
anthrachinon
vitamin K
79
9 PŘÍRODNÍ LÉČIVA ODVOZENÁ OD KYSELINY OCTOVÉ –
POLYKETIDY
Polyketidy představují velkou skupinu strukturně značně rozdílných přírodních látek,
které se řadí do jedné skupiny pouze na základě biogenetického původu. Formálně je lze
odvodit od kyseliny octové, která je ve své aktivní formě – acetylkoenzymu A – výchozím
bodem pro další biosyntetické pochody. Acetylkoenzym A se tvoří:
 aktivací kyseliny octové (působením koenzymu A a ATP)
CH3–COOH + HS–CoA + ATP → CH3CO~SCoA + AMP + difosfát
 oxidativní dekarboxylací kyseliny pyrohroznové
Kyselina pyrohroznová vzniká v živých organizmech rozkladem cukrů glykolytickým
reakčním sledem.
Aerobní podmínky → acetylkoenzym A
CH3–CO–COOH + HS–CoA + NAD → CH3–CO~S–CoA + CO2 + NADH2
Acetylkoenzym A vykazuje dvě základní funkční vlastnosti:
a) Aktivací α-vodíkových atomů acetylové methylskupiny (enzymatická deprotonace)
získává uhlíkový atom anionový charakter.
CH3
CO SCoA C CO SCoA
-H+
..b)
Neobyčejně elektrofilní charakter karbonylové skupiny thiolesteru poskytuje místo pro
atak nukleofilním látkám, které jsou v případě polyketidů představovány anionovým
C atomem deprotonovaného esteru.
CH3CO SCoA
H CH2CO SCoAB CH2CO SCoA
CoA SH
CH3CO
+
Opakování uvedeného procesu vysvětluje mechanizmus dalšího přidávání C2 jednotek a
tvorbu β-polykarbonylových sloučenin. Reakce se dá mechanizmem popsat jako Claisenova
kondenzace.
80
CH3COCH2CO SCoA
CH3CO SCoA
CH3COCH2COCH2CO SCoA CoA-SH+
CH3 SCoA
O
CH2 SCoA
O
O O H
CH3
O
C
H2
SCoA
SCoA
O
CO2
C
H2
SCoA
OO
CH3
CH2 SCoA
O
O O H
C
H2
SCoA
OO
CH3 n
CO2
Polyketosloučeniny obsahují methylenovou skupinu lokalizovanou mezi dvěma
karbonylovými skupinami a jsou proto velmi reaktivní. Jejich reakce mohou být následovné:
a) Alkylace nebo hydroxylace methylenové skupiny (alkyl velmi často představuje 5
nebo 10 uhlíková jednotka terpenoidu):
O
OH
O
CH3
O
C5
81
b) Dva řetězce polyketosloučenin se mohou spojit oxidativní reakcí enolů:
O O
O O O O
c) Ketoskupina se může redukovat na alkohol:
CH2 CO CH2
CHOH CH2
CH2
d) Terminální karboxyl se může dekarboxylovat za vzniku látek s lichým počtem uhlíků:
R COCH2 COOH
- CO2
R COCH3
e) Reakce karboxylové skupiny acetogeninů jsou iniciované přeměnou na thioester
R COCH2 COOH SCoAR COCH2 CO
f) Cyklizace, která vede k celé řadě strukturně velmi rozdílných látek (viz kap. 9.2).
Acetogeniny se rozdělují do dvou základních skupin:
1. alifatické, kam patří nasycené a nenasycené mastné kyseliny, tuky, oleje, vosky,
fosfolipidy, prostaglandiny a polynenasycené sloučeniny – polyyny (polyacetyleny).
2. aromatické, vznikající cyklizací polyketidových řetězců. Sem se zařazují fenoly a
jejich deriváty, naftochinony, anthrachinony, dianthrony, tetracykliny, griseofulvin,
lišejníkové kyseliny, deriváty floroglucinolu z kapraďorostů a makrolidy.
Rozdíl je v biosyntetické cestě. Ad 1) ketoskupina se redukuje na hydroxyskupinu,
následuje dehydratace a vznik alifatických látek. Ad) 2 zachování ketoskupin až do cyklizace.
K výše uvedeným skupinám se ještě přiřazují látky s neobvyklým startérem biosyntézy –
flavonoidy, stilbeny, aflatoxiny, akridinové alkaloidy, kannabinoidy, tetracykliny a
avermektiny. Přírodní látky odvozené od acetátů jsou dále často modifikovány kombinací
s terpenoidní jednotkou (např. acylfloroglucinoly chmele nebo třezalky).
82
9.1 Alifatické acetogeniny
9.1.1 Nasycené mastné kyseliny
Pro tvorbu mastných kyselin obecné struktury CH3(CH2CH2)nCOOH musí být výše
uvedená kondenzace acetátových jednotek doprovázena redukcí ketoskupiny, převádějící
karbonyl –CH2CO– na –CH2CH2–. Připojení další C2 jednotky se realizuje až po
předcházející redukci. Tento proces je ve skutečnosti opačným postupem degradace mastných
kyselin (tzv. β-oxidace), avšak modifikovaný ve dvou důležitých ohledech: účast oxidu
uhličitého a přítomnost nezbytného enzymatického systému umožňujícího redukci.
Účast oxidu uhličitého při syntéze mastných kyselin se soustřeďuje na počáteční
karboxylaci acetylkoenzymu A za vzniku malonylkoenzymu A. Je zřejmé, že dvojnásobně
aktivovaná methylenová skupina derivátu kyseliny malonové je daleko snadněji převáděna na
nukleofilní α-uhlíkový anion než ester kyseliny octové. Souhrnný proces prodloužení řetězce
o C2 jednotku je následovný:
CH3CO SCOA
COOH
CH2
CO SCoA
RCH2CO SCoA
RCH2COCH2CO SCoACHCH2CO SCoA
OH
RCH2
RCH2CH CHCO SCoA RCH2CH2CH2CO SCoA
RCH2
CH2
CH2 COOHn
*
Karboxylace acetylkoenzymu A (1) je katalyzovaná enzymem, jehož prostetickou
skupinou je biotin (vitamin B7), který se přímo účastní přenosu CO2 na acetylkoenzym A.
Role biotinu spočívá v jeho transformaci v intermediát N-karboxylovou kyselinu:
NNH
S
COOH
O
COOH NHNH
S
COOH
O
CH3
CO SCoA
CH2CO SCoA
COOH
+
malonyl-CoA
biotin
Kondenzace malonylkoenzymu A s karbonylovou skupinou acylkoenzymu A je
doprovázena ztrátou oxidu uhličitého. Úplné schema syntézy mastných kyselin, založené na
83
přidávání malonylkoenzymu A k rostoucímu R(CH2)nCO-SCoA řetězci, bylo doplněno
zjištěním, že probíhá na zvláštním enzymu – proteinovém nosiči acylu, známém jako
"syntetáza mastných kyselin". Syntetáza je vlastně multifukčním komplexmím proteinem
umožňujícím komplikovaný sled reakcí. Malonylkoenzym A i acylkoenzym A jsou
převedeny na thiolestery sulfhydrylové skupiny molekuly proteinu, takže reagující součásti
jsou ̶ CO ̶ S ̶ enzym spíše než ̶ CO ̶ S ̶ CoA estery. Po vazbě malonylkoenzymu A na rameno
enzymu (2) dojde ke Claisenově kondenzaci (3) s acylovou skupinou také vázanou na enzym.
Následná ketosloučenina je stereospecificky redukována (4) a dehydratována (5) E (cis)
eliminací a po redukci dvojné vazby (6) buď opakovaně vstupuje do Claisenovy reakce (3)
nebo je uvolněna v podobě látky vázané na CoA nebo volné sloučeniny.
CH3
CO SCoA CH2
COHOOC SCoA
CH2COHOOC SE
RCH2
CO SE
RCH2
COCH2
CO SE ESH CO2
NADP
NADPH
RCH2
CH
OH
CH2
CO SERCH2
CH CHCO SE
RCH2 CH2 CH2CO SE
FADFADH
CoASH
RCH2CH2CH2CO SCoA ESH
CO2, ATP
biotin
(1) (2) enzym obsahující
SH skupinu = ESH
(3)
+ +
+
(4)
(5)
vstupuje do reakce (3)
(6)
+
konečný produkt (volná kyselina, glycerid atd.)
Záměna výchozí látky – acetylkoenzymu A za jiné acyl-CoA a následné prodloužení
řetězce malonylkoenzymem A je rovněž možné. Jako startér syntézy mastných kyselin s
dlouhým řetězcem mohou vedle acetylkoenzymu A sloužit CoA estery dalších kyselin, např.
propionové, isomáselné, isovalerové a α-methylmáselné.
84
Výchozí látka (acyl-CoA
vstupující do reakce)
Příklad vytvořené kyseliny
(prodloužení o 14 uhlíků)
Počet atomů
uhlíku
CH3COOH CH3(CH2)14COOH 16
CH3CH2COOH CH3CH2(CH2)7COOH 17
CH3CH2CH(CH3)COOH CH3CH2CH(CH3)(CH2)7COOH 17
(CH3)2CHCOOH (CH3)2CH(CH2)7COOH 18
Uvedené příklady samozřejmě nevyčerpávají všechny možnosti výchozích látek pro
prodlužování řetězce o C2 jednotky. Bylo dokázáno, že jako "startér" uvedené reakce může
sloužit celá řada strukturně rozmanitých látek.
Je známé, že obvyklé mastné kyseliny, v přírodě se vyskytující převážně jako estery
(tuky, vosky, glykolipidy, fosfolipify), obsahují sudý počet uhlíkových atomů. Jsou
definovány obecným složením CH3(CH2)nCOOH, kde n = 2, nebo násobek dvou. Nejběžněji
se vyskytujícími nasycenými mastnými kyselinami jsou palmitová (n = 14) a stearová (n =
16).
Nejběžnější nasycené mastné kyseliny jsou:
Chemický název Triviální název Vzorec Počet atomů
uhlíku
n-hexanová kyselina kapronová CH3(CH2)4COOH 6
n-oktanová kyselina kaprylová CH3(CH2)6COOH 8
n-dekanová kyselina kaprinová CH3(CH2)8COOH 10
n-dodekanová kyselina laurová CH3(CH2)10COOH 12
n-tetradekanová kyselina myristová CH3(CH2)12COOH 14
n-hexadekanová kyselina palmitová CH3(CH2)14COOH 16
n-oktadekanová kyselina stearová CH3(CH2)16COOH 18
n-eikosanová kyselina arachidová CH3(CH2)18COOH 20
85
n-dokosanová kyselina behenová CH3(CH2)20COOH 22
n-tetrakosanová kyselina lignocerová CH3(CH2)22COOH 24
n-hexakosanová kyselina cerotová CH3(CH2)24COOH 26
n-oktakosanová kyselina montanová CH3(CH2)26COOH 28
n-triakontanová kyselina melissová CH3(CH2)28COOH 30
9.1.2 Nenasycené mastné kyseliny
Nenasycené (olefinické) mastné kyseliny vznikají dvěma způsoby. Prvním je přímá
dehydrogenace nasycených mastných kyselin u aerobních organizmů, přičemž dvojná vazba
je v poloze 9, 10. Bylo dokázáno, že např. stearoyl-SE je vhodným substrátem pro
dehydrogenaci a vznik kyseliny olejové:
CH3(CH2)7CH2-CH2(CH2)7COOH CH3
(CH2
)7
CH=CH(CH2
)7
COOH
Tvorbu olefinických mastných kyselin v rostlinách lze znázornit následovně:
CH3
(CH2
)14
COOH
CH3(CH2)16COOH
CH3
(CH2
)7
CH=CH(CH2
)7
COOH
CH3
(CH2
)4
CH=CHCH2
CH=CH(CH2
)7
COOH
CH3
CH2
CH=CHCH2
CH=CHCH2
CH=CH(CH2
)7
CO2
H
acetát + malonát
kyselina palmitová
kyselina stearová
- 2H
kyselina olejová
- 2H
- 2H
kyselina linolová
kyselina linolenová
Při druhém způsobu nejdříve vzniká hydroxykyselina a její dehydratací se vytváří dvojná
vazba. Vznikají vždy cis- isomery.
86
CH3
(CH2
)7
CH2
C
H
OH
CH2
CO SCoA CH3
(CH2
)7
CH CHCH2
CO SCoA
-H2O
+ 3xC2 jednotky
kyselina olejová
Mezi nejfrekventovanější nenasycené mastné kyseliny patří:
Triviální název
a chemický
název
Vzorec
Počet
atomů
uhlíku
Olejová
cis-9-
oktadecenová
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 18
Linolová
all-cis-9,12-
oktadekadienová
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH-(CH2)7COOH 18
Linolenová
all-cis-9,12,15-
oktadekatrienová
CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7CO2H 18
Ricinolejová
12-hydroxy-cis-
9-oktadecenová
CH3(CH2)5(CHOH) CH2CH=CH-(CH2)7CO2H 18
Arachidonová
all-cis-5,8,11,14-
eikosatetraenová
CH3(CH2)3CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3CO2H 20
Eruková
cis-13-
dokosenová
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11CO2H 22
Z kyseliny olejové se přes kyselinu ricinolejovou (přenos methylové skupiny pomocí
methioninu) tvoří kyselina sterkulová, která je složkou oleje přítomného v semenech rostlin z
čeledí Malvaceae a Sterculiaceae. Součástí sterkulové kyseliny je cyklopropenový kruh.
Kyselina ricinolejová je hydroxyderivát nenasycené mastné kyseliny, vyskytující se v oleji z
ricinových semen.
87
CH3(CH2)7CH CH(CH2)7COOH
CH3(CH2)5 CH
OH
CH2 C
H
CH(CH2)7COOH CH3
S CH2
CH2
C
H
NH3
+
COO
C
H
C
H
CH3(CH2)7 (CH2)7COOH
CH2
C CCH3
(CH2
)7
(CH2
)7
COOH
CH2
SCoA
OCH2
H
C CCH3(CH2)7 (CH2)6COOH
CH2
kyselina
olejová
kyselina ricinolejová methionin
kyselina dihydrosterkulová
kyselina sterkulová
kyselina malvová
Z nenasycených cyklických kyselin mají význam v terapii kyselina hydnokarpová,
chaulmoogrová a gorlová, které jsou součástí chaulmoogrového oleje, používaného při léčení
lepry. Vznikají cyklizací nenasycených kyselin.
(CH2)10COOH (CH2)12COOH (C12H22)COOH
kyselina hydnokarpová kyselina chaulmoogrová kyselina gorlová
Proces desaturace mastných kyselin je v současnosti studován v souvislosti s rozvojem
tzv. civilizačních oemocnění. Je známo, že pozice, stupeň nenasycenosti a orientace dvojných
vazeb jsou řízeny enzymaticky s ohledem na produkční organizmus. Desaturace v živých
organizmech probíhá směrem ke koncovému methylu kyseliny. Syntéza mono- a di- enových
kyselin probíhá zejména v rostlinách a houbách, další kroky pak v organizmech živočichů.
Savčí desaturázy vytvářejí nové dvojné vazby směrem ke karboxylu, rostlinné desaturázy (a
houby) umožňují vytvořit dvojnou vazbu mezi existující dvojnou vazbou a methylovým
88
koncem. Celou řadu takových látek je pro savčí organizmus obtížné (nemožné) vytvořit, proto
takové mastné kyseliny nazýváme esenciální.
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
CO
SR
R = SCoA (živocichové, houby)
R = ACP (rostliny)
kyselina stearová (18:0)
kyselina olejová (18:1 (9c))
desaturace ke karboxylovému konci
(savci)
desaturace ke methylovému konci
(rostliny, houby)
kyselina linoleová (18:2 (9c, 12c)) kyselina alfa-linolenová (18:3 (9c, 12c, 15c))
desaturace ke karboxylovému konci
(savci)
desaturace ke karboxylovému konci
(savci)
kyselina stearidonová (18:4 (6c, 9c, 12c, 15c))kyselina gamma-linolenová (18:3 (6c, 9c, 12c))
desaturace ke methylovému konci
(rostliny, houby)
+C2 (malonyl-CoA)
kyselina dihomo-gamma-linolenová (20:3 (8c, 11c, 14c)) kyselina eikosatetraenová (20:4 (8c, 11c, 14c, 17c))
kyselina eikosapentaenová (EPA) (20:5 (5c, 8c, 11c, 14c, 17c))kyselina arachidonová (20:4 (5c, 8c, 11c, 14c))
+C2 (malonyl-CoA)
kyselina dokosapentaenová (DPA) (22:5 (7c, 10c, 13c, 16c, 19c))kyselina dokosahexaenová (DHA) (22:6 (4c, 7c, 10c, 13c, 16c, 19c))
Prostaglandiny 1. serie
Prostaglandiny 2. serie
Prostaglandiny 3. serie
9.1.3 Prostaglandiny
Prostaglandiny představují skupinu látek, které jsou ubikvitární ve všech orgánech,
tkáních a tělních tekutinách zvířat a lidí. Poprvé byly nalezeny v prostatě – odtud jejich
pojmenování. Jejich biologické účinky jsou extrémně silné a podle druhu prostaglandinu
značně rozdílné. V živočišných tkáních a plasmě se nacházejí prostaglandiny ve velmi malých
množstvích (1-100 μg/ml). Jejich relativně složitá syntéza, vzhledem ke čtyřem chirálním
centrům a poloze funkčních skupin, byla vyřešena v závěru 70. let minulého století. Jako
zdroj prostaglandinů jsou známy mořské korály Plexaura homomalla Esper, kde jsou v
koncentraci okolo 1,5 %, ale terapeuticky používané prostaglandiny jsou v současnosti
připravované synteticky.
Prostaglandiny jsou skupinou látek odvozenou z 20 uhlíkatých nenasycených mastných
kyselin. Základní skelet prostaglandinů je odvozený od cyklopentanového kruhu, 7-
89
uhlíkového řetězce s karboxylem a 8-uhlíkovým řetězcem s koncovým methylem. Základní
skelet prostaglandinů nazýváme prostanovou kyselinu, a její deriváty pak prostanoidy. Termín
eikosanoidy je pak rozšířen na soubor prostaglandinů, tromboxanů a leukotrienů (všechny
C20). Semi-systematická nomenklatura prostaglandinů je založená na substituci cyklopentanu
(označení písmenem A-I), a počtu dojných vazeb. α a β je používáno pro označení
konfigurace na C-9 (α přírodní, β některé syntetické).
Prostaglandiny se tvoří v živočišném organizmu zejména z kyseliny linolenové přes
kyselinu 8,11,14-eikosatrienovou, která oxidací přechází v cyklický endoperoxid, který je
přímým prekurzorem prostacyklinu či thromboxanu B2. Z endoperoxidu dále vznikají
tautomerisací a redukcí prostaglandiny PGE1 a PGF1α. Tvorba prostaglandinů je katalyzována
multienzymovým komplexem.
11
9
CO2H
O
O
O O
COOH
9
11
OH
O
OH
CO2H
11
9
CO2H
O
O
O
O
COOH
O OH
O
O
O
COOH
OH
OH
OH
kyselina  8,11,14-eikosatrienová
cyklický endoperoxid
tromboxan B2
prostacyklin
PGE1
KYSELINA LINOLENOVÁ
COX
PGG2
90
O
R1
R2
O
R1
R2
O
R1
R2
OH
R1
R2
O
O
R1
R2
OH
OH
R1
R2
OH
R1
O OH
O
O R1
O
O
R2
R2
O
COOH
OH
PGA PGB PGC PGD PGE PGF
PGG
PGH
PGI
R1 R2
COOH
OH
COOH
OH
COOH
OH
9.1.4 Estery mastných kyselin
Mastné kyseliny se v přírodě běžně vyskytují jako estery s glycerolem nebo jinými
alkoholy. Tyto sloučeniny souhrně označujeme jako lipidy. Rozdělujeme je na jednoduché
lipidy a složené lipidy.
9.1.4.1 Jednoduché lipidy
Mezi jednoduché lipidy je možno zahrnout tuky a oleje, které představují estery vyšších
mastných kyselin (často kyseliny olejové, linolové a palmitové) a trojmocného alkoholu
91
glycerolu. Druhou skupinu představují vosky jako estery vyšších mastných kyselin a
primárních nebo sekundárních alifatických alkoholů.
Tuky můžeme podle stupně esterifikace glycerolu rozlišit na mono-, di- a triacylglyceroly.
Acylové zbytky na glycerolu mohou být značně různorodé. Biosyntéza tuků je
založena na postupné reakci glycerol-3-fosfátu s aktivní formou mastné kyseliny.
OP
OH
OH
OP
O
OH
COR1
R1
COSCoA R2
COSCoA
OP
O
R2
COO
COR1
OH
O
R2
COO
COR1
OH2
O
O
R2
COO
COR1
COR3
R3
COSCoA
9.1.4.2 Složené lipidy
Fosfátová skupina na glycerolu může zůstat zachována (vzniká diacylglycerol-3-fosfát).
Fosfátová skupina zde může být dále substituována a vzniká tak celá škála tzv. fosfolipidů,
biologicky a technologicky významných molekul. Příkladem mohou být např.
fosfatidylcholin, fosfatidylethanolamin, fosfatidylserin, fosfatidyl-myo-inositol nebo tzv. PAF
(platelet aggregating factor).
O
O
R2COO
COR1
P
O
OH
OR3
O
O
CH3
COO
(CH2)15CH3
P
O
OH
OCH2CH2N(CH3)3
CH2CH2N(CH3)3
CH2
CH2
NH3
CH2CHCOOH
NH2
OH
OH
OH
OH
OH
fosfatidylcholin
fosfatidylethanolamin
fosfatidylserin
fosfatidyl-myo-inositol
PAF
92
9.1.5 Polyacetylenové sloučeniny (polyyny)
Acetylenické sloučeniny a látky od nich odvozené jsou v přírodě dosti rozšířené.
Vyskytují se zvláště v rostlinách z čeledí Asteraceae, Apiaceae a Araliaceae a v houbách třídy
Basidiomycetes. V současnosti je známo více než 400 acetylenických sloučenin přírodního
původu.
Biogeneticky lze polyyny odvodit od nenasycených mastných kyselin (olejová,
linolenová) přes kyselinu krepeninovou, která je pokládána za klíčový meziprodukt:
COOH
kyselina krepeninová
Mezi polyyny patří např.:
OH
dehydromatricarianol
O
O
dehydromatricariaester
a další látky, přítomné např. v rostlinách rodu Dahlia - jiřinka, (Asteraceae), z nichž některé
se pěstují u nás jako okrasné květiny.
Terapeuticky významné jsou i polyyny přítomné v rostlinnách rodu Echinacea. Polyyny se
zde nacházejí ve formě alkylamidů (dieny-diyny, bez trojné vazby tetraeny)
N
H
O
Echinacea alkylamid
Polyyny jsou rovněž přítomné v rostlině Cicuta virosa L. - rozpuk jízlivý (Apiaceae) a
v Aethusa cynapium L. - tetlucha kozí pysk (Daucaceae). Polyacetylenové látky jsou většinou
velmi toxické a v terapii se nepoužívají. Významné jsou z hlediska toxikologického.
OH
OH
cikutoxin
93
Výjimku tvoří některé antimikrobiálně účinné látky, jako např. antibiotikum mykomycin,
produkovaný Actinomycetes Nocardia acidophyllus, který jako vedlejší látky polyynového
charakteru tvoří ještě kyselinu nemotinovou a odysovou.
OH
O
mykomycin
OH
OH
O
kyselina nemotinová
Antibakteriální účinek vykazuje karlínový oxid přítomný v kořenech Carlina acaulis L. –
pupava bezlodyžná (Asteraceae), dále kapilin, přítomný v některých druzích rodu Artemisia –
pelyněk (Asteraceae), který vykazuje také účinek fungistatický.
O
CH2
CC
CO C C C C CH3
karlínový oxid
kapilin
9.2 Cyklické acetogeniny
9.2.1 Fenoly a jejich deriváty
"Acetátová hypotéza" tvorby přírodních látek obsahujících aromatické jádro (nejčastěji
fenol) vycházela z prostých úvah o možných reakcích poly-β-ketosloučeniny. Přítomnost
aktivovaných methylenových skupin a reaktivních karbonylových skupin umožňuje dva
druhy reakcí, vedoucích k cyklizaci, při které vznikají aromatické sloučeniny. V prvním
případě intramolekulární aldolizací (2→7) dochází ke vzniku resorcinol karboxylové
kyseliny. Ve druhém případě intramolekulární uhlíkovou acylací (1→6) typu Claisenovy
kondenzace dochází k tvorbě acylfloroglucinolu.
94
C7
CH2
6
C
5
CH2
4
C3
CH2
2
O
O
R O
C
1
O
O
R´
C1
CH2
2
C
3
CH2
4
C5
CH2
6
O
O
OR´
O
C
7
O
R
C
OR
OHOH
OH
COOR´
OHR
OH
COOR´
OHCH3
OHR
OH
OHCH3
OH
COOH
R
O O O
R´
O
redukce na C5
acylfloroglucinol
resorcinol
karboxylová kyselina
- CO2
resorcinol
kyselina orselinová
intramolekulární
aldolová
kondenzace
intramolekulární
C acylace
6-methylsalycilová
kyselina
7
6
5
4
3
2
1
2 7
1 6
Jinými způsoby cyklizace acetogeninů mohou vznikat deriváty pyronů a naftochinonu.
O
OCH2
COR R
O
CH2COOR´
R
O O O
R´
O
7
6
5
4
3
2
1
37
15
Pyrony
95
C
O
O O
O R
O
CO SCoA
OH
OH O
R
O
COOH
Naftochinony
Mezi přírodními látkami je celá řada takových, jejichž struktura je v souladu
s mechanizmem cyklizace poly-β-keto-sloučenin, vznikajících z C2 jednotek. Následující
schéma ve zjednodušené formě uvádí několik takových příkladů aplikace "acetátové
hypotézy". Početné sekundární transformace zahrnují vstup nebo odstranění kyslíkatých
funkcí (OH, OCH3), zavedení alkyl-substituentů, oxidaci substituentů již přítomných (např.
CH3→ CH2OH → CHO → COOH), ztrátu CO2 z terminální skupiny -COCH2COOH a
některé další.
CH3
COOH O O
O O
O
O
O SEnz
OO
O
O
COSEnz
OHOH
OH
OH
COSEnz
OH
OH
OH
O O
7x
Dvojnásobná
aldolová kondenzace
Enolizace
Využití koncového karboxylu
pro tvorbu laktonu
Biosyntéza alternariolu jako příklad syntézy cyklických acetogeninů
Počet acetátových jednotek spojovaných do polyketidového řetězce a enzymová výbava
produkčního organizmu jsou zárukou široké variability biosyntetizovaných cyklických
acetogeninů. Jako příklady jsou uvedeny kyselina orselinová (Lichen islandicus (L.) ACH.),
eugenon (Syzygium aromaticum (L.) Merrill & Perry), alternariol (Alternaria spp.) nebo
endokrocin (Aspergillus fumigatus).
96
O
O
O
CH3
COOH
OH
OH
CH3
COOH
O O
CH3
O
O
COOH
MeO OMe
COCH2
COCH3
OMe
O
CH3
O
O
O
O O
COOH
O O
OH
OH
OH
CH3
CH3O
O
O O O
O O
COOH
CH3
OH
O
OOH
OH
COOH
Předpokládaný
prekurzor x v(C2)x
Přírodní látka
4
5
7
8
endokrocin
alternariol
eugenon
orselinová kyselina
Acetátový původ některých přírodních látek byl jednoznačně potvrzen pokusy
se značenými sloučeninami. Jako příklad mohou posloužit kyselina 3-hydroxyftalová,
griseofulvin a emodin.
97
O
O
OH
OH
OH
O
O
O
Cl
MeO
OMe OMe
COOH
OH
COOH
CH3 COOH Penicillium spp.
Penicillium
islandicum
Rumex spp.
Rhamnus spp.
kyselina 3-hydroxyftalová
griseofulvin
emodin
. .
.
. .
.
.
. .
.
. ..
.. . .
Tvorba polyketidových řetězců se liší od syntézy mastných kyselin v jednom důležitém
ohledu. Při syntéze mastných kyselin musí být vytvořené meziprodukty typu RCOCH2COSCoA
redukovány na RCH2CH2CO-SCoA před připojením další C2 jednotky. Při biosyntéze
přes polyketidy je řetezec typu RCOCH2COCH2-CO-SCoA intaktní až do okamžiku
cyklizace. Jak je vysoce reaktivní poly-β-ketořetězec stabilizován před cyklizací?
Nejpravděpodobnější je to, že existuje jako polyenol, který může být stabilizován vodíkovými
vazbami na vhodně orientovaný povrch enzymu, nebo chelatací s ionty kovů.
RCOCH2COCH2COCH2COCH2CO SCoA
R
C
O
CH2 CH
O
C
CH2
O
K
O
CH
C
K
O
SCoA
C CH C CH2
O
C
OH
CH CO SCoA
OH
RCOCH2
H
enzym
enzym
98
9.2.2 Deriváty floroglucinu přítomné v kapraďorostech
Skupina sloučenin nacházejících se v kapradinách (např. druhy rodu Dryopteris) sestává
ze dvou methylovaných floroglucinolových jednotek acylmalonátového původu, spojených
přes methylenový můstek. Obecně lze vznik látek uvedeného typu znázornit následovně:
OH
CH3
OH
R
OH
CH3
O
CH3
OH
R
OH
CH2
O
CH3
OH
R
OH
CH2
+
O
CH3
OH
R
OH
CH2
O
CH3
OH
R
OH
O
CH3
OH
R
OH
C
H2
O
CH3
OH
R
OH
CH3
OH
R
OH
CH2
OH
CH3
OH
R
OH
MeO
(-2e, -2H+)
margaspidin R=COC3H7
Barevně označené C atomy methylskupin a methylenové skupiny pocházejí z methioninu.
Methylenbisfloroglucinoly přítomné v rodu Dryopteris mají anthelmintický účinek. Používají
se v případě přecitlivělosti na syntetická anthelmintika.
9.2.3 Deriváty anthrachinonu
V pokusech změřených na inkorporaci 14
C značené kyseliny octové do cyklických
acetogeninů bylo zjištěno, že syntézu zahajující "startér" odvozený z první jednotky kyseliny
octové v sekvenci CH3CO-CH2CO-CH2CO→ byl značen v poněkud větší míře, než další
připojené C2 jednotky. Toto pozorování vedlo k závěru, že existuje určitý rozdíl
mezi počáteční C2 jednotkou a těmi zbývajícími. Vysvětlení tohoto jevu bylo dáno zjištěním,
že tvorba C2-C2-C2→ polyketidového řetězce se děje připojováním malonylových jednotek
více než jednotek acetylových k startující acetylskupině. Experimentální důkaz "převahy"
acetát-malonátového původu nad acetát-acetátovým původem většiny polyketidů byl podán
brzy poté, co byla zjištěna existence a význam malonylkoenzymu A v biosyntetických
pochodech.
99
Jednou ze skupin látek, vznikajících uvedeným způsobem jsou rovněž deriváty
anthrachinonu.
CO SCoACH3
CH2 CO
CO2
H
SCoA
CH3
O
O
O O O
CO
O O
SCoA
1
7
.
.x
x xxx
x
xx
Tvorba polyketidového řetězce pro biosyntézu anthrachinonů
Mezi sloučeniny vznikající touto cestou patří také dianthrony (např. Cassia senna Mill.) a
tzv. naftodianthrony (např. Hypericum perforatum L.). Anthrachinové deriváty jsou
v rostlinách přítomné jak ve formě aglykonů, tak jako glykosidy (v podobě jak C tak O
glykosidů).
CH3
O
H H
OH
OH
CO2H
CH3
OHO
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
O OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
O OH
OH
emodinanthronemodin
dianthron
hypericin
(naftodianthron)
Syntéza dianthronů a naftodianthronů
100
O
O
O
O O
O O
SEnz
O
O
O O O
COOH
O O O
OH
COOH
O O O
OH
COOH
O
O
OO-H2O -H2O
- COOH - COOH
OHO
O
OH
OH
COOH
OHO
O
OH OHO
O
OH
OH
OHO
O
OH
OH
OHO
O
OH
OH
OHO
O
OH
OH
O
OHO
O
OH
O
Aldolová kondenzace
hypotetické intermediáty biosyntézy
Enolizace
Oxidace
-H2O
Enolizace
Oxidace
-CO2
-H2O
Enolizace
2 x oxidace
-CO2
endokrocin chrysofanol islandicin
Dekarboxylace
usnadnená
ortho lokalizovanou
OH skupinou
Oxidace
methylové skupiny
na alkohol
emodin aloe-emodin
Oxidace alkoholu
na karboxyl
rhein
O-methylace
fenolu
fyscion
Biosyntéza anthrachinonů
101
OH OHO
OH
O OHO
OH
Glc
Glcaloe-emodin anthron
2x UDP-Glc
kaskarosid
Anthrachinonové glykosidy
9.2.4 Statiny
V současnosti široce používanou skupinou látek v terapii hypercholesterolémie jsou tzv.
statiny. Tyto základem přírodní látky jsou to inhibitory HMG-CoA reduktázy. Ve struktuře
obsahují cyklohexen. Biosyntéza probíhá z acetátových jednotek, ale poněkud odlišným
způsobem pomocí tzv. Diels-Alderovy reakce.
O
SCoA
SCoA
O
COOH
OH
SEnz
O
OH
OH
OH
O
OH
H
H
OH
OH
O
OH
H
OH
SEnz
O O
SEnz
O
O
H
O
O
OOH
O
SEnz
O
O
O
O O
O
O
O
+
8x
+
SAM
lovastatin
SAM
Diels-Alder
Me
102
9.2.5 Antibiotika polyketidového typu
9.2.5.1 Tetracykliny
Tetracykliny jsou produktem aktinomycet rodu Streptomyces. Základní skelet
tetracyklinových antibiotik lze odvodit od osmi jednotek malonylkoenzymu A a jedné
jednotky malonamidkoenzymu A, který zahajuje syntézu. Druhý atom dusíku pochází z
glutaminu. Po vytvoření základního skeletu dochází k dalším reakcím, jako je oxidace,
halogenace, redukce, methylace a hydroxylace.
CH2CO SCoA
CONH2
CH2CO SCoA
COOH
CO
O O O O
O
O O O
SCoA
SCoA
CONH2
OH
OHOHOHOH
CONH2
OH
OOHOOH
CONH2
CH3
OH R2
H
N(CH3)2
H
H
R1
OH
1
8
R1 R2
tetracyklin H H
chlorotetracyklin Cl H
oxytetracyklin H OH
oxidace, halogenace,
redukce, methylace,
hydroxylace
malonamid-CoA
malonyl-CoA
1
2
3
4
9.2.5.2 Griseofulvin
Griseofulvin, antifungálně účinné antibiotikum, je produkovaný mikroorganizmy
Penicillium griseofulvum, P. nigrum a P. patulum. Inkorporací 14
C acetátu se dokázalo, že i
tato látka z hlediska biogenézy patří mezi cyklické polyketidy. Formálně lze griseofulvin
odvodit ze sedmi C2 jednotek, přičemž za startér se pokládá acetylkoenzym A, zdrojem
dalších C2 jednotek je malonylkoenzym A.
103
CH3CO SCoA
CH2CO SCoA
COOH
SCoA
O
O
O
O
O O
CH3
O
OH
O
OH
OH
O OH
CH3
OH
O
OH
OH
O OH
CH3
O
1
6
-CoASH
aldolová kondenzace
-H2O
+3CH3
+Cl
griseofulvin
Mezi další antibiotika z této skupiny patří daktylomyciny. Působí i proti tetracyklinrezistentním
kmenům bakterií.
OH
OH O OH O
OH
OH
OHH
O
O
R
NMe2
CONH2
MeO
OMe
Pro úplnost třeba dodat, že alifatické přemostění u ansamakrolidů typu rifamycinu nebo
maytansinu se tvoří rovněž cestou acetyl- nebo malonylkoenzymu A.
9.2.5.3 Lišejníkové kyseliny
Lišejníky, které jsou symbionty houby a řasy, produkují celou řadu strukturně
rozmanitých látek. Nejobecnější lišejníkové sloučeniny jsou depsidy a depsidony, z nichž
kyselina lekanorová a gyroforová představují ty nejjednodušší. Kyselina lekanorová je ester
tvořený O-acylací jedné molekuly kyseliny orsellinové druhou. Gyroforová kyselina je
odpovídající triester. Kyselina orsellinová reaguje v aktivní formě, kterou je její koenzym A.
104
CH3
CO SCoA
OHOH
OH OH
CH3
CO SCoA
O OH
CH3
CO SCoA
CH3
CO
OHOH
CH3
CO SCoA
OHO
O OH
CH3
CO
CH3
CO
OHOH
+
kyselina lekanorová
kyselina gyroforová (triester)
kys. orsellinová
kys. orsellinová
O-acylace
kys. orsellinová
V lišejnících se vyskytuje velmi často také kyselina usnová, která vzniká z dvou molekul
substituovaného floroglucinolu oxidativním zdvojením:
OH
OH
OH
CH3
COCH3
O
O
OH
CH3
OH
CH3
OH
COCH3
COCH3
CH3
2
kyselina usnovásubstituovaný floroglucinol
oxidativní zdvojení
z methioninu
Biosyntetické studium obsahových látek lišejníků je dosti obtížné, vzhledem k jejich
velmi pomalému růstu. Přesto bylo pomocí pokusů se značenými látkami dokázáno, že
lišejníkové kyseliny vznikají acetát-malonátovou cestou. Uvedené kyseliny vykazují
antibakteriální účinky, ale jejich terapeutické využití je poměrně malé.
9.2.5.4 Makrolidy
Mezi makrolidy patří též antibiotika ze skupiny erythromycinů, u kterých se rovněž
předpokládal vznik z poly-β-karbonylových sloučenin za současné methylace aktivní -CH2skupiny
v polyketidu. Tento předpoklad potvrzen nebyl. Pokusy se značenými látkami bylo
105
dokázáno, že makrolidový kruh erythromycinu vzniká inkorporací kyseliny propionové (ve
formě methylmalonylkoenzymu A) do rostoucího řetězce, podle následujícího schematu:
RCO SCoA CH CO
CH3
SCoA
CO2H
RCO CH
CH3
CO SCoA
CH2 CH
CH3
C
CH3
OH
CH
OH
CH
CH3
CO CH
CH3
CH2 C
OH
CH3
CH
5
OR
CH
CH3
CH
3
OR'
CH
2
CH3
CO
1
O
O
O 1
2
3
4
5
O
O
OH
OH
OH
O
O
N(CH3)2
OH
O
OH
OMe
+
erythromycin (R=desosamin, R'=cladinosa)
erythromycin
acyl-CoA
methylmalonyl-CoA
Biosyntéza erythromycinu zahrnuje celou řadou reakcí modifikujících polyketidový řetězec.
Následující schéma ukazuje osud karbonylových skupin polyketidu po redukci.
106
O
SCoA
O
SCoA
COOH
O
OH
OH
OH
OH
SEnz
O
O
O
O
OH
OH
OH
O
O
O
OH
O
O
OHOH
O
OH NMe2
O
OH
MeO
+ neredukovaný
redukovaný
redukovaný
redukovaný
redukovaný
redukovaný,
dehydratovaný,
redukovaný
deoxyerythronolid
erythronolid
D-desosamin
L-kladinóza
Erythromycin A
9.2.5.5 Antifungální polyeny
Poylenové makrolidy představují třídu látek s antifungální, ale bez antibakteriální
aktivity. Skelet makrolidu zde zahrnuje 26 až 38 uhlíků, a přítomný je vysoký počet částečně
konjugovaných dvojných vazeb (E isomery). Biosyntéza je založená na kombinaci malonylCoA
a methylmalonyl-CoA jednotek.
Typickým příkladem těchto látek je nystatin A1 (Streptomyces noursei) a amfotericin B
(Streptomyces nodosus).
107
O
SCoA
COOH
O
SCoA
COOH
O
SCoA
O
EnzS
OH
OH OH OH OH O
OH
OH
OH
OH
O
EnzS
OH
OH OH OH OH O
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH OH OH OH O
O
OH
O
OH
O
OH
OH
NH2
COOH
OH
O
OH
OH OH OH O
O
OH
O
O
OH
OH
NH2
COOH
OH
OH
OH
++ 15x 3x
D-mykosamin
Amfotericin B
Nystatin A1
9.2.6 Anthracyklinová antibiotika
Z některých hub rodu Stremtomyces byla izolována serie tzv. anthracyklinových
antibiotik. Strukturně jsou tyto látky podobné tetracyklinům. Jako starter syntézy zde ale
slouží propionyl-CoA, a studie se značenými prvky ukazují poněkud jiný průběh bisyntézy.
Ve struktuře mají tyto látky netypický cukr L-daunosamin, který je na strukturu přenášen
108
pomocí TDP-glukosy (thymidin-difosfoglukosa). Tyto látky se nepoužívají pro antibiotický
účinek, ale jako cytostatika v terapii leukemie, lymfomů a solidních nádorů.
O
O
OH
OHOMe O
OH
O
O
NH2OH
O
O
OH
OHOMe O
OH
O
O
NH2OH
OH
O
CoAS
O O O
OOOO
O
OEnzS
Daunorubicin
(Streptomyces peuceticus)
Doxorubicin
(Streptomyces coeruleorubidus)
9.2.7 Složené acetogeniny, C-alkylační reakce
Mezi složené acetogeniny se zařazují látky, na jejichž tvorbě se vedle acetogeninu
podílejí prekurzory původem odlišné. Sloučenin takového typu je v přírodě celá řada, a je
popsáno, že kromě acetátového původu se na biosyntéze takových látek podílí např.
mevalonáty nebo šikimáty, případně i jejich kombinace. Prekurzor jiného původu se může
zapojit jak přímo do biosyntézy polyketidového řetězce (např. dříve zmíněné tetracyklíny,
anthracyklíny a další), tak může modifikovat vznikající polyketid C-alkylací. C-alkylace je
usnadněná meta-uspořádáním keto nebo hydroxylových skupin na skeletu polyketidu.
Typickým příkladem uvedené kombinace jsou hlavní obsahové látky Cannabis sativa –
konopí seté (Cannabaceae), z nichž některé mají psychotropní účinek. Acetátová část
molekuly se tvoří cyklizací acetogeninu sestávajícího ze tří zbytků kyseliny octové a
hexanoyl-CoA za vzniku kyseliny olivetolkarboxylové. Ta zreaguje s geranyldifosfátem (Calkylace)
na kyselinu kannabidiolkarboxylovou, která dekarboxylací přejde v kannabidiol a
ten cyklizuje na 9,10-tetrahydrokannabinol (THC).
109
CoAS
O
O
O
O
SEnz
O
COOH
OH
OH
OPP
COOH
OH
OH
COOH
OH
OH
COOH
OH
OH
H
COOH
OH
OH
COOH
OH
O
OH
OH
OH
O
COOH
OH
O
OH
O
Hexanoyl-CoA
3x malonyl-CoA Aldolová kondenzace
Olivetolkarboxylová kyselina
C-alkylace
Kannabigerolová kyselina
Oxidace
s rotací substituentù
Elektrofilní cyklizace
Nukleofilní cyklizace
Tetrahydrokannabinolová kyselina Kannabinolová kyselina
Kannabinol (CBN)
Dekarboxylace
Tetrahydrokannabinol (THC)Kannabidiol (CBD)
Kannabidiolová kyselina
Jiným příkladem může být biosyntéza mykofenolové kyseliny, která je silným
imunosupresorem. Mykofenolová kyselina je produkována v Penicillium brevicompactum.
Jde o acetogenin, do jehož stuktury je zabudován geranyl pocházející z biosyntézy terpenoidů.
Celý skelet je modifikován methylací a oxidací.
110
SEnz
O O O O
SEnz
OO
O
O
SCH3
Ad
R
SEnz
OO
O
O
OH
COOH
OH
OH
OH
O
O
OH
OH
O
O
OH
OH
O
O
OH
O
OH
O
O
OH
CH3
SCH3
Ad
R
OH
COOH
OH
SCH3
Ad
R
C-methylace
pomocí SAM
Aldolová kondenzace
Aromatizace
5-methylorselinová kyselina
Intermediát typu ftalidu
Oxidace methylu na alkohol
Laktonizace
C-alkylace
Farnesyldifosfát
Oxidativní štepení
C-methylace
pomocí SAM
Mykofenolová kyselina
Jiným příkladem biosyntézy, kde jako startér nefiguruje acetyl, resp. malonyl-CoA, je
tvorba aflatoxinů. Patří mezi toxiny produkované plísněmi, zejména Aspergillus flavus a A.
parasiticus.
111
CoAS
O
O
SEnz
O
OO
O
O O
O
OH
OOHO
O
OH
OH
OHO
O
OH
OH O
O
H
OHO
O
OH
OH O
OH
O
O
OHO
O
OH
OH O
O
OHOOH
OH O
O
OH
HOOC
O
O
OO
OH
MeO
O
O
O
O
O
MeO
O
O
O
MeO
OO
O
Hexanoyl-CoA
Aldolová a
Claisenova kondenzace
Aromatizace, oxidace
Serie reakcí nutných pro cyklizaci
a tvorbu ketalu
Bayer-Viligerova oxidace
Hydrolýza,
tvorba furanu
Bayer-Viligerova oxidace
pro otevrení kruhu
Serie reakcí pro
rotaci a tvorbu
etherového mùstku
Formace xanthonu
Sterigmatocystin
Oxidativní štepení aromátu
Recyklizace
Aflatoxin G1
Bayer-Viligerova oxidace
Aflatoxin B1
112
10 TERPENOIDY, ISOPRENOIDY
Největší a strukturně nejrozmanitější skupinou přírodních látek jsou monoterpeny a
původem s nimi příbuzné seskvi-, di-, ses-, tri- a polyterpeny. Směsi nižších prchavých
terpenů byly známy již ve starověku, kde byly používány hlavně pro svou vůni. Jejich
těkavost umožňovala snadný důkaz v čerstvém rostlinném materiálu, odkud byly získávány
jednoduchou destilací a proto též označovány jako prchavé oleje, etherické oleje, silice.
Mnohem později bylo zjištěno, že silice jsou mnohosložkové směsi, ve kterých jsou
zastoupeny kromě jiných i látky terpenoidní povahy.
Pro organickou chemii představují terpeny zcela zvláštní skupinu látek, jejichž studium
vedlo k výraznému obohacení vědomostí i poznání nových mechanizmů reakcí. Nemalý podíl
na dosažených úspěších v této oblasti mají pracovníci Ústavu organické chemie a biochemie
AV ČR v Praze, kteří získali ve druhé polovině minulého století světovou prioritu objevením
celé řady terpenů, především terpenů se středně velkými kruhy.
Chemie terpenoidů, do které může být zařazeno také studium steroidů a karotenoidů,
představuje v současnosti jednu z hlavních oblastí chemie přírodních látek.
Převážná většina terpenoidních sloučenin se vyskytuje v rostlinných pletivech volná, jiné
byly nalezeny jako glykosidy nebo estery s organickými kyselinami a v některých případech
též v kombinaci s proteiny. Nižší členové této skupiny (C10 a C15 sloučeniny) se často
získávají z čerstvého nebo sušeného materiálu destilací s vodní párou, zatímco vyšší členové
(C20 a více) se obvykle izolují extrakcí organickými rozpouštědly a následnou separací a
krystalizací.
Terpenoidní sloučeniny jsou příbuzné jak svým obecným původem, tak i vzájemným
strukturním vztahem. Jak napovídá jejich složení (C10, C15, C20, C30 atd.) jsou tvořeny
násobkem pětiuhlíkaté jednotky, za kterou byl pokládán pětiuhlíkatý skelet isopentylu.
V počátečních fázích studia terpenů bylo zjištěno, že jejich pyrolytickým rozkladem vzniká
uhlovodík isopren (2-methylbutadien) a odtud vzniklo jejich označení i s o p r e n o i d y.
Ačkoliv strukturu většiny terpenů lze formálně odvodit od pětiuhlíkových jednotek
s isoprenovým skeletem, je dnes známé, že terpenoidní sloučeniny ze samotného isoprenu
nevznikají. Následující obrázek ilustruje některé terpenoidy, odpovídající "isoprenovému
pravidlu".
113
O
OH
OH
CO2
H
OH
C
C
C
C
C
isopren
myrcen geraniol
karvon
kafr
farnesol
guajol
kyselina dextropimarová
1
2
3
4
5
6
7
8
skelet isoprenových jednotek
Na uvedené struktury možno pohlížet jako na látky složené ze dvou, tří, nebo čtyř
isoprenových jednotek systémem "hlava - pata".
monoterpeny
seskviterpeny
diterpeny
Později byla nalezena celá řada terpenů, které isoprenovému pravidlu vyhovovaly s
podmínkou připuštění dalších reakcí, jako např. přeskupení původního "hlava - pata"
isoprenoidního skeletu, obvykle spojeného s cyklizací, částečnou degradací či ztrátou jednoho
nebo více uhlíkových atomů. Dnes víme, že jednotlivé pětiuhlíkaté molekuly základní látky
mohou kondenzovat systémem "hlava - pata", "pata - pata", případně "pata - bok", čím
umožňují vznik celé řady látek, jejichž rozmanitost vystupuje výrazně po dalších,
modifikačních reakcích.
114
5
6
7
84
2
1
3
5
6 7
8
4
3 2
1
5
4
3 2
7
6
1
hlava-pata 2,6-dimethyloktan
typ thujan
kamfan
pinan
karan
2,7-dimethyloktan
typ kantharidin
pata-pata
pata-bok
typ fenchan
2,3,6-trimethylheptan
typ p-menthan
10.1 Třídění terpenoidních sloučenin
OZNAČENÍ POČET C5 VÝSKYT
HEMITERPENY 1 součást námelových alkaloidů; některé C5 kyseliny
MONOTERPENY 2 prchavé složky silic (geraniol, menthol, kafr)
SESKVITERPENY 3 součást silic (farnesol, farnesen); některé hořčiny (artabsin)
DITERPENY 4 součást silic, pryskyřic, balzámů (např. kyselina abietová);
vitamin A; gibbereliny (fytohormony); součást některých
alkaloidů (Aconitum L.); fytol (stavební jednotka chlorofylů)
TRITERPENY 6 skvalen; pentacyklické triterpeny; steroidy; kardioaktivní
glykosidy; některé hořčiny
TETRATERPENY 8 karotenoidy; xanthofyly; některá lipofilní rostlinná barviva
POLYTERPENY n kaučuk (cis); gutaperča (trans)
115
10.2 Biogenetický původ isoprenoidní struktury
Až do konce minulého století (1999) byla za základ a universální stavební kámen
terpenoidních sloučenin pokládána kyselina mevalonová, šestiuhlíkatá sloučenina vznikající
kondenzací tří molekul kyseliny octové.
SCoA CH3COCH2CO SCoA CoA SH
C CH2CO2HCH3
OH
CH2
CO SCoA
CoA SH
CH3CO SCoA
C CH2CO2HCH3
OH
CH2CH2OH
C
OPCH3
CH2 CH2CH2OPP
C
OH O
C CH2CH2OPP
CH3
CH2
C CHCH2OPP
CH3
CH3
CH3CO +
+
NADP+
NADPH
ATP
ADP
3
-CO2
- HOP
2
3-methyl-3-butenyldifosfát
acetylkoenzym A acetoacetylkoenzym A
-hydroxy--methylglutaryl-CoA
= isopentenyldifosfát (IPP)
3-methyl-2-butenyldifosfát
= 3,3-dimethylallyldifosfát (DAPP)
3
23
4
isomerasa
HMG-CoA reduktasa
HMG-CoA synthasa
kyselina mevalonová
IPP 100 %
116
Kondenzace dvou molekul acetylkoenzymu A vede k vzniku acetoacetylkoenzymu A, jako
v případě biosyntézy "acetátů". Další krok je však již odlišný, protože při tvorbě terpenoidů
poskytuje acetoacetylkoenzym A aldolovou kondenzací s další molekulou acetylkoenzymu A
β-hydroxy-β-methylglutarylkoenzym A. Z něho vzniká redukcí kyselina mevalonová.
C
OHCH3
HOOCH2C CH2CH2OH
kyselina (R)-mevalonová
Primárně alkoholická skupina kyseliny mevalonové se fosforyluje ve dvou stupních na
difosfát, který je bezprostředním prekurzorem pětiuhlíkatých jednotek. Je pravděpodobné, že
ztráta hydroxylové skupiny při dekarboxylaci - dehydrataci je usnadněna fosforylací terciární
hydroxylové skupiny.
Vytvořený 3-methyl-3-butenyldifosfát (isopentenyldifosfát - IPP) představuje
biogenetickou isoprenovou jednotku. Účast IPP v biosyntéze isoprenoidů a jeho přeměna
na aktivní prenylační agens, je závislá na enzymově katalyzované isomerisaci, při které část
původního 3-methyl-3-butenyldifosfátu (IPP) přechází na 3-methyl-2-butenyldifosfát
(dimethylallyldifosfát – DMAPP), startér polymerizačních reakcí. Tato mevalonátová cesta
probíhá v cytosolu.
V r. 1999 popsali Lange B.M. a Croteau R. druhou cestu vedoucí k isoprenoidům,
nezávislou na mevalonátové cestě (Isoprenoid biosynthesis via a mevalonate-independent
pathway in plants. Cloning and heterologous expression of 1-deoxy-D-xylulose-5-phasphate
reductoisomerase from peppermint. Biochem. Biophys. 365 (1), 170-174, 1999). Uvedený
způsob probíhá v plastidech a označuje se jako „methylerythritolová cesta“. Zahrnuje adici
pyruvátu na glyceraldehyd-3-fosfát za vzniku C5 meziproduktu 1-deoxy-D-xylulosa-5-fosfátu,
který přechází redukcí na 2-C-methyl-D-erythritol-4-fosfát. Přes 4-hydroxy-3-methyl-2butenyldifosfát
vznikají oba dva isomery, tedy IPP a DAPP v poměru 85 : 15. Mezi
cytosolem a plastidy je možný přechod C5 jednotek z jednoho do druhého kompartmentu a
možnost zabudování prekurzorů z obou metabolických drah do sekundárních metabolitů.
117
CH3
C=O
COO
-
C
CHO
CH2
OP
H OH
CH3
C=O
COH H
CH OH
CH2OP
H
OP
O OH
OH
OP
OH OH
OH
OPP
OPP
pyruvát
+
GAP
1-deoxy-D-xylulosa-5-fosfát
+
1
2
3
4
1 2
3
4
2-C-methyl-D-erythritol-4-fosfát
IPP
3-methyl-3-butenyl-difosfát
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
(glykolysa)
DAPP
3-methyl-2-butenyl-difosfát
IPP : DAPP = 85 :15
3-methyl-2-butenyldifosfát (DAPP) vystupuje jako startér při polymerizačních reakcích
vedoucích k prodloužení řetězce. Jeho reakcí s 3-methyl-3-butenyldifosfátem (IPP) systémem
"hlava - pata" vzniká geranyldifosfát, ester jedné z nejčastěji se vyskytující terpenoidní látky geraniolu
a jeho geometrického isomeru nerolu. Připojením dalších IPP jednotek vede k
tvorbě farnesyldifosfátu a geranylgeranyldifosfátu. Prekurzor steroidů skvalen se tvoří
kondensací systémem "pata - pata" farnesyldifosfátu s jeho isomerisačním produktem
nerolidoldifosfátem.
118
CH2
CH
C
CH3 CH3
PPO
C
CH3
CH2 CH2
CH2OPP
HOPP
CH
CH2OPPC
CH2
CH2
CH
C
CH3 CH3
CH3
CH2
OPP
CH2OPP
CH2PPO
CH2OPP
CH2OPP
CH2
CH2OPP
+
+
geranyldifosfát
IPP
DMPP
+
=
farnesyl-PP
farnesyl-PP
+
IPP
skvalen
geranylgeranyl-PP
geranyldifosfát
IPP
2x farnesyl-PP
startér polymerizace
Tvorbu "základních" terpenoidů a od nich odvozených nejvýznamnějších látek ilustruje
následující schéma:
DAPP + IPP
GERANYL-PP (C10)C10 monoterpeny
IPP
H - P
H - P
FARNESYL-PP (C15)C15 seskviterpeny
IPP
H - PC30 PP
skvalen
C30 triterpeny
C19-21 steroidy
GERANYL-GERANYL-PP (C20)
2x P-P
C20 diterpeny
fytol
giberiliny
C40 karotenoidy
gutaperča
(trans)
kaučuk
(cis)
H - P
H - P
P-P
2x
P - P : kondenzace " pata - pata "
(IPP)n(IPP)n
H - P : kondenzace "hlava - pata"
119
10.3 Hemiterpeny
Z biogenetického hlediska jsou nejjednoduššími terpenoidními sloučeninami ty, které
obsahují pouze pět atomů uhlíku - základní "isoprenovou" jednotku. Takové látky se v přírodě
vzácně vyskytují jako stabilní, izolovatelné produkty metabolismu. Bylo však dokázáno, že
existují v živých buňkách jako vysoce reaktivní látky. Dvě hemiterpenické sloučeniny jsou
ubikvitární v živých organizmech a představují základní isoprenové jednotky při biosyntéze
terpenoidů. Tyto sloučeniny jsou alkoholy: 3-methyl-2-buten-1-ol (γ,γ-dimethylallylalkohol)
a 3-methyl-3-buten-l-ol (isopentenylalkohol). Tyto alkoholy nebyly z rostlin vyizolovány jako
takové, ale vyskytují se v přírodě ve formě difosfátů, jejichž přítomnost byla
v metabolizujících pletivech a buněčných extraktech jednoznačně prokázána.
CH2OH CH2
OH
CH2
O P
O
OH
O P
O
OH
OH CH2 O P
OH
O P
OH
OH
O O
3-methyl-2-buten-1-ol 3-methyl-3-buten-1-ol
3,3-dimethylallyldifosfát (DAPP) isopentenyldifosfát (IPP)
1 1
11
2 2
2 2
3
3
3 34 4
4 4
3-methyl-2-butenyldifosfát 3-methyl-3-butenyldifosfát
účinné alkylační agens
3-methyl-2-butenyldifosfát je účinné alkylační agens, které se uplatňuje při
biosyntetických pochodech vedoucích k tvorbě kyseliny lysergové, derivátů furanu (orselon),
dále je jako isopentenylový radikál ve struktuře humulonu, lupulonu, imperatorinu a dalších.
Je rovněž známa řada přírodních pětiuhlíkatých kyselin, jejichž struktura může mít se
zřetelem na uhlíkatý skelet isoprenoidní původ. Podle současných znalostí jsou kyseliny
isovalerová a seneciová "isoprenového původu", zatímco kyselina tiglinová a angeliková jsou
odvozeny od aminokyseliny isoleucinu. Uvedené kyseliny jsou nezřídka součástí přírodních
látek, převážně ve formě esterů.
V atmosféře se také vyskytuje isopren (2-methyl-buta-1,3-dien), který je do ovzduší
emitován ze živých i odumřelých stromů spolu s dalšími monoterpeny. Emise isoprenu jsou
120
maximální během dne a zanedbatelné v nočních hodinách. Isopren se v chemickém průmyslu
získává jako vedlejší produkt při krakování ropy. Z něj se prostřednictvím polymerizace
syntetizuje cis-1,4-polyisopren, umělý kaučuk.
10.4 Monoterpeny
Reakcí dvou C5 jednotek systémem "hlava-pata" (kondenzace dimethylallyldifosfátu s
isopentenyldifosfátem) vzniká geranyldifosfát, výchozí sloučenina pro tvorbu monoterpenů.
Jeho hydrolýzou se uvolňuje acyklický monoterpenický alkohol geraniol. Z dalších
modifikačních reakcí se uplatňují redukce, dehydrogenace, oxidace, nebo přesmyk
neklasického kationtu. Jako výsledky modifikačních reakcí jsou uvedeny acyklické alkoholy
citronelol a linalol, uhlovodík ocimen, cyklický limonen a bicyklické uhlovodíky α-pinen a
Δ3
-karen.
OPP
CH2OH
CH2
OH
H
+
OH
geranyl-PP
+ - H2O
linaloolocimencitronelolgeraniol
+
+
+
limonen
3-karen
-pinen
H2O
121
Významným meziproduktem pro tvorbu bicyklických monoterpenů je p-menthan, resp.
jeho kationt, od kterého lze odvodit uhlovodíky typu kamfan, thujan, karan, pinan a fenchan.
lineární typ
kamfan
thujan
karan
pinan fenchan
p-menthan
.
.
..
.
.
.
..
.
..
Jak acyklické, tak cyklické monoterpeny se vyskytují v přírodě jako uhlovodíky, častěji
však jako jejich kyslíkaté deriváty - alkoholy, aldehydy a ketony. Obvykle se vyznačují
příjemnou vůní. V mladých rostlinných pletivech se tvoří terpenické uhlovodíky de novo,
zatímco ve starších pletivech se tvoří kyslíkaté terpeny z neoxidovaných prekurzorů. První
produkty biosyntézy terpenů lze dokázat v průběhu několika hodin po jejím začátku, tvorba
terpenických alkoholů a ketonů vyžaduje zpravidla více dnů. Biosyntéza terpenů podléhá
fotoperiodickým vlivům a je v každém rostlinném druhu geneticky řízena. To se týká zvláště
enzymatického aparátu, který je zodpovědný za specifické modifikační reakce.
10.4.1 Iridoidy
Jednu z hojně rozšířených skupin přírodních látek, odlišných od "klasických" terpenoidů,
avšak mevalonátového původu a isoprenoidního typu podle uhlíkového skeletu, tvoří iridoidní
sloučeniny. Pojmenování iridoidy je generický termín odvozený od názvů iridomyrmecin,
iridolakton a iridodial, sloučenin izolovaných z mravenců rodu Iridomyrmex, kteří uvedené
látky vylučují jako ochranný sekret v případě ohrožení. V rostlinách se iridoidy nalézají
převážně ve formě glykosidů. Jsou to většinou deriváty cyklopentanu, mající stejný základní
122
strukturní vzor a lišící se v detailech. Mezi iridoidy patří také hořce chutnající látky přítomné
v rostlinách z čeledi Gentianaceae.
Biosyntéza vychází z geranyldifosfátu přes citronellal. Intramolekulární cyklizací a
oxidací jedné methylskupiny vzniká iridodial, charakteristický cyklopentanovým kruhem a
dvěma aldehydickými skupinami. Z něj se potom sledem reakcí tvoří sloučeniny
loganinového typu. Tyto mají klíčové postavení při tvorbě dalších iridoidních látek.
Oxidativním odštěpením jednoho nebo dvou uhlíkových atomů se tvoří sloučeniny typu
aukubinu (C9) nebo usnedosidu (C8). Redukcí karboxylové skupiny na alkoholickou a její
různou esterifikací společně s epoxidací methylskupiny a uhlíku cyklopentanového kruhu
vzniká skupina valepotriátů.
Rozštěpením skeletu cyklopentanu a následnou cyklizací za vzniku laktonového kruhu se
tvoří hořčiny charakteristické pro Gentianaceae, např. gentiopikrosid nebo swerosid.
Reakcemi, do nichž vstupují aminokyseliny, se tvoří některé alkaloidy přítomné v rodech
Cinchona L., Cephaelis Sw. a Rauwolfia L.. Tato problematika bude blíže probrána
při biosyntéze alkaloidů.
H
O
CH
O
CH
O
O
O
Glc
COOCH3
OH
O
O
Glc
OH
HOH2C
O
O
O
O Glc
O
CH2ORO
RO
O
GERANYL - PP
alkaloidy
iridodialcitronellal
loganin
aukubin
gentiopikrosid
valepotriáty
1
3
4
56
7
8 9
10
11
Iridan
Cyklopentanotetrahydropyran
123
10.5 Seskviterpeny
Seskviterpenoidní sloučeniny obsahují patnáct uhlíkových atomů v isoprenoidní nebo
modifikované isoprenoidní struktuře. Patří mezi nejrozšířenější přírodní látky, co je i příčinou
toho, že jsou podrobně chemicky prozkoumány. Vzhledem k tomu, že v této skupině látek
existuje úzký vztah mezi botanickým původem a strukturními charakteristikami, lze z toho
vyvodit příklady chemotaxonomických vztahů. Mnohé seskviterpeny spadají do strukturně
vymezených skupin, na každou z nich lze pohlížet tak, že má obecný původ v originálním
kationtovém prekurzoru. Tím existují mezi jednotlivými skupinami seskviterpenů poměrně
ostré hranice, které současně vymezují výskyt určitých seskviterpenů na určité rostlinné
druhy. Během dlouholetého výzkumu bylo získáno o seskviterpenech obrovské množství
poznatků, co umožnilo na základě zevšeobecnění předpovědět výskyt určitých látek
v konkrétních rostlinných druzích a tyto předpovědi také experimentálně dokázat.
10.5.1 Acyklické seskviterpeny
Tvorba farnesyldifosfátu reakcí geranyldifosfátu s isopentenyldifosfátem byla popsána v
kapitole 10.2. Farnesyldifosfát může existovat ve dvou formách, odpovídajících geraniolu a
nerolu, lišících se v geometrii 2,3-dvojné vazby. Třetí možný isomer, nerolidol, je terciární
alkohol, odpovídající linalolu. Jak farnesol tak nerolidol jsou přirozenou součástí mnoha silic.
3
2
CH2
OH
CH3
H
3
2
H
CH3
CH2
OH
OH
nerolidol
cis-farnesol
trans-farnesol
(typ geraniol)
(typ nerol)
(typ linalool)
124
Ačkoliv farnesol a nerolidol jsou jediné známé acyklické seskviterpenické alkoholy,
nachází se v přírodě celá řada acyklických seskviterpenů, jednoznačně odvozených od
farnesolu. Nejjednodušší z nich jsou farneseny, vznikající dehydratací farnesolu (nebo
eliminací kyseliny difosforečné z příslušného esteru). Dehydratací nerolidolu se tvoří hlavně
β-farnesen, který byl až donedávna jediným známým přírodním seskviterpenickým
uhlovodíkem. Výskyt α-farnesenu je omezený. Podle dosavadních znalostí je součástí
voskového povlaku na některých druzích jablek a dále je produkován některými mravenci.
CH3
CH3
CH3 CH3
CH2
CH3
CH3
CH3 CH2
CH2
-farnesen
-farnesen
Výskyt:
• β - poprvé detekován v silici chmelu
• β - součást silice jablečné a citrusových plodů
• α - atraktant a feromon mravenců
• α - extrémně silný poplašný feromon mšic
10.5.2 Cyklické seskviterpeny
Biogenetickým předchůdcem cyklických seskviterpenů je farnesyldifosfát. V závislosti
na uspořádání vodíků na 2,3- a 6,7-dvojných vazbách existují čtyři možné isomery
farnesyldifosfátu (cis, cis; cis, trans; trans, cis; trans, trans). Pro zjednodušení vezmeme v
úvahu 2-cis-6-trans-farnesyldifosfát a 2-trans-6-trans-farnesyldifosfát. Z těchto dvou isomerů
mohou být odvozeny jako meziprodukty dva karbokationty, z nichž po odštěpení zbytku
kyseliny difosforečné vznikají monocylické kationty. Z těchto lze odvodit většinu cyklických
seskviterpenů reakcemi jako je deprotonace, atak 2,3-dvojné vazby, isomerizace dvojné
vazby, oxidace, posuny vodíku a následná cyklizace a další. Uvedené schéma ilustruje
125
nejdůležitější biogenetické pochody vedoucí ke vzniku základních skeletů významných
seskviterpenů.
8 7
6
1
2 3
4
5
109
OPP
9
8
2
3 4
5
6
7
1
10
OPP
OPP
OPP
cis, trans - farnesyl-PP trans, trans - farnesyl-PP
+
bisobolan
( ) cadinan
+
germakran
( ) eudesman
guajanhumulan
( ) caryophylan
12
3
4 5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
karbokationt
karbokationt
Jako konkrétní příklad nejlépe poslouží tvorba γ-bisabolenu (jednoho z nejrozšířenějších
seskviterpenů) a z něj druhotnými přeměnami vznikajících γ-kurkumenu, turmeronu a
lanceolu. Bisabolanový skelet má také hernandulcin (Lippia dulcis Trev., Verbenaceae),
rostlinné sladidlo 1000× sladší než sacharóza.
O
CH2OH
OH H
O
H
x
+
- H+
-bisabolenkarbokationtcis-farnesyldifosfát
-kurkumen turmeron lanceol hernandulcin
126
10.5.3 Seskviterpenické laktony
V rostlinách čeledi Asteraceae se vyskytuje velká, strukturně rozmanitá skupina
seskviterpenických laktonů. Jedna methylová skupina postranního isopropylového řetězce
prekurzoru (např. typ guajan, kadinan, eudesman) je u těchto sloučenin v počátečním stadiu
tvorby zoxidována na karboxyl. Zavedením dalšího kyslíku na kruh se tvoří hydroxylová
skupina, se kterou reaguje karboxyl za vzniku laktonového kruhu. Tento proces je
schématicky znázorněn na následujícím obrázku, spolu s několika vybranými farmaceuticky
významnými seskviterpenickými laktony.
O
CH2OH
CH2OH COOH
O
COOH
OH
C
O
OH
O
O
O
O
O
OH
O
O
H
O
O
O
O
O
H
O
O
CH3
CH3
CH3
H
OO
H
H
+
- H+
HO+
+
- H+ oxidace cyklizace
artabsin artemisin santonin
prekursor
parthenolid
artemisinin
Matricin obsažený v heřmánku (Matricaria recutita L., Asteraceae) je degradován varem a
dochází k eliminaci kyseliny octové a vody. Po dekarboxylaci vzniká chamazulen, který je
zodpovědný za modré zabarvení silice izolované z květů destilací s vodou nebo vodní parou.
127
10.6 Diterpeny
Spojení čtyř C5- difosfátových jednotek, již dříve popsané, vede k C20 sloučenině, její
nejjednodušší forma, jako přímý produkt tetramerisačního procesu systémem "hlava-pata"
vede ke geranylgeranyldifosfátu.
OPP
CH2
OPP
CH2
OPP
CH2
CH2
OPP
OH
+C5
+C5
geranylgeranyldifosfát
geranyllinalool
součást jasmínové silice
Geranylgeraniol (a jeho difosfát) lze pokládat za prekurzor velké skupiny C20-terpenoidů,
známých jako diterpeny.
Acyklické diterpeny jsou v přírodě vzácné. Násobně nenasycený prekurzor, který může
vcházet díky svým dvojným vazbám do řady reakcí, je silně předurčen k cyklizaci a zcela
zřídka vydrží ve formě sloučeniny s otevřeným řetězcem. Výjimku tvoří geranyllinalool jako
složka jasmínové silice. Dále nenasycený fytol, který je obecně rozšířen v zelených rostlinách
jako součást molekuly chlorofylu (ve formě esteru) a diterpenická nasycená jednotka, která je
součástí vitaminů E a K.
128
N
N N
N
Mg
CH3 CH2CH3
CH3
CO
CH2CH2
HCH3
H
CH3
CHCH2
H
COOCH3
COO
O
CH3
CH3
CH3
OH
CH3
O
O
fytolchlorofyl a
-tokoferol (vitamin E)
vitamin K1
Různými způsoby cyklizace, přesmyky, různými stupni oxidace může být
geranylgeranyldifosfát převeden na strukturně různé skupiny látek, které se hojně vyskytují ve
vyšších rostlinách a houbách. Základní typy cyklických diterpenů se odvozují od 2,6,10,14tetramethylhexadekanu
(fytolový typ) různými způsoby cyklizace, jak je uvedeno
na následujícím obrázku:
15
14
15
1614
ACYKLICKÉ MONOCYKLICKÉ BICYKLICKÉ
TRICYKLICKÉ TETRACYKLICKÉ
pimaranový typ abietanový typ kauranový typ
1
23
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
2
6
7
11 14
1
3 4 5
8
9
10
1
3
4
5
8
9
10
13 15
12
13
14
15
16
12
16 17
18
19
20
17
1819
20
2
6
7
11
labdanový typretinolový typ
Do skupiny diterpenů patří rovněž důležitý rostlinný hormon - kyselina giberellová.
129
10.6.1 Monocyklické diterpeny
Nejznámější a nejdůležitější monocyklické C20-isoprenoidy jsou vitaminy A1 (retinol) a
A2 (3-dehydroretinol). Oba jsou zastoupeny v živočišné říši - A1 je přítomen v játrech
mořských ryb, A2 v játrech ryb sladkovodních. V rostlinné říši se nacházejí jejich provitaminy
– C40-karotenoidy. Retinol, existující zásadně ve formě esterů s mastnými kyselinami, vzniká
oxidativním štěpením karotenoidů, které mají aspoň jeden β-jononový kruh. Předpokládá se,
že toto štěpení probíhá na sliznici zažívacího traktu a vytvořený retinol se ukládá do jater a
tukové tkáně. Z řady fyziologických účinků retinolu je nejvýznamnější jeho role v procesu
vidění.
CH2OH
CH2OH
-karoten
2
vitamin A1 (retinol)
vitamin A2 (3-dehydroretinol)
(prekurzor)
10.6.2 Bicyklické a polycyklické diterpeny
Nejobvyklejší cyklizace geranylgeraniolu jsou iniciovány elektrofilním atakem koncové
dvojné vazby. Tento proces poskytuje meziprodukt kationového charakteru, který následnou
ztrátou protonu, reakcí s nukleofilem, další cyklizací nebo migrací methylu může vést
k tvorbě strukturně rozdílných bi-, tri- a tetracyklických diterpenů. Do uvedených skupin patří
některé hořčiny (marrubiin, pikrosalvin), ginkolidy (Ginkgo biloba L.), taxany (Taxus L.),
steviosid (Stevia rebaudiana Bertoni) a dále látky, které jsou součástí balzámů a pryskyřic
(kyselina pimarová, podokarpová a další).
Do této skupiny patří rovněž diterpenické alkaloidy, přítomné v rostlinách rodu Aconitum
L. a Delphinium L.
130
O
OOH
O
O
OH
OH
H
HHO2C
H
HHO2
C
OH
CH
O
OH
H
N H
marrubiin pikrosalvin
kyselina pimarová kyselina podokarpová
atisin
10.7 Triterpeny
Do skupiny triterpenů se zařazují steroidy a triterpenoidy. Mezi steroidy zařazujeme
steroly (zoosteroly, fytosteroly a mykosteroly), žlučové kyseliny, pohlavní hormony,
hormony kůry nadledvin, aglykony některých glykosidů (zvláště s kardioaktivním účinkem) a
taktéž některé alkaloidy. Triterpenoidy patří mezi látky hojně se vyskytující ve vyšších
rostlinách, převážně jako alkoholy, aldehydy, ketony, kyseliny a laktony. Ty vcházejí
do reakce s cukry, alkoholy nebo kyselinami za vzniku glykosidů a esterů.
Poznání biosyntézy triterpenů se úzce váže k biosyntéze steroidů a zvláště cholesterolu.
Vzhledem k jeho obecnému výskytu v živočišných organizmech a jeho blízkému
strukturnímu vztahu k mnoha fyziologicky důležitým steroidům lidského metabolismu, stal se
cholesterol předmětem badatelského zájmu posledních desetiletí.
Okolo roku 1950 bylo dokázáno, že cholesterol se tvoří spojením většího počtu
dvouuhlíkatých molekul odvozených od kyseliny octové. Krátce potom byl prokázán
isoprenoidní původ postranního řetězce cholesterolu, co vedlo k náznaku, že z hlediska
biogenetické klasifikace patří mezi polyisoprenoidní sloučeniny. To bylo později skutečně
potvrzeno a dokázáno, že steroidy i triterpenoidy se tvoří metabolismem kyseliny
mevalonové.
Významné bylo zjištění, že skvalen (jediný acyklický triterpenický uhlovodík, původně
popsaný pouze v jednom přírodním zdroji – Squalus, žralok), je univerzálním metabolitem.
Skvalen sestává ze dvou farnesylových zbytků spojených systémem "pata-pata". Geneze
131
skvalenu z mevalonátu přes geranyldifosfát a farnesyldifosfát je uvedena v kapitole 10.2.
Skvalen se převede oxygenasovým systémem na 2,3-epoxid, který lze svinovat nejrůznějšími
způsoby. Rozštěpení epoxidu vede ke vzniku kationtu 3-hydroxyskvalenu, který podléhá
spontánní cyklizaci. Určitý způsob prostorové orientace epoxidu skvalenu (stolička-vaničkastolička-vanička)
je předpokladem pro tvorbu lanosterolu, cykloartenolu případně vzniká
kukurbitanový skelet, jiné svinutí (stolička-stolička-stolička-vanička) zase umožňuje cyklizaci
na tetracyklický meziprodukt (damaran) a následně na pentacyklický skelet oleanového (βamyrin),
lupanového (kyselina betulinová, betulin) a ursanového (kyselina ursolová) typu.
Významnými tetracyklickými triterpeny damaránového typu jsou také aglykony ginsenosidů,
protopanaxadiol a protopanaxatriol (Panax L.)
OH
OH
OH
OH
OH
O
skvalen
skvalen-2,3-epoxid
lanosterol
cykloartenol
cholesterol
-sitosterol
-amyrin
nižší a vyšší
fotosyntetizující
rostliny
tetracyklický
meziprodukt
živočichové
houby
Cholesterol je předchůdcem velké skupiny steroidů. Tvoří se z něj např. steroidní
sapogeniny, steroidní alkaloidy a stroidní hormony. Cholesterol je zprvu oxidován na C-16,
C-22 a C-26 a přes meziprodukt kryptogenin se tvoří pětičlenný kyslíkatý heterocyklický
kruh (E), charakteristický pro furostanové deriváty. Hydroxylová skupina na C-26 může tvořit
132
glykosidickou vazbu s cukry, nebo spolu s hydroxylem na C-22 vytváří spirostanový kruh.
Tímto způsobem se tvoří spirostanové sapogeniny, např. diosgenin. Dusíkaté analogy
spirostanu jsou spirosolany, z kterých další cyklizací nebo intramolekulárním spojením
vznikají alkaloidy tomatidinového a solanidinového typu.
Při biosyntéze aglykonů C23 nebo C24 kardioaktivních glykosidů se nejdříve cholesterol
hydroxyluje na 20-hydroxyderivát, který se oxidativně štěpí za vzniku pregnenolonu a posléze
progesteronu. Ten se postupně redukuje, hydrogenuje (dvojná vazba mezi C-4 a C-5, čímž je
umožněna cis-konfigurace kruhů A/B), hydroxyluje až na 5-pregnan-2,14,2-triol-20-on, který
reaguje s C2 nebo C3 jednotkou za vzniku pěti- nebo šestičlenného nenasyceného laktonového
kruhu.
C2 jednotka má původ v acetylkoenzymu A nebo v malonylkoenzymu A. C3 jednotka
pochází z kyseliny oxaloctové a je to nejspíše propionylkoenzym A.
Schéma tvorby kardioaktivních glykosidů, resp. jejich aglykonů je uvedené dále.
OH OH
OH
C
O
CH3
O
C
OH
CH2OH
O
H
OH
O
OH
H
OH
O
O
OH
OH
OH
O
OHC
CH3 C
O
SCoA
steroidní
saponiny
steroidní
alkaloidy
cholesterol 20-hydroxycholesterol
progesteron 5-pregnan-3,14,21-triol-20-on
C3-jednotka
digitoxigenin hellebrigenin
20
133
10.8 Tetraterpeny
Hlavními reprezentanty tetraterpenů jsou karotenoidy, žlutá až červená barviva
lipofilního charakteru. Dodávají zbarvení kořenům mrkve, plodům rajčat, zrnům kukuřice,
květům a plodům, ale také vaječnému žloutku a máslu. Barevnost karotenoidů je zapříčiněna
mnohonásobnou konjugací dvojných vazeb. Z terapeutického hlediska mají význam α- a βkaroten,
které slouží živočichům jako prekurzory vitaminu A1 (retinolu).
Biosyntéza tetraterpenů jde od kyseliny octové přes kyselinu mevalonovou,
farnesyldifosfát ke geranylgeranyldifosfátu (C20 látka). Dvě látky C20 (geranylgeranyldifosfát
a geranyllinaloyldifosfát) se kondenzují systémem "pata-pata" na C40 fytoen, který je
obecným prekurzorem cyklických i acyklických karotenoidů. Středová dvojná vazba fytoenu
zabraňuje seskládání řetězce a následné cyklizaci, což naopak dovoluje struktura skvalenu.
Další fáze biosyntézy karotenoidů se týká výhradně změn v C40 řetězci. Fytoen přechází řadou
dehydrogenačních reakcí přes neurosperin buď na lykopen nebo na β-karoten. Původní ciskonfigurace
dvojných vazeb zmizí a výsledné sloučeniny mají "all-trans" konfiguraci.
Kyslíkaté tetraterpeny se označují jako xanthofyly. Enzymatickou hydroxylací se vnáší
kyslík do molekuly až po úplném vybudování polyethylenového řetězce. Z těchto pigmentů
lze uvést jak příklad barvivo kapsanthin, přítomné v druzích rodu Capsicum L. a Lilium L.
O OH
OH
kapsanthin
134
H
geranylgeranyldifosfát
geranyllinaloyldifosfát
fytoen (3 konjugované dvojné vazby, 1 x cis )
neurosporin (9 konjugovaných dvojných vazeb, all-trans)
lykopen (11 konjugovaných dvojných vazeb, all-trans)
-karoten
-karoten
10.9 Polyterpeny
U vyšších rostlin a u hub se hojně vyskytují polyprenoly (polyisoprenové sloučeniny
s koncovou alkoholickou skupinou), mající 7 až 24 isoprenových jednotek, spojených jak cis-,
tak trans- způsobem. Uplatňují se jako přenašeče cukrů při biosyntéze glykoproteinů.
Pokračování opakované polymerace s isoprenovými jednotkami vede ke vzniku
polyisoprenů, jejichž zástupci jsou kaučuk a gutaperča. Jsou to alifatické nenasycené
uhlovodíky o vysoké molekulové hmotnosti. Vyskytují se hlavně ve šťávě mléčnic a
v mléčných buňkách.
Kaučuk se stupněm polymerace až 20 000 obsahuje pouze cis- (all-cis) uspořádané
isoprenové jednotky a vzniká polymerací isopentenyldifosfátu. Je produkován velkým počtem
dvouděložných rostlin, hlavně z čeledí Euphorbiaceae, Moraceae, Apocynaceae a Asteraceae.
Gutaperča se stupněm polymerace až 2 000 obsahuje trans- (all-trans) uspořádané
isoprenové jednotky.
135
**
CH3
CH3 CH3 CH3
n
H H H H
* *
CH3
CH3
CH3
CH3
n
H H H H
kaučuk (all - cis)
gutaperča (all - trans)
stupeň polymerace 20 000
stupeň polymerace 2 000
136
11 ALKALOIDY
Alkaloidy jsou organické zásadité látky obsahující atom dusíku převážně zabudovaný
v heterocyklu. Vyskytují se v určitých druzích rostlin, v nichž jsou biosyntetizovány
z některých aminokyselin. Mohou též vznikat z meziproduktů biosyntézy terpenoidů,
steroidů, některých kyselin účinkem aminů a amoniaku. Výrazný fyziologický účinek většiny
alkaloidů byl povzbuzením pro jejich časné zkoumání, které vedlo k izolaci a charakterizaci
typických představitelů, jako jsou např. morfin (Sertürner, 1806), strychnin (Pelletier a
Caventou, 1818), chinin (Pelletier a Caventou, 1820), koniin (Giesecke, 1827), nikotin
(Posselt a Reimann, 1828), atropin (Hesse, 1831), kodein (Rabiquet, 1832), papaverin
(Merck, 1848). Fyziologický účinek alkaloidů se často projevuje v jejich extrémní toxicitě,
na druhé straně však mají mnohé z nich v subletálních dávkách terapeuticky výhodné
farmakologické vlastnosti a užívají se jako cenná léčiva.
Nepřetržitý a zvyšující se zájem o alkaloidy nebyl vyvolán pouze jejich významem
v medicíně, ale byl a je ve značné míře i odrazem zajímavých problémů, které staví
před badatele. Jde o otázky týkající se objasnění struktury alkaloidů a mechanizmů jejich
biosyntézy v rostlinách. Odvozování struktur jednotlivých alkaloidů na reálné bázi bylo
možné po objevení alkylaminů (Wurtz, 1848) a jejich odbourávání (Hofmann, 1870). Jako
první byla odvozena struktura nesložitého alkaloidu koniinu (Hofman, 1885) a její správnost
potvrzena o rok později totální syntézou. Složitější struktury nebylo možno s využitím
tehdejších prostředků vůbec vyřešit. Jako příklad může sloužit morfin, od jehož objevu až
po objasnění absolutní molekulární struktury uplynulo 162 let, nebo strychnin, u kterého to
bylo 130 let. Po nástupu účinných fyzikálně chemických metod v padesátých letech tohoto
století (hmotnostní spektrometrie, UV, IČ, 1
H NMR, 13
C NMR, ORD, CD spektroskopie a
Rtg strukturní analýza) a jejich pozdějším zdokonalení, bylo umožněno výrazně zkrátit dobu
potřebnou k řešení velmi složitých strukturních problémů. Další zrychlení přineslo
computerizování výše uvedených metod, což v současnosti umožňuje vyřešit i nejsložitější
struktury alkaloidů během několika týdnů.
Počet dosud isolovaných alkaloidů je větší než 10 000 a stále vzrůstá. V posledních dvou
desetiletích nabývají důležitosti parciální a totální syntézy alkaloidů. Jsou zvláště významné
tam, kde potřebujeme z praktických důvodů (biologické zkoušky, terapeutické použití) získat
větší množství látky, která se buď vyskytuje v rostlinách v minimálním množství, nebo
příslušný rostlinný zdroj je nedostupný či chráněný. Některé z parciálních či totálních syntéz
137
alkaloidů jsou natolik ekonomické, že vytlačily částečně nebo úplně přírodní izoláty (např.
(-)-lobelin, nebo (+)-vinkamin.
11.1Alkaloidy a aminokyseliny
Počátkem 20. století byla na základě dostupných metodik, logických úvah a porovnání se
známou strukturou jiných přírodních látek poznána stavba řady alkaloidů. Jako důsledek
porovnávacích studií vyslovili v r. 1910 Winterstein a Trier myšlenku, že rostlinné alkaloidy
jsou biogeneticky příbuzné s aminokyselinami. S postupným objasňováním struktur dalších
alkaloidů byla tato hypotéza rozšiřována a formálně schematicky definována. Správnost teorie
a biogenese alkaloidů z aminokyselin byla jednoznačně potvrzena použitím radioaktivních
isotopů 14
C, D, T, 15
N, zabudovaných do aminokyselin a sledováním jejich inkorporace
do výsledných produktů metabolismu. Pro poznání všech reakčních stupňů tvorby alkaloidů
se dále využívají mutanty, inhibitory nebo antimetabolity a charakterizace příslušných
enzymových systémů, zejména metodami molekulární biologie a biochemie.
Na základě dnešních znalostí lze potvrdit, že stavebními kameny většiny alkaloidů
vznikajících v rostlinách jsou alifatické aminokyseliny ornithin a lysin a aromatické
aminokyseliny fenylalanin, tyrosin, tryptofan a histidin. Některé alkaloidy vznikají z kyseliny
nikotinové a kyseliny anthranilové, které nepatří mezi součásti bílkovin, ale samy jsou
produkty sekundárních přeměn.
CH2
NH2
CH2
CH2
CHNH2
COOH
CH2
CH2
CH2
CHNH2
COOH
CH2NH2
R
CH2
CH
NH2
COOH
N
COOH
N
H
CH2
CH
NH2
COOH N
N
H
CH2CH
NH2
COOH
NH2
COOH
ornithin lysin
R=H, fenylalanin
R=OH, tyrosin kyselina
nikotinová
tryptofan histidin
kyselina
anthranilová
138
Na biosyntéze alkaloidů se mohou podílet ještě další aminokyseliny, jako např. glycin,
cystein, methionin, kyselina asparagová a prolin.
CH2 NH2
COOH
CH2 SH
CH NH2
COOH CH NH2
COOH
CH2
CH2 S CH3
CH NH2
COOH
CH2
COOH
N
H
COOH
glycin
cystein
methionin kyselina
asparagová
prolin
Základem nebo součástí mnohých alkaloidů je terpenoidní skelet (hemi-, mono-, seskvi-,
di- a triterpeny, stejně tak steroidy). Jiná skupina alkaloidů je tvořena inkorporací dusíku do
polyketidového skeletu (např. koniin).
11.2 Obecné reakce uplatňující se při biosyntéze alkaloidů
I přes mimořádnou strukturní rozmanitost dosud známých alkaloidů mají některé reakce
uplatňující se při jejich biosyntéze shodný charakter, což platí především pro funkčnost
aminoskupiny. Z toho vyplývá, že na alkaloidy je nutno pohlížet jako na výsledné produkty
jedné z biosyntetických linií, co do významu rovnocenné procesům, vedoucím ke vzniku
sekundárních metabolitů z polyketidů, kyseliny mevalonové či kyseliny šikimové.
Mezi nejdůležitější reakce, uplatňující se při vzniku alkaloidů, patří:
a) tvorba Schiffových bazí, kdy primární amin reaguje s karbonylovou skupinou
H
C O NH2 R N R
H
C+
- H2O
139
b) Mannichova kondenzace (která zahrnuje jako předchozí stupeň tvorbu Schiffovy
báze), kondenzuje sloučenina obsahující aktivní vodíkový atom s formaldehydem
v přítomnosti NH3, alifatického primárního nebo sekundárního aminu a tvoří se systém C-C-
N
H
C OC H NH2
R NHRCC+ +
- H2O
c) kondenzace aldolového typu mezi sloučeninami, které obsahují iminoskupiny
N
+
H
CH CH2
NCHCH2
NCHCH
NH CH CH2
Při Mannichově kondenzaci se tvoří systém C-C-N přidáním karboaniontu k Schiffově
bázi vzniklé kondenzací ketonu nebo aldehydu s aminem.
S Mannichovou kondenzací se setkáváme v různých podobách. Jednou z nich je PictetSpenglerova
reakce, při které vzniká heterocyklický kruh. β-(3-hydroxy-4-methoxyfenyl)ethylamin
nejdříve tvoří s acetaldehydem Schiffovu bazi, která cyklizuje ve smyslu
Mannichovy kondenzace na tetrahydroisochinolin.
NH2
C
CH3
H O
N
CH
CH3
NH
CH3
fenylethylamin
acetaldehyd
- H2O
Schiffova baze tetrahydroisochinolin
Typ aldolové kondenzace je znázorněný postupem, při němž dochází ke spojení dvou Δ1
piperideinových
jader. Protonací dusíkového atomu Δ1
-piperideinu se tvoří na α-uhlíku
"akceptoru" částečně kladný náboj. Isomerizace dvojné vazby v atakující molekule je
zapříčiněna přesmykem katalyzovaným kyselým pH.
140
N N
H
H
H
N
H
N
H
N
H
N
H
N1-piperidein
+ H+
+
B
..
+
¨ tetrahydroanabasin
Kromě výše uvedených známe některé další důležité reakce, které se často podílejí na
"dotvoření" původní dusíkaté struktury. Mezi ně patří:
C NCH NH
C N CH NH
N
H
N N N
- 2H+
- 2e
+ 2H+
+2e
Hydrogenace iminové skupiny
Vznik iminové skupiny dehydrogenací nasycených aminů
Dehydrogenace vedoucí k tvorbě aromatického kruhu
- 2H+
- 2e
- 2H+
- 2e
- 2H+
- 2e
N C CH NH C C
N CH2
N CH
O
N C
O
Isomerizace dvojné vazby iminoskupiny
na -nenasycenou aminoskupinu
karbinolamin
amid
O
O
Oxidace na C sousedícím s N za vzniku
karbinolaminů nebo amidů
K poslední reakci třeba dodat, že při tvorbě sekundárních metabolitů všeobecně probíhá
oxidace mnohdy na uhlíkových atomech, které postrádají formální aktivaci.
141
11.3Metabolismus aminokyselin ve vztahu k tvorbě alkaloidů
Dříve než přikročíme k popisu biosyntézy alkaloidů, je nezbytné poznat různé
enzymatické reakce, kterými jsou aminokyseliny transformovány na meziprodukty, které
podléhají základním reakcím popsaným v předcházející kapitole.
Koenzym, který má zásadní význam v metabolismu aminokyselin je vitamin B6. Tento
existuje ve dvou biologicky aktivních formách, pyridoxal-5-fosfát a pyridoxamin-5-fosfát.
N
H
+
OPOCH2
CH3
CHO
N
H
+
OPOCH2
CH3
CH2
NH2
pyridoxal-5'-fosfát pyridoxamin-5'-fosfát
Způsob jejich působení lze ilustrovat následujícím mechanizmem převedení
aminokyseliny na odpovídající α-ketokyselinu. Výsledkem je přenos aminoskupiny z
aminokyseliny na akceptor, kterým je α-ketokyselina v procesu všeobecně známém jako
transaminace. Reaktivace koenzymu se děje opačným postupem, ale s různými αketokyselinami
(obvykle s kyselinou α-ketoglutarovou), působícími jako akceptor aminové
skupiny. Vznikající kyselina glutamová je enzymaticky odbourávána za regenerace kyseliny
α-ketoglutarové a přeměny α-aminoskupiny aminokyselin na amoniak, event. na amonné
ionty.
CH2
CH2
COHOOC COOH CH2
CH2
CHHOOC COOH
NH2
R CH
NH2
COOH R CO COOH
pyridoxalpyridoxamin
kyselina -ketoglutarová kyselina glutamová
pyridoxal pyridoxamin
142
Elektronegativní charakter pyridiniového jádra v meziproduktu, který má charakter
Schiffovy báze, usnadňuje alternativní způsob rozkladu spojeného s dekarboxylací a
hydrolýzou, za vzniku odpovídajícího aminu. Jednoduché aminy, hojně rozšířené mezi
vyššími rostlinami, se tvoří uvedeným způsobem. Některé příklady aminů a jim
odpovídajících aminokyselin uvádí následující schéma:
CH3NH2 CH2
NH2
COOH
CH3CH2NH2
CH2CH2NH2
CH2CH2NH2
OH
NNH
CH2CH2NH2
N
H
CH2CH2NH2
CH
NH2
COOHCH3
CH2CH
NH2
COOH
CH2CH
NH2
COOH
OH
NNH
CH2
CH
NH2
COOH
N
H
CH2CH
NH2
COOH
methylamin
glycin
ethylamin
fenylethylamin
tyramin
alanin
fenylalanin
tyrosin
histidin
tryptofantryptamin
histamin
Jiná oxidativní přeměna aminokyselin na α-ketokyseliny je závislá na flavin-adenindinukleotidu,
koenzymu s funkcemi v hydrogenačních a dehydrogenačních reakcích. FAD
katalyzuje dehydrogenaci aminové skupiny na imin, který po hydrolýze poskytuje α-keto-
kyselinu.
R CH
NH2
COOH R C
NH
COOH RCOCOOH NH3
FAD FAD-H2
H2O
+
143
Je rovněž známá neoxidativní deaminace aromatických aminokyselin. Tato reakce je
obvykle popisována ve spojení s tvorbou kyseliny skořicové a jejích derivátů z fenylalaninu a
tyrosinu.
R
COOH
NH2
R
COOH
NH3
deaminasa
+
R = H, OH
"amoniaklyasa"
Oxidace aminu na odpovídající aldehyd je další reakcí, vyskytující se při biosyntéze
alkaloidů. Vzniklé aldehydy jsou schopné zúčastnit se Mannichovy kondenzace. Enzymy
katalyzující tyto oxidace jsou obvykle děleny na monoaminooxidasy a diaminooxidasy.
Monoaminooxidasy působí na monoaminy, zatímco diaminooxidasy působí na diaminy, jako
např. putrescin a kadaverin, které jsou dekarboxylačními produkty ornithinu a lysinu.
RCH2NH2
CH2
(CH2)
CH2
NH2
NH2
(CH2
)
CH2NH2
CHO
R
H
O
monoaminooxidasa
n n
diaminooxidasa
n = 2, putrescin
n = 3, kadaverin
Na závěr této kapitoly, kde jsou uvedené základní reakce aminové skupiny, pokládáme za
potřebné připomenout, že při tvorbě alkaloidů se uplatňuje celá řada dalších reakcí, jako např.
oxidace, redukce, přesmyky apod. Ve skupině benzylisochinolinových alkaloidů je to
oxidativní fenolické spájení, zatímco biosyntéza velké a důležité skupiny indolových
alkaloidů zahrnuje spojování tryptofanového skeletu s terpenoidním C9-10 fragmentem.
144
11.4 Alkaloidy odvozené od ornithinu
11.4.1 Jednoduché pyrrolidinové deriváty
Tvorba jednoduchých pyrrolidinových alkaloidů, N-methyl-pyrrolidinu, hygrinu a
kuskohygrinu, je příkladem uplatnění některých všeobecných reakcí biosyntézy alkaloidů.
Methylací ornithinu vznikne N-methylderivát, který poskytne dekarbolyxací N-methylputrescin.
Jeho oxidační deaminací vznikne aldehyd 4-methylaminobutanal, ten cyklizuje na
N-methyl-Δ1
-pyrroliniový kationt, který redukcí přechází na N-methylpyrrolidin.
NH2
NH2
COOH
NH NH2
COOH
CH3
NH NH2
CH3
NH
CH3
O
H
N
+
CH3
N
CH3
L-ornithin
+ C1
- CO2
N-methylputrescin
4-methylaminobutanal
- OH
N-methyl-1-
-pyrrolinium
+H
+2e
N-methyl-
pyrrolidin
Biosyntéza vedoucí ke vzniku hygrinu a kuskohygrinu se děje Mannichovou kondenzací
zahrnující kvartérní meziprodukt typu Schiffovy báze (N-methyl-Δ1
-pyrroliniový kationt) a
nukleofilní karbanion kyseliny acetooctové. Vzniklý meziprodukt dekarboxyluje na hygrin.
Kyselina acetooctová pravděpodobně vystupuje v aktivní formě jako ester koenzymu A.
Obdobnou reakcí s dalším N-methylpyrroliniovým kationtem vzniká kuskohygrin.
145
CH3
CO
CH
COOH
N
+
CH3
N
CH3
CH3
COCH
COOH
N
CH3
CH2
COCH3
N
CH3
CH2
COCH2
CH3
N
+
CH3
NCH2
COCH2
CH3
N
kuskohygrin
karbanion kys.
acetooctové
N-methyl-1-
-pyrrolinium
- CO2
hygrin
hygrin
11.4.2 Tropanové alkaloidy
Mezi N-methylpyrroliniovým kationtem a kyselinou acetooctovou se může uskutečnit
také dvojitá kondenzace, která vede ke vzniku ketonu ekgoninu, jež následnou dekarboxylací
poskytuje tropinon.
CH3
N
+
CH3
CO
CH
COOH
N
C C
C
O
COOH
CH3
CH3
N
O
-CO2
keton ekgoninu tropinon
N-methyl-1-pyrrolinium
kys. acetooctová
Vznik tropanového kruhu lze odvodit od hygrinu, který dehydrogenací poskytuje Nmethyl-pyrroliniový
derivát. Nukleofilním účinkem karbaniontu (zbytek kyseliny
acetooctové) na dvojnou vazbu pyrolinového kruhu vzniká tropinon, který se dále redukuje
na tropin (tropan-3α-ol, základní dusíkatý skelet tropanových alkaloidů rostlin čeledi
Solanaceae) nebo na pseudotropin (tropan-3β-ol, základní dusíkatý skelet alkaloidů typu
kokainu, rostlin rodu Erythroxylum P. Browne).
146
CH3
N
H OH
N
CH3
H
OH
CH3
N
O
N
CH3
OH
HCH3
N
H OH
+2H+
+2e
tropin
(tropin-3-ol)
pseudotropin
(tropin-3-ol)
=
=

tropinon

1
2
3
4
5
6 7
1 2
3
4
5
6
7
ax
ekv
Využitím pokusů s radioaktivně značeným N-methylputrescinem (14
C a 15
N v Nmethylskupině),
přidávaným do výživy Datura metel L. bylo potvrzeno, že dusíkový atom
tropanového skeletu pochází z aminokyseliny ornithinu.
Tropanové jádro podléhá v přírodě dvěma procesům: esterifikaci nebo oxidativním
modifikacím.
Základním příkladem esterifikace tropinu kyselinou (-)-tropovou je tvorba alkaloidu Lhyoscyaminu.
Tento se vyskytuje v čerstvých rostlinách rodů Atropa L., Datura L.,
Hyoscyamus L. a dalších. Ve sklizených rostlinách a při sušení dochází v důsledku
postmortálních změn k racemizaci, takže vzniklý atropin je racemickou směsí D- a Lhyoscyaminu.
Dehydrogenací atropinu vzniká apoatropin, který může dimerizovat
na belladonin.
147
N
CH3
O
H
C O
CH
CH2
OH
N
CH3
O
H
C
CH
CH2
OH
O
T
O
C O
C
CH2
N
CH3
O
T O C
O
C C
H2
C O
O
T
- H2O
L-hyoscyamin D-hyoscyamin
atropin (D, L-hyoscyamin)
6, 7-epoxidace
dimerizace
skopolamin
apoatropin belladonin
T = tropylový zbytek
1 2
3
4
5
6
1 2
5
7
6
7
Kromě kyseliny (-)-tropové (má biogenetický původ ve fenylalaninu) se na esterifikaci
podílejí podstatně menší měrou další kyseliny, jako např. kyselina veratrová, skořicová
(vznikají přes kyselinu šikimovou), isomáselná, isovalerová a tiglinová (odvozené
z metabolismu aminokyselin).
C CH2H OH
COOH COOH
OCH3
OCH3
CH
CH
COOH
CH3
CH
CH3
COOH
CH3
CH
CH3
CH2
COOH C C
CH3
H
CH3
COOH
kyselina
(-)-tropová
kyselina
veratrová
kyselina
skořicová
kyselina
isomáselná
kyselina
isovalerová
kyselina
tiglinová
Mezi významné oxidativní modifikace tropanového jádra patří epoxidace, která vede
ke vzniku skopolaminu. Předpokládá se, že hyoscyamin dehydrogenuje na 6,7dehydroderivát,
který hydratací poskytuje 6-hydroxyhyoscyamin. Z něj dehydrogenací vzniká
skopolamin.
148
CH3
N
OH CO CH
CH2OH
C6H5
CH3
N
CH3
N
OH
CH3
N
O
6,7-dehydro-
hyoscyamin
6-hydroxy-
hyoscyamin
skopolamin
hyoscyamin
- 2H HOH - 2H
6 7
Jak již bylo zmíněno, tropan-3-ol neboli pseudotropin tvoří základ skeletu kokainu. Při
biosyntéze alkaloidů v rostlinách rodu Erythroxylon nedochází po Mannichově kondenzaci Nmethylpyroliniového
kationtu s karbaniontem kyseliny acetooctové k dekarboxylaci, co má za
následek vznik ekgoninu (2-karboxypseudotropinu). Jeho esterifikací se tvoří benzoylmethylekgonin
neboli kokain, známý alkaloid s lokálně anestetickými a narkotickými účinky.
N
CH3
H
O COC6
H5
COOCH3
kokain
derivát 2-karboxy-tropan-3--olu
2
3-
11.4.3 Pyrrolizidinové alkaloidy
Pyrrolizidinové alkaloidy jsou v přírodě dosti rozšířené, ale zvláště jsou charakteristické
pro některé rody čeledi Asteraceae (Senecio L.), Boraginaceae (Symphytum L., Heliotropium
L., Cynoglossum L.) a Fabaceae (Crotalaria L.). Základní heterocyklický systém
pyrrolizidinových alkaloidů pochází z ornithinu přes putrescin a aminoaldehyd. Dvě molekuly
aminoaldehydu zreagují ve smyslu Mannichovy kondenzace a vzniklý produkt je redukcí a
oxidační deaminací převeden na symetrický aminodialdehyd. Z něj cyklizací a redukcí vzniká
dihydrosupinidin. Další reakce pyrolizidinového skeletu zahrnují především oxidativní
procesy. Jako příklad mohou sloužit alkaloidy heliotridin a retronecin, jde o pyrrolizidinové
149
báze, v přírodě značně rozšířené, nenasycené, hydroxylované sloučeniny, lišící se pouze
konfigurací na C-7.
NH2
NH2
COOH
NH2
NH2
NH2
CHO
CH2
N
NH2
CHO
C
CH2
NH2
O
H
NH
CHO
CHO
N
+
C
CHO
N
CHO
N
H
CH2
OH
N
7
H
CH2
OHOH
+-CO2
[O]
-H2O
[O] -NH3 -OH
+2H
ornithin putrescin
4-amino-
butanal
4-amino-
butanal
dihydrosupinidin 7OH, heliotridin
7OH, retronecin
+2H +2e
+2e
Pyrrolizidinové báze se vzácně vyskytují volné. Převážně jsou nalézány jako estery s
dikarboxylovými kyselinami, které jsou označovány jako necinové kyseliny (tvoří se z
threoninu, kyseliny pyrohroznové, přes isoleucin a dále z methioninu). Jako příklad je uveden
alkaloid senecionin.
CC
CH2
O
CO
H
CH3
CH2
N
HO
CO
CC
H
CH3
CH3
OH
senecionin = retronecin +
kyselina senecinová
Mnoho necinů se vyskytuje ve formě N-oxidů. Většina necinových alkaloidů má výrazné
hepatotoxické účinky.
150
11.5 Alkaloidy odvozené od lysinu
11.6 Jednoduché piperidinové deriváty
Od aminokyseliny lysinu lze biogeneticky odvodit jednoduché piperidinové deriváty,
které jsou přítomné v některých rostlinách čeledi Punicaceae. Reakční mechanizmus jejich
tvorby je analogický jako při biosyntéze pyrolizidinových bází z ornithinu.
Dekarboxylací lysinu vzniká kadaverin, který se methyluje na N-methylderivát. Ten
poskytne oxidační deaminací aldehyd, který cyklizuje na N-methyl-Δ1
-piperidein. Tento
reaguje s kyselinou acetooctovou za vzniku N-methylisopelletierinu, který dehydrogenací
přechází na produkt podléhající další kondenzaci za vzniku pseudopelletierinu.
NH2 NH2HOOC NH2 NH2
NH
CH3
CHO
N
+
CH3
CO
CH3
CH
COOH
N
O
CH3
N
+
CH3
CH2
O
N
CH3
O
-CO2 +C1
[O]
-OHlysin
kadaverin
N-methylaminopentanal
N-methyl-
-1-piperidein
N-methylisopelletierin
pseudopelletierin
_
11.7 Chinolizidinové alkaloidy
Rostliny některých rodů čeledi Fabaceae jsou obzvláště schopné využít lysin v rámci
svých biosyntetických pochodů. Vznikající sloučeniny jsou označovány jako chinolizidinové
alkaloidy nebo také lupinové alkaloidy, podle jejich hojného výskytu v druzích rodu Lupinus
L.. Při tvorbě nejjednoduššího lupininu se uplatňují podobné reakční mechanizmy, jako
při vzniku pyrolizidinových alkaloidů z ornithinu. Dekarboxylací lysinu vzniká kadaverin,
který poskytuje oxidační deaminací aminoaldehyd. Dvě molekuly aminoaldehydu
Mannichovou kondenzací, redukcí a oxidační deaminací poskytnou aldehyd, který cyklizuje a
redukuje se na nejjednoduššího představitele chinolizidinových alkaloidů - lupinin. Bylo
151
prokázáno, že lupinin slouží jako prekurzor sparteinu (tetracyklický lupinový alkaloid), jehož
tvorba je uvedena dále. Při biosyntéze sparteinu přes chinolizidin-5-aldehyd se uplatňuje další
piperidinové jádro (původem z lysinu). Každý stupeň vedoucí k vytvoření dalšího kruhu je
reprezentován kondenzací aldolového typu, vyžadující přítomnost iminoskupiny.
NH2
NH2
COOH NH2 NH2
NH2
CHO
NH2
CHO CHO
NH
CHO
N
+
CHO CHO
N
CH2
N
H
OH
N N
H
CH
N
N
+
CH2
N
N
N
+
N
N
N
+
N
+
N
N
N
H
H
N
NH
O
-
-CO2
lysin kadaverin
[O]
+
-NH3 -OHaminoaldehyd
dialdehyd
chinolizidin-5-aldehyd
lupinin
lysin
+2H+, +2e -OH+2H+,
+2e
- H+
- 2e
1. migrace dvojné
vazby
2. - H+, - 2e
+ H+, +2e
A B
C D
Lupinus luteus
+2H+, +2e
spartein cytisin
11.7.1 Alkaloidy plavuní
Rostliny rodu Lycopodium L. patří mezi výtrusné cévnaté rostliny a dožívají dnes jen
v několika druzích. Nejběžnějším alkaloidem plavuně je lycopodin. Bylo zjištěno, že
základním nejdůležitějším meziproduktem při biosyntéze lycopodinu je isopelletierin,
vznikající z lysinu a kyseliny acetooctové. Sledem dalších reakcí (kondenzace, redukce,
migrace dvojné vazby, hydrolýza, oxidativní deaminace) se tvoří konečný produkt lykopodin.
152
Mezi zajímavé alkaloidy plavuní patří také tzv. huperziny (Huperzia spp.), jejichž
biosyntéza ale není kompletně dořešena.
N
COOH
COOH
O -COOH
N
O
COOH
N
O
-COOH
N N
+
N O
+
+
lykopodin
H
N
CH3
O
H
N
O
NH2
lykopodin huperzin
A
11.7.2 Složené piperidinové alkaloidy
Do této skupiny se zařazují alkaloidy, jejichž heterocyklická dusíkatá část molekuly má
původ v lysinu, zatímco zbývající část nebo části molekuly se tvoří cestou kyseliny šikimové.
Hlavními zástupci této skupiny jsou alkaloidy druhů rodu Lobelia L. a Piper L.
Pokusy se značeným lysinem se dokázalo, že piperidinová část molekuly lobelinu (a
dalších lobelkových alkaloidů) a piperinu i chavicinu se tvoří z této aminokyseliny
(biosyntéza obsahových látek Piper nigrum L. je uvedena v kapitole 8.5.1, vzhledem k
nedusíkaté části molekuly).
153
NH2
NH2 CO2
H NH2
O CO2
H N CO2H
O
CH3
N
OHH
HH
O
CH3
N
OHH
HH
lysin
-H2O-NH3
kyselina -keto-
--aminokapronová
kyselina 1-piperidin-
-2-karboxylová
lobelin
isolobinin
fenylalanin
C4 zbytek
154
11.8Alkaloidy odvozené od fenylalaninu a tyrosinu
Aminokyseliny fenylalanin a tyrosin jsou výchozími sloučeninami pro biosyntézu velké a
strukturně rozdílné skupiny alkaloidů. Vznikají z nich deriváty fenylethylaminů,
isochinolinové a benzylisochinolinové alkaloidy a rovněž alkaloidy, při jejichž tvorbě se
účastní monoterpenická jednotka. Podle svého původu patří do této skupiny také alkaloidy z
rostlin čeledi Amaryllidaceae (např. galanthamin v Galanthus nivalis L.) a báze přítomné v
Colchicum autumnale L. Z farmaceutického hlediska jsou bezesporu nejvýznamnější
benzylisochinolinové alkaloidy a zvláště alkaloidy opiové, produkované zástupci rodu
Papaver L. Alkaloidy morfinanového typu se uplatňují jako cenná léčiva.
11.8.1 Alkaloidy typu fenylethylaminu
Druhy rodu Ephedra L. produkují báze efedrin a diastereoisomerní pseudoefedrin, spolu
s odpovídajícími N-methyl a N-desmethylderiváty.
Dekarboxylací fenylalaninu vzniká fenylethylamin, který se oxiduje na ωaminoacetofenon.
Ten přijímá v alifatické části další uhlík formiátového původu, vzniklý
produkt se redukuje a konečnou N-methylací (donorem C-1 je v tomto případě methionin)
přechází na efedrin.
CH2
CH NH2
COOH
CH2
CH2NH2
CO
CH2NH2
CO
CH NH2
H C H
O
CO
CH NH2
CH2
OH
CO
CH NH2
CH3
CH
CH NH2
CH3
OH C
C NH
CH3
CH3
H OH
H
C
C NH
CH3
OH
CH3H
H
fenylalanin
[O]-CO2
fenylethylamin
-aminoaceto-
fenon
HCOOH
+ 2H+
+ 2e
redukce
+2H+
+
(-)-efedrin (+)-pseudoefedrin
- H2O
(formiát)
+C1
+2e (methionin)
+C1
155
Některé z velmi zajímavých alkaloidů odvozených od tyrosinu se vyskytují v rozličných
druzích kaktusů. Halucinogenní báze meskalin se nalézá v "peyotlu" - Lopophora williamsii
(Lem.) Coult a řadě dalších kaktusů. Vzhledem k tomu, že tyrosin a tyramin byly jednoznačně
prokázány jako prekurzory, bylo potřebné zjistit pořadí hydroxylace aromatického kruhu a
methylace hydroxylových skupin. Počet možností byl zredukován zjištěním, že jak dopamin,
tak 3,4,5-trihydroxyfenylethylamin jsou dobře inkorporovány do meskalinu, zatímco 5hydroxy-3,4-dimethoxyfenylethylamin
zužitkován nebyl. Z toho plyne logický závěr
biosyntézy meskalinu, uvedený na následujícím schématu.
OH
CH2CH
NH2
COOH
OH
CH2CH2NH2
OH
CH2CH2NH2OH
OH
CH2CH2NH2OH
OH
O
CH2CH2NH2OCH3
CH3O
CH2
CH2
NH2O
OH
CH3
CH3
CH3
O
tyrosin
[O]-CO2
+C1
tyramin
a
b
c
dopamin
a
[O]
3,4,5-trihydroxyfenyl-
ethylamin
b
meskalin
c
3,4-dimethoxy-5-hydroxy-
fenylethylamin
11.8.2 Tetrahydroisochinolinové alkaloidy
Příkladem jednoduché tetrahydroisochinolinové báze je hydrastinin, vznikající
oxidativním štěpením alkaloidu hydrastinu (ftalidoisochinolinový alkaloid).
N
O
O
OH
CH3
OHC
COOH
OMe
OMe
O
O
N CH3
O
O
OMe
OMehydrastin
ftalidotetrahydroisochinolinový typ
hydrastinin
kyselina opianová
156
11.8.3 Benzylisochinolinové alkaloidy
Do této skupiny patří řada strukturně rozličných alkaloidů, odvozených od jednoduchého
1-benzyltetrahydroisochinolinového systému. Tyto alkaloidy nejsou příbuzné pouze
na základě společného prekurzoru, ale také tím, že při jejich tvorbě se uplatňuje proces
oxidativního fenolického spájení, probíhající radikálovým mechanizmem. Jednoduché
benzylisochinolinové a benzyltetrahydroisochinolinové alkaloidy jsou v přírodě hojně
rozšířené. Dosud byly popsány jako obsahové látky rostlin z čeledí Papaveraceae,
Fumariaceae, Rhamnaceae, Rutaceae, Ranunculaceae, Berberidaceae, Lauraceae,
Menispermaceae, Monimiaceae a dalších. V uvedených čeledích, s výjimkou prvních tří, byly
popsány i bisbenzylisochinolinové alkaloidy.
N1 N1
1-benzyltetrahydroisochinolin
Biosyntéza jednoduchého benzylisochinolinového systému je nejlépe ilustrovaná tvorbou
norlaudanosolinu a posléze papaverinu, jednoho z hlavních alkaloidů přítomných v tobolkách
máku setého či opiu. Tyrosin se oxiduje na 3,4-dihydroxyfenylalanin, z něhož vzniká jednak
dekarboxylací dihydroxyfenylethylamin, jednak transaminací kyselina 3,4-dihydroxyfenylpyrohroznová.
Mannichovou kondenzací dopaminu a kyseliny 3,4-dihydroxyfenylpyrohroznové
se tvoří norlaudanosolin, který se methyluje na norlaudanosin. Jeho dehydrogenací
vzniká papaverin.
157
NH2
OH
CO2H
NH2
OH
CO2HOH
NH2
OH
OH
O
OH
CO2
HOH
H
C
OH
OH O
NH
OH
OH
OH
OH
NH
O
O
O
O
CH3
CH3
CH3
CH3
N
O
O
O
O
CH3
CH3
CH3
CH3
A
tyrosin
[O]
DOPA DOPAMIN
-CO2
-CO2
transaminace - H2O
norlaudanosolin
methylace
norlaudanosin
- 4H, - 4e
papaverin
kyselina 3,4-dihydroxy-
fenylpyrohroznová
3,4-dihydroxyfenyl-
acetaldehyd
11.8.4 Morfinanové alkaloidy
Pro morfinanovou skupinu opiových alkaloidů je důležitým meziproduktem
norlaudanosolin. Při jeho přepisu (isochinolinové jádro se otočí podle vyznačené osy - viz
následující schéma) je zřejmá možnost ortho-para spojení, čím se vytvoří základní uhlíkatý
skelet morfinanů. Biosyntézu významných zástupců této skupiny lze schematicky popsat
následovně: norlaudanosolin je methylován za vzniku retikulinu, který přechází ortho-para
spojením na salutaridin. Sledem dalších reakcí (hydrogenace, dehydratace) vzniká thebain,
který hydrolýzuje na neopinon a ten isomerizací dvojné vazby přechází na kodeinon. Jeho
redukcí vzniká kodein a z něj demethylací morfin.
NH
OH
OH
OH
OH
NH2
OH
COOH
NH
OH
OH
OH
OH
N
O
OH
O
OH
CH3
H
CH3
CH3
N
O
O
O
O
CH3
H
CH3
CH3
N
O
O
O
CH3
H
CH3
CH3
N
OH
O
O
CH3
H
CH3
H N
OH
O
OH
CH3
H
H
a
b
c
d
e
a
b
c d
e
+ 3C1
(-)-retikulin
-2H+
salutaridin
-2H+ - H2O
thebain kodein morfin
demethylace
norlaudanosolin
-2e
158
11.8.5 Aporfinové alkaloidy
Norlaudanosolin je základním meziproduktem také při tvorbě alkaloidů
bulbokapninového a glaucinového typu, které patří k aporfinovým alkaloidům. Ty se tvoří
přes proaporfiny.
Jednoduchým oxidativním spojením norlaudanosolinu systémem ortho-ortho se tvoří
alkaloidy bulbokapninového typu, spojením ortho-para vznikají alkaloidy glaucinového typu.
NH
OH
OH
OH
OH
NH
OH
OH
OH
OH
NH
OH
OH
OH
OH
NH
OH
OH
OH
OH
N
CH3
norlaudanosolin
bulbokapninový typ glaucinový typ aporfin
11.8.6 Berberinové alkaloidy
Pokusy se značenými sloučeninami bylo zjištěno, že Berberis japonica (Thunb.) R. Br.
využívá laudanosolin pro tvorbu berberinu a že kruh C se uzavírá uhlíkem N-methylové
skupiny. Po uzavření kruhu dochází ještě k O-methylaci a vytvoření methylendioxy
seskupení. Vedle berberinu patří do této skupiny basí také skulerin a stylopin.
OH
N
OH
OH
CH3OH
N
OH
O
O
OMelaudanosolin berberin
a
b
a
b
+
159
11.8.7 Protopinové a benzofenanthridinové alkaloidy
Z laudanosolinu přes retikulin se tvoří skulerin, který přechází oxidační kondenzací
methylové a hydroxylové skupiny za vzniku methylendioxy seskupení na stylopin.
Oxidačním štěpením vazby mezi kruhy B a C a methylací dusíku vzniká protopin. Pokud však
dojde k oxidačnímu otevření kruhu B mezi atomem C-6 a dusíkem, vzniká aldehyd, z něhož
se po otočení nedusíkaté části molekuly a uzavření kruhu tvoří alkaloidy
benzofenanthridinové skupiny, reprezentované ve schématu chelidoninem.
N
O
OH CH3
OH
OCH3
CH3
N
O
OH
OH
OCH3
CH3
N
6
O
O
O
O
NH
O
O
O
O
CHO
NH
O
OCHO
O
O
N
O
O
O
O
OH
CH3
retikulin
a
b
-2H+
-2e
skulerin
a
b
stylopin
a
c
A B
C
D
a
c
b
chelidonin
b
otevření
kruhu B
c
c
11.8.8 Ftalidotetrahydroisochinolinové alkaloidy
Skulerin představuje důležitý meziprodukt při tvorbě alkaloidů ftalidtetrahydroisochinolinové
skupiny, kde se uplatňuje vyšší stupeň oxidace. Zavedení kyslíkatých funkcí na C-8 a
C-13 má za následek otevření kruhu C mezi atomem dusíku a C-8. V případě tvorby
hydrastinu dojde k vytvoření γ-laktonového kruhu, methylaci a vzniku methylendioxy
seskupení. Pokud je biosyntetizován narkotin, dochází po oxidativním rozštěpení kruhu C
nejdříve k otočení nedusíkaté části molekuly o 180 º, další reakce potom probíhají analogicky
jako v předchozím případě.
160
N
O
OH
OH
OCH3
CH3
NH
O
OH
OH
OCH3
CH3
COOH
OH
NH
O
OH
OH
OCH3
CH3
COOH
OH
OH
NH
O
OH
OCH3
CH3
OH
OH
OH
HOOC
N
OCH3
OH
CH3
O
O
OMe
O
O
N
O
OCH3
COO
O
O
CH3
CH3
skulerin
a
b
[O]
[O]
a
b
a
b
[O]
a
-H2O
methylace
noskapin
(narkotin)
hydrastin
+ 2C1
- H2O
Mnohé z výše uvedených látek obsahují methylendioxy skupinu, která je častým rysem
přírodních látek obsahujících aromatické kruhy, vytvořené cestou kyseliny šikimové. Vedle
alkaloidů se methylendioxy skupina často vyskytuje také ve skupině flavonoidů. Pokusy s
využitím značených sloučenin bylo prokázáno, že podmínkou pro vznik methylendioxy
skupiny je ortho-substituce aromatického kruhu hydroxylem a methoxylem. V první fázi
dochází k dehydrogenaci a následné cyklizaci.
O
O
CH3
H
O
O
- 2H
- 2e
161
11.8.9 Bisbenzylisochinolinové alkaloidy
Dosud popsané procesy spájení byly charakteru intramolekulárního. Intermolekulární
spájení je reprezentováno skupinou bisbenzylisochinolinových alkaloidů, ve kterých jsou
jednotlivé složky spojeny obvykle prostřednictvím jednoho nebo dvou difenyletherových
můstků.
Většina bisbenzylisochinolinových alkaloidů je odvozena od N-methylkoklaurinu. Tak
např. magnolin lze odvodit přímo O-C spojením. Alkaloidy typu magnolinu vystupují jako
prekurzory bází se dvěma etherickými můstky. Na následujícím schématu uvedené alkaloidy
berbamin a oxyakanthin představují základní strukturní typy této skupiny. Uvedené alkaloidy
jsou spojeny způsobem, který by mohl být označen za systém "pata - pata". Jinak je tomu
u tubokurarinu (složka jihoamerického šípového jedu kurare), který představuje spojení
systémem "hlava - pata".
N
OCH3
CH3
H
O
N
+
O
OH
CH3
(CH3)2
H
OHO
OH
MeO
NCH3
OH
N
CH3 OH
OMe
OH
H
O
OH
MeO
NCH3
H
N
CH3
O
OMe
OH
H
O
MeO
NCH3
H
MeO
tubokurarin
N-methylkoklaurin
magnolin
oxyakanthin
162
11.8.10 Alkaloidy čeledi Amaryllidaceae
V některých rostlinách čeledi Amaryllidaceae (např. Galanthus nivalis L.) jsou přítomné
strukturně zcela rozdílné alkaloidy, které však mají společný biosyntetický meziprodukt norbelladin.
Ten se tvoří z tyrosinu, který je zdrojem C6-C-C jednotky a fenylalaninu, který
poskytuje C6-C složku norbelladinu. Na následujícím schématu jsou uvedeny tři různé
příklady prostorového složení norbelladinu, z kterých sledem dalších reakcí (O-methylace,
oxidativní fenolické spájení, dehydrogenace, redukce, cyklizace, oxidace, tvorba methylendioxy
skupiny) vznikají alkaloidy lykorin, pretazettin a galantamin.
CH2CH
NH2
COOHOH CH2
CH
NH2
HOOC
CH2
CH2
NHCH2CH2
OH OH
OH
N
OH
OH
O
O
OCH3
N
OHO
CH3
O
O
O
N
OH
CH3
OCH3
H
tyrosin fenylalanin
norbelladin
lykorin
pretazettin galantamin
11.8.11 Skupina kolchicinových alkaloidů
Neobvyklá struktura kolchicinu, sestávající z šestičlenného aromatického kruhu A,
substituovaného třemi methoxylovými skupinami, dále sedmičlenného kruhu B
s acetamidovou skupinou a konečně tropolonového kruhu C, představuje velmi složitý
biogenetický problém. Výskyt kolchicinu byl zpočátku omezen na druhy rodu Colchicum L.,
později byl nalezen jako obsahová látka více druhů čeledi Liliaceae. Pokusy s využitím
značeného fenylalaninu a tyrosinu vedly k následujícím závěrům:
163
- fenylalanin je inkorporován do molekuly kolchicinu formou kyseliny skořicové a je
původcem C6-C3 složky
- β-uhlík a aromatické jádro tyrosinu dávají vznik tropolonovému kruhu (toto zjištění bylo
velice důležité, protože umožnilo poznání biosyntetického mechanizmu, při kterém dochází
k rozšíření kruhu.
K poznání biosyntézy kolchicinu přispěl alkaloid androcymbin (vyskytující se spolu
s kolchicinem v rostlině Androcymbium melanthioides Willd.). O-methylandrocymbin
přechází sledem reakcí (hydroxylace, allylový přesmyk hydroxylu vedoucí
k cyklopropanovému meziproduktu, hydrolýza, demethylace a acetylace) na kolchicin.
N
OH
MeO
CH3
OH
OMe
OMe
OH
MeO
OMe
OHMeO
N CH3
OH
MeO
OMe
N CH3
OHMeO
NH
O
OMe
OMe
MeO
MeO
CO CH3
(S)-autumnalin
O-methylandrocymbin
p,p-oxidativní
fenolické spájení
OH
kolchicin
fenyletylisochinolin
Phe kyselina skořicová
Tyr dopamin
11.8.12 Složené benzylisochinolinové alkaloidy
Do této skupiny zařazujeme alkaloidy, na jejichž tvorbě se účastní vedle tyrosinu
monoterpenická jednotka, vznikající z loganinu. Významným představitelem je alkaloid
emetin, jehož biosyntézu lze schematicky popsat následovně: Mannichova kondenzace
dopaminu a sekologaninu vede ke vzniku substituovaného tetrahydroisochinolinového
derivátu, který po hydrolýze a oxidaci poskytuje kyselinu. Ta dekarboxyluje na dialdehyd,
který po redukci a další Mannichově kondenzaci s dopaminem a následné methylaci a
dehydrataci poskytuje cefaelin, případně jeho methylderivát emetin. "Neisochinolinová"
164
složka molekuly emetinu (v schématu zvýrazněna silnými čarami) má původ v geraniolu,
který přes loganin dává vznik sekologaninu.
NH2
OH
OH
O
O
CH3OOC
CHO
Gl
O
O
CH3OOC
Gl
NH
OH
OH
NH
OH
OH
CHO
CHOHOOC
NH
OH
OH
CHO
CHO
N
OH
OH
CHO
NH2
OH
OH
NH
O
O
N
O
OCH3
CH3
CH3
R
dopamin
sekologanin
- H2O
hydrolýza
oxidace
-CO2
kyselina
dialdehyd
-OH-
redukce
dopamin
- H2O
methylace
R = CH3, emetin
R = H, cefaelin
11.8.13 Ostatní dusíkaté látky odvozené od fenylalaninu
V této skupině je uveden kapsaicin, pálivě chutnající látka paprikových plodů. Kapsaicin
není obvykle zařazován mezi alkaloidy, ale mezi amidy. Na tomto místě bude probrán
vzhledem k svému biogenetickému základu. Kapsaicin je 4-hydroxy-3-methoxybenzylamid
kyseliny trans-8-methyl-6-nonenové. Bylo dokázáno, že vanilylaminová složka pochází
z fenylalaninu, u kterého došlo k přesmyku aminoskupiny z α- do β-polohy. Mechanizmus
přesmyku není dosud vysvětlen.
OH
MeO
N
H
O
CH2 CH
NH2
COOH CH CH2
COOH
NH2
(E)
6 8
[(E)]-N-(4-hydroxy-3-methoxybenzyl)-8-methyl-6-nonenamid
fenylalanin

kyselina -fenyl--aminopropionová

kapsaicin
165
11.9Alkaloidy odvozené od tryptofanu
Báze odvozené od tryptofanu se v odborné literatuře označují společným názvem
indolové alkaloidy. Patří sem látky s rozdílnou a nezřídka relativně složitou strukturou. Jejich
biosyntéza je většinou mnohostupňová, podílejí se na ní též prekurzory jiného než
aminokyselinového původu, zvláště monoterpenické.
Přestože distribuce indolových alkaloidů v rostlinné říši je značně široká, lze označit
čeleď Apocynaceae za jejich mimořádně bohatý zdroj. Podrobně byly prozkoumány zvláště
rody Rauwolfia L., Catharanthus G. Don. a Aspidosperma Mart. & Zucc., z nichž se izolují
cenná přírodní léčiva. Dalším důležitým zdrojem léčiv je rod Claviceps Tul. Do skupiny
alkaloidů odvozených od tryptofanu patří rovněž některé alkaloidy přítomné v rodu Cinchona
L., i když výsledná struktura jejich biosyntézy neobsahuje indolové, leč chinolinové jádro.
Pro úplnost třeba dodat, že kromě čeledi Apocynaceae se indolové alkaloidy hojně nalézají
v rostlinách patřících do čeledí Loganiaceae, Rubiaceae a Euphorbiaceae, které jsou
domovem nejčastěji v tropickém a subtropickém pásmu. Uvádí se, že z celkového počtu
dosud známých alkaloidů tvoří celou jednu čtvrtinu právě indolové alkaloidy.
Biosyntéza stavebního kamene indolových alkaloidů, aminokyseliny tryptofanu, probíhá
přes kyselinu anthranilovou, která je "donorem" benzenového kruhu indolového jádra a
heterostomu, C-2 a C-3 indolu pocházejí z ribosy a postranní alanylový řetězec má původ
v serinu. Byla probrána v předmětu Biochemie.
11.9.1 Jednoduché indolové alkaloidy
Mezi jednoduché indolové alkaloidy, označované též jako idolylalkaminy, patří deriváty
tryptaminu, dekarboxylačního produktu tryptofanu. Methylací vzniká N-dimethyltryptamin,
který je hydroxylován na C-4 za vzniku psilocinu (relativně nestabilní, aktivní), který
přechází fosforylací na psilocybin (relativně stabilní, ale s nižší aktivitou). Psilocybin je
obsažen v houbách čeledi Agaricaceae a je nositelem halucinogenního účinku.
166
CHCH2
NH2
N
H
COOH CH2CH2 N(CH3)2
N
H
CH2
CH2
N(CH3
)2
N
H
OH
CH2CH2 N(CH3)2
N
H
O P O
O
OH
tryptofan
- CO2
N-dimethyltryptamin
[O]
psilocin psilocybin
fosforylace
methylace
Mezi jednoduché indolové alkaloidy se dále řadí alkaminy fysostigminového typu,
přítomné v semenech Physostigma venenosum Balf. (Fabaceae). Hlavním alkaloidem je
fysostigmin, který se pravděpodobně tvoří z 5-hydroxytryptaminu methylací (donorem je Sadenosylmethionin).
Mannichovou kondenzací se uzavře další pyrrolidinový kruh. Methylací
dusíků a methylkarbaminací fenolické skupiny vzniká fysostigmin.
NH2
N
H
COOH
H NN
H
(O)
S
+
CH3
N
H
N
H
(O)
CH3
NN
CH3
NHCOO
CH3
CH3 CH3
tryptofan
[O]
tryptamin
N-methylace
fysostigmin
methylkarbaminace
-CO2
Další skupinu indolových alkaloidů lze odvodit z kondenzace mezi typtaminem a
aldehydem nebo ketokyselinou. Mannichovou reakcí za spoluúčasti α-uhlíkového atomu
indolového jádra se tvoří deriváty tetrahydroharmanu.
N
H
NH2 N
H
NH
R
tryptamin
R-CHO
tetrahydroharman
167
11.9.2 Složené indolové alkaloidy
Skupina složených indolových alkaloidů je charakteristická tím, že jejich biosyntézy se
kromě tryptofanu zúčastňuje terpenická složka (monoterpenický nebo hemiterpenický
prekurzor). V počátečním stupni biosyntézy se tvoří z tryptofanu nebo tryptaminu a
sekologaninu (monoterpenická jednotka, pocházející z geraniolu) alkaloid striktosidin
(isovinkosid), který má centrální postavení ve skupině složených indolových alkaloidů.
N
H
NH
O
OGl
H
H
H
H
H3
COOC
O
O
CH3
OOC
CHO
Gl
N
H
NH2
striktosidinsekologanin
tryptamin
Podle struktury monoterpenické složky se dělí indolové monoterpenické alkaloidy na:
a) yohimbanoidy (s nepřesmyknutou sekologaninovou sekvencí), označované též jako
typ genciopikrinový nebo loganinový)
b) iboganoidy (mají sekvenci přesmyknutou)
c) aspidospermanoidy
Pokusy s využitím radioaktivně značených sloučenin bylo dokázáno, že C9,10 složka
indolových alkaloidů se tvoří cestou isoprenoidů. Ze struktury uhlíkové kostry terpenické
složky však vyplývá, že v žádném případě nejde o normální monoterpenický skelet (jako
představuje např. geraniol), ale o skelet identický s iridoidními sloučeninami, popsanými v
kapitole 10.4.1, kde byl jako typický představitel uveden loganin a gentiopikrosid. Podle
současných znalostí je sekvence tvorby C9,10 složky následující: mevalonát → geraniol →
iridoid → sekoiridoid → C9,10 jednotka.
Studiem celé řady iridoidů bylo prokázáno, že nejvhodnějším prekurzorem C9,10 jednotky
je loganin a sekologanin.
168
CH2
OH
CH2
OH
OC
CH3
O
H
H
OH
O Gl
O
H
H
O Gl
CHO
OC
O
O Gl
O
O
CH3
CO - CH3
CO -
geraniol
iridoidní skelet
loganin sekologanin gentiopikrosid
Yohimbanový (loganinový = gentiopikrinový) prekurzor lze teoreticky převést
přesmykem tříuhlíkaté části (označeno křížky) na typ ibogainový (způsob a/), nebo na typ
aspidosperminový (způsob b/).
1
2
3
4
7
5
6
1
2
3
4
7
5
6
1
2
3
4
7
5
6
1
2
3
4
7
5
6
1
2
3
4
7
5
6
yohimbanový
(=corynantheinový,
= genciopikrinový,
= loganinový)
x
x x
x
x
x
x
x
xibogainový
aspidosperminový
a b
x
x
a b
x
Mezi yohimbanoidy (gentiopikrinový = loganinový typ) patří také pentacyklické
alkaloidy reserpin a yohimbin. Nepřítomnost funkčních skupin na C-18 a C-19 yohimbinu
naznačuje, že by se kruh E mohl tvořit přímou redukční cyklizací. Z uvedených struktur obou
alkaloidů vyplývá, že mají opačnou konfiguraci na C-3, tato je určována stereospecificitou
enzymů umožňujících Mannichovu kondenzaci sekologaninu a tryptaminu, termodynamickou
stabilitou a sterickými faktory.
169
Reserpin a yohimbin mají stejnou konfiguraci na C-15, odpovídající poloze C-7 loganinu,
což s řadou dalších alkaloidů potvrzuje inkorporaci loganinu do jejich molekuly. Reserpin a
yohimbin mají opačnou konfiguraci na C-20. Konfigurace reserpinu je v souladu
s konfigurací odpovídajícího centra loganinu a sekologaninu. V případě yohimbinu dochází
na C-20 v průběhu biosyntézy k epimerizaci.
N
H
N
MeO
H H
H
H3
COOC
OMe
OMe
OMe
OMe
OOC
OH
H
H
N
H
N
H
H3
COOC
A B C
D
E
yohimbin reserpin
3
15
20
3
15
18
20
18
V mnoha druzích rodu Strychnos L. (Loganiaceae) byly nalezeny alkaloidy strychnin a
brucin. Podle charakteru netryptaminové části molekuly jednoznačně patří k loganinovému
typu (yohimbanoidy), i když obsahují 11 uhlíkových atomů. K vysvětlení této anomálie
přispělo poznání struktury spermostrychninu, který má na indolovém dusíku acetylovou
skupinu. Později bylo prokázáno, že neindolová C11 část strychninu pochází jednak z C9
loganinového prekurzoru a C2 jednotky odvozené od kyseliny octové.
N
N
O
H
H
HCO
CH3
O
H
H
H
N
O
R
R
H
N
R = H, strychnin
R = OCH3, brucin
spermostrychnin
170
Mezi terapeuticky významné indolové alkaloidy aspidosperminového typu, nalézající se
ve Vinca minor L. (Apocynaceae), patří vinkamin a ethyl-apovinkaminát. Oba mají
vasodilatační účinky na mozkové cévy.
N
CH3OOC
N
OH
H
N
C2H5OOC
N
H
vinkamin ethyl-apovinkaminát
Příkladem ibogainového typu alkaloidů může být ibogain, psychoaktivní látka izolovaná
z Tabernanthe iboga Baill. nebo antiarytmikum ajmalin z Rauwolfia serpentina (L.) Benth. ex
Kurz.
N
N
N
N OH
OH
ibogain ajmalin
171
11.9.3 Dimerní indolové alkaloidy
Z druhu Catharantus roseus L. (Apocynaceae), rostoucího v tropickém a subtropickém
pásmu, byly vedle terpenických indolových alkaloidů vyizolovány též jejich dimery.
Z hlediska terapeutického použití (léčba některých neoplastických onemocnění) jsou
nejvýznamnější vinkaleukoblastin a leurokrystin. Jejich stavebními jednotkami jsou
katharanthin (ibogainový typ) a vindolin (aspidosperminový typ). Indolový dusík vindolinové
části je u vinblastinu methylovaný, u leurokrystinu formylovaný.
N
H
N
CH2
OH
CH3
COOCH3
N
N
COOCH3
H CH2
H
OCOCH3
OH
H
R
CH3
OCH3
katharanthin
(velbanamin)
(ibogainový typ)
vindolin
(aspidosperminový typ)
R = CH3, vinkaleukoblastin
R = CHO, leukokrystin
Druhou skupinu dimerních indolových alkaloidů tvoří látky přítomné v kalebasovém
kurare, připravovaném hlavně z rostlin rodu Strychnos L.. Většina dimerních sloučenin
obsahuje 40 nebo i více uhlíkových atomů.
Většina studovaných látek je strukturně příbuzná karakurinu VII (Wieland-Gumlichův
aldehyd) a průkazně se tvoří dvojitou kondenzací Schiffových bazí, spolu s různými
následnými sekundárními pochody. Typickým představitelem je C-toxiferin.
172
N
N
H CH2
H
CHO
H OH
N
+
N
CH2 H HOH
CH3
CH
N
+
N
CH2
H
H OH
CH3
CH
H
H
Cl
Cl
Wieland Gumlichův aldehyd
(karakurin VII)
C-toxiferin
11.9.4 Monoterpenické alkaloidy typu chininu (chinoliny)
Druhy rodů Cinchona L. a Remijia DC. (Rubiaceae) produkují skupiny alkaloidů
symbolizované chininem, jehož struktura sestává z chinolinu, na který je v poloze 4
prostřednictvím sekundárně alkoholické skupiny navázaný chinuklidin. V listech uvedených
rostlin jsou přítomné též indolové alkaloidy, které mají chinuklidinový kruh napojený C-C
vazbou v poloze 2 indolového jádra. Jejich představitelem je např. cinchonamin. Přestože
struktura chininu je založena na chinolinovém jádře, jeho základní stavební jednotkou je
tryptofan.
Inkorporací radioaktivně značených prekurzorů se dokázalo, že chinin je biosyntetizován
z tryptofanu, resp. tryptaminu a z monoterpenické jednotky genciopikrinového typu. Nejdříve
vzniká alkaloid genciopikrinového typu, ten je hydroxylován v poloze 5 za otevření kruhu C.
Vzniklý meziprodukt může přecházet po dekarboxylaci a vzniku chinuklidinového jádra
na cinchonamin, nebo sledem dalších reakcí na chinin. Tvorbě chininu předchází oxidativní
štěpení indolového kruhu za vzniku ketodialdehydu, hydroxylace benzenového kruhu,
methylace hydroxylu a otočení ketodialdehydové části molekuly. Následuje Mannichova
kondenzace, dehydratace a redukce za vzniku chininu. Jak je patrné z následujícího schématu,
značený geraniol je zcela inkorporován do chinuklidinového jádra, zatímco 2-14
C tryptofan
byl nalezen v chininu v poloze C-2.
173
N
H
NH2 N
H
5
N
HOOC CHO
N
H
3
2
4
5
6
7
N
OH
O
NH
CHO
CHO
NH2
OH
OCH3
OCH3
NH2
NH
O
CHO
OH
CHO
5
6
7
8
OCH3
N1
4
3
C9 N
H
2
OH
HH
H
A B C
[O]
alkaloid yohimbanového typu
[O] [O]
hydroxylace
methylace
-CO2
monoterpenická jednotka
(yohimbanový typ)
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
cinchonamin
1'
2'
3'
4'
5' 6'
7'
8'
chinin
tryptamin
Kamptothecin získaný z Camptotheca acuminata (Nyssaceae) je dalším příkladem
chinolinového alkaloidu, který vzniká rozsáhlou modifikací indolového skeletu. Základem je
přeskupení původního β-karbolinového indolu. Iridoidní část molekuly zde zůstává relativně
nedotčená, a všechny kroky biosyntézy ještě nejsou plně dořešené.
174
N
NH
O
O-GlcH
MeOOC
H
H N
NH
O
H
O-Glc
COOMe
H
H
N
N
O
H
O-GlcH
H
O
N
N
O
H
O-GlcH
H
O
O
O
N
N
O
O
O-Glc
H
H
O
H
N
N
O
O
O-Glc
H
H
H
N
N
O
O
O-Glc
H
H
N
N
O
O
H
H O
striktosidin
hydrolýza esteru
tvorba laktamu
oxidace dvojné vazby
tvorba dvou ketoskupin
aldolová kondenzace
pumilosid
redukce karbonylu,
dehydratace skeletu
deoxypumilosid
kamptothecin
11.9.5 Hemiterpenické indolové alkaloidy
Hemiterpenické indolové alkaloidy, označované jako alkaloidy námelové nebo alkaloidy
ergolinového typu, se nalézají ve sklerociích parazitující vřeckaté houby rodu Claviceps Tul.,
ale i v některých jiných houbách (Aspergillus, Penicillium, Rhizopus) a v některých rodech
čeledi Convolvulaceae (Ipomoea L., Convulvulus L.).
Námelové alkaloidy se rozdělují do dvou základních skupin. První je reprezentována
kyselinou lysergovou a jejími deriváty, druhá potom tzv. klavinovými alkaloidy, u kterých je
C-17 karboxylová skupina lysergové kyseliny nahrazena methylovou, methylenovou nebo
primárně alkoholickou skupinou.
Pro terapii významné námelové alkaloidy jsou deriváty kyseliny lysergové, která vzniká
z tryptofanu a isoprenového zbytku. Biosyntéza námelových alkaloidů probíhá tak, že
nejdříve dochází k elektrofilní substituci dimethylallylového kationtu do polohy C-4
tryptofanu za vzniku 4-dimethylallyltryptofanu, který může isomerisovat na 4isopentenyltryptofan.
Ze 4-dimethylallyltryptofanu dekarboxylací, N-methylací, oxidací a
cyklizací vzniká chanoklavin, který uzavřením dalšího kruhu poskytuje elymoklavin.
Isomerizací dvojné vazby vzniká lysergol, jehož dehydrogenace vede k lysergenu. Oxidací
175
lysergolu vzniká kyselina lysergová, jejíž amidy vykazují výrazný farmakologický účinek.
Stereoisomer kyseliny lysergové je kyselina isolysergová, jejíž amidy jsou neúčinné.
N
H
4
NH2
COOH
CH2OPP
N
H
NH2
COOH
N
H
NH2
COOH
NH
NH
CH2
H
H
CH3
OH
N
NH
CH3
H
H
CH3
N
NH
CH2
H
H
CH3
OH
N
NH
CH2
H
H
CH3
N
NH
CH2
H
CH3
OH
H
4
10
N
8
9
3
NH
2
H
CH3
15
11
12
13
14
7
H
HOOC
N
NH
H
CH3
H
HOOC
DMAPP
tryptofan
4-dimethylallyltryptofan 4-isopentenyltryptofan
kyselina isolysergovákyselina lysergová
lysergol lysergenelymoklavin
agroklavinchanoklavin
-CO2
[O]
methylace
cyklizace
Účinné alkaloidy námele se obvykle rozdělují do dvou skupin. Do první skupiny se
zařazují jednoduché amidy kyseliny lysergové, např. ergometrin. Druhou skupinu tvoří
alkaloidy „peptidového“ typu, kde se kyselina lysergová váže s větším počtem aminokyselin,
např. ergotamin.
176
N
NH
H
CH3
H
OC NH CH
CH3
CH2OH
N
N
NH
H
CH3
H
OC NH
CH3
C
O
O
N
O
CH2
H
H
OH
ergometrin ergotamin
11.10Alkaloidy odvozené od histidinu
Hlavním zástupcem této skupiny je pilokarpin. Předpokládá se, že se tvoří z histidinu,
nebo snad spíše z jeho prekurzoru imidazolylglycerolfosfátu a z threoninu. Imidazolový kruh,
spojený methylenovým můstkem s pětičlenným substituovaným laktonovým kruhem je
základem alkaloidů přítomných v listech rostliny Pilocarpus jaborandi Holmes (Rutaceae).
N
H
N
NH2
COOH
OO
H H
H5C2 CH2
NN
CH3
CH3
NH2 CO2H
L-histidin
pilokarpin
+
L-threonin
11.11Alkaloidy odvozené od kyseliny nikotinové
Kyselina nikotinová představuje prekurzor pyridinového kruhu v několika skupinách
alkaloidů. Tvoří se dekarboxylací kyseliny chinolinové, která vzniká z glycerolu a kyseliny
asparagové.
CH
CH2
OH
OH
CH2OH
CH
NH2
COOH
CH2
COOH N
COOH
COOH N
COOH
glycerol
+
kyselina
asparagová
kyselina
chinolinová
kyselina
nikotinová
- CO2
177
11.11.1 Alkaloidy rodu Nicotiana L.
Nikotin, hlavní představitel alkaloidů přítomných v rodu Nicotiana L. (Solanaceae), ale
přítomný i v jiných čeledích, vzniká následujícím postupem: sledem reakcí se tvoří postupně
z ornithinu putrescin, N-methylputrescin, N-methyl-aminobutanal a konečně N-methyl-Δ1
pyrrolidein.
Ten reaguje s kyselinou nikotinovou (pravděpodobným meziproduktem je
chinoidní pyridinový derivát) za vzniku nikotinu.
NH2
NH2 COOH NH2
NH2
NHNH2
CH3
C NH
H
CH3
O
N
+
CH3
N
COOH
N
+
CH3
N
CH3
N
COOH
N
CH3
N
- CO2
+ C1
[O] - OHornithin
putrescin
N-methylputrescin
N-methylamino-
butanol
N-methyl-
-1-pyrrolidein
+
- CO2
nikotin
-2H+, -2e
Anabasin, další alkaloid přítomný v rodu Nicotiana, se tvoří analogickým postupem
z lysinu přes tetrahydropyridin, který dává výsledný produkt reakcí s kyselinou nikotinovou.
178
11.11.2 Alkaloidy z Ricinus communis L.
Ricinin, přítomný v semenech Ricinus communis L. (Euphorbiaceae), je příkladem
dalšího alkaloidu, odvozeného od kyseliny nikotinové. Tvorba ricininu probíhá
přes nikotinamid, jeho oxidační a methylační produkt. Nitrilová skupina se tvoří dehydratací
amidické skupiny.
N
CONH2
N
COOH
N
H
O
C N
O
CH3
kyselina
nikotinová
nikotinamid
ricinin
- H2O
11.11.3 Arekové alkaloidy
Ořechy z palem čeledi Arecaceae obsahují skupinu alkaloidů, které lze odvodit
od kyseliny nikotinové hydrogenací, N-methylací, případně esterifikací. Hlavními zástupci
jsou arekolin, arekaidin, guvakolin a guvacin.
N
C
CH3
O
OR
N
H
C
O
OR
R = CH3, arekolin
R = H, arekaidin
R = CH3, guvakolin
R = H, guvacin
179
11.11.4 Alkaloidy odvozené od kyseliny anthranilové
Alkaloidy, které lze odvodit od kyseliny anthranilové, se nejčastěji vyskytují v rostlinách
čeledi Rutaceae. Většina těchto alkaloidů má chinolinový nebo akridinový skelet. Patří k nim
např. jedovatý diktamnin, přítomný v třemdavě bílé – Dictamnus albus L. (Rutaceae).
NH2
CO2H
N N N O
OMe
kyselina
anthranilová
chinolin akridin diktamnin
11.12Terpenické alkaloidy
Druhy rodu Aconitum L. a Delphinium L. (Ranunculaceae) produkují diterpenické
alkaloidy, které jsou strukturně příbuzné diterpenu kaurenu. Pravděpodobně vznikají
vícestupňovými reakcemi spojenými s přesmykem části základního uhlíkového skeletu.
Z diterpenických alkaloidů si pro vysokou toxicitu zasluhují pozornost akonitin a napelin,
přítomné v hlízách Aconitum napellus L.
N
OH
O
OH
OMe
OMe
OH
OMe
C
O
MeO
O COCH3
CH3
N
OH
OH
OH
CH2
H
OH
H
CH31
3 5
6
8
13
14
15
16
17
18
19
akonitin napelin
Dalšími terpenickými alkaloidy jsou aktinidin nebo alkaloidy kozlíku (Valeriana spp.).
180
OH O
H
O
H
O
H
O
H
H O
HH
H
NH2
H
H
N H
H
N
N
OH
NH2
OH
N
+
iridodial stereoizomer
transaminace
tvorba Schiffovy baze
redukce
SAM
beta-skytanthin
aktinidin
oxidace
?
?
alkaloid kozlíku
Do skupiny terpenických alkaloidů patří celá řada dalších bází, v jejichž struktuře je
patrná složka isoprenoidního původu, např. složené indolové alkaloidy a jiné, které byly
probrány ve skupinách podle základní aminokyseliny, ze které se tvoří.
11.13Steroidní alkaloidy
Některé rostlinné čeledě produkují alkaloidy, které jsou průkazně tvořeny ze steroidních
prekurzorů. Biosyntéza steroidních alkaloidů vychází ze skvalenu a derivátů cholesterolu (viz
kap. 10.7). Následuje zabudování dusíku buď formou heterocyklu, nebo formou
aminoskupiny. Steroidní alkaloidy můžeme rozdělovat podle povahy steroidu, tvořícího
základ struktury, do tří skupin: alkaloidy typu pregnanu, cholestanu a C-nor-D-
homocholestanu.
181
18
19
H
H
H
H
H
5-pregnan
5-cholestan C-nor-D-homo-5-cholestan
Alkaloidy pregnanového typu mají v základním skeletu 21 uhlíkových atomů. Jsou
tvořeny v čeledích Apocynaceae (Holarrhena R. Br.) a Buxaceae (Buxus L., Pachysandra
Michx.). Jako příklad lze uvést buxamin G, který je zajímavý tím, že má sedmičlenný kruh B.
Ten vzniká rozštěpením cyklopropanového kruhu prekurzoru s cykloartenolovým skeletem.
OH
H
H
H3
CHN
H
NH2
cykloartenol buxamin G
Alkaloidy cholestanového typu mají v základním skeletu 27 uhlíkových atomů. Jsou
tvořeny v rostlinách rodu Veratrum L. a Solanum L.. Jako příklady jsou uvedeny solanidin a
tomatidin. Alkaloidy C-nor-D-homocholestanového typu jsou charakteristické tím, že kruh C
je pětičlenný a kruh D šestičlenný. Jsou produkovány rostlinami rodů Veratrum L. a
Fritillaria L.. Jako příklad je uveden protoveratrin A a protoveratrin B, patřící mezi esterové
veratrové alkaloidy s antihypertenzivním účinkem.
N
OH
NH
O
OH
H
CH3
H
CO
CCH3
OH
CR H
CH3
O
N
OH
OH
OHO
OH OCOCH3
OCOCH3
O COCH
CH3
CH2
CH3
solanidin tomatidin
R = H, protoveratrin A
R = OH, protoveratrin B
182
11.14 Alkaloidy Conium maculatum L.
Z biogenetického hlediska nelze zařadit alkaloidy přítomné zvláště v plodech v Conium
maculatum L. (Apiaceae) do žádné z dosud probíraných skupin. V rámci jiných systémů se
koniin uvádí mezi piperidinovými alkaloidy, co by na první pohled mohlo svádět
k domněnce, že je odvozen od aminokyseliny lysinu. Pokusy s využitím značených
prekurzorů bylo dokázáno, že uhlíková kostra koniinu pochází ze čtyř acetátových jednotek,
které vytvářejí polyketokyselinu, která přechází na kyselinu 5-oxooktanovou. Ta se redukuje
na 5-oxooktanal. Enzymatickou transaminací mezi 5-oxooktanalem a L-alaninem vzniká
kyselina pyrohroznová a 5-oxooktylamin, který cyklizuje na γ-konicein. Jeho redukcí se tvoří
koniin.
C O
O
O
OH O
C O
OH O
C O
O H
O
NH2
N N
H
H
CH3COOH4
red.
+2H+
L-alanin
cyklizace
kyselina 5-oxooktanová 5-oxooktanal
5-oxooktylamin -konicein koniin
enzym
+2e
11.15 Purinové deriváty
Purinové deriváty v obecném pojetí patří mezi významné stavební jednotky nukleových
kyselin. V rámci přírodních léčiv se pozornost soustřeďuje především na methylované puriny
- kofein, theofylin a theobromin. Přestože v jejich molekule jsou čtyři atomy dusíku,
nevykazují tyto látky zásaditý charakter, netvoří soli s kyselinami, a proto se mezi alkaloidy
nezařazují, případně se označují jako pseudoalkaloidy. Výskyt kofeinu, theobrominu a
theofylinu se váže především na rostlinné druhy rodů Coffea L., Thea L., Theobroma L., Cola
Schott & Endl., Ilex L. a Paullinia L. Všechny rostou a pěstují se v tropech nebo subtropech.
Biosyntéza purinového jádra se děje na zbytku riboso-5-fosfátu, takže všechny produkty
mají charakter ribotidů. Fosforibosyldifosfát je převeden na fosforibosylamin, který reaguje
s glycinem a formiátem za vzniku fosforibosylformylglycylamidu. Ten cyklizuje a
183
s aminoskupinou původem z glutaminu dává fosforibosylaminoimidazol. Do reakce vstupují
aspartát a oxid uhličitý, dávající vznik karboxamidovému derivátu aminoimidazolu. S
formiátem se uzavírá druhý kruh za vzniku inosinmonofosfátu, který se hydroxyluje na
xanthosinmonofosfát. Ten přechází dehydrogenací v xanthin, který methylací dává vznik 3,7dimethylxanthinu
(theobromin), 1,3-dimethylxanthinu (theofylin) a 1,3,7-trimethylxanthinu
(kofein). Rodičovské látky, poskytující atomy do molekuly purinu, lze schematicky znázornit
následovně:
N
C
N
C
C
C
N
CH
N
H
CO2
aspartát
formiát
glutamin
formiát
glycin
O
CH2OP
OH OH
OPP
O
CH2OP
OH OH
NH2
CH2
C
N
H
C
H
O
O NH
Rib O P
N
N
NH2
Rib O P
N
N
NH2
Rib O P
O
NH2
N
N
Rib O P
N
N
OH
N
N
Rib O P
N
N
OH
OH
N
N
H
NH
N
H
O
O
N
NN
N
O
O
CH3
CH3
CH3
asparagin
kyselina
asparagová
PPOH
glycin
formiát
glutamin CO2
aspartát
formiát
P-ribosylamin
P-ribosyl-formyl-
glycylamid
P-ribosyl-
aminoimidazol
P-ribosyl-karboxyamido-
aminoimidazol
inosinmonofosfát
(IMP)
xanthinmonofosfát xanthin kofein
1
2
3
4
5
6
7
8
9
riboso-5-fosfát
Drogy s obsahem kofeinu se používají především jako poživatiny, které se upravují
fermentací či pražením. V terapii se užívají čisté látky - kofein, theobromin a theofylin.
184
POUŽITÁ A DOPORUČENÁ LITERATURA
Bruneton, J. Pharmacognosy, Phytochemistry, Medicinal Plants. 1999. ISBN: 978-
1898298637. Lavoisier, 2nd edition.
Nagy M a kol. Farmakognózia. Biogenéza prírodných látok. 2011. ISBN: 978-80-8063-
368-4. Osveta, 1. slovenské vydání.
Suchý V. a kol. Praktická cvičení farmakognozie. 2013. ISBN: 978-80-7305-659-9.
VFU Brno, 1. vydání.
Samuelson G., Bohlin L. Drugs of Natural Origin: A textbook of Pharmacognosy. 2004.
ISBN 978-91-9743-184-2. Swedish Pharmaceutical Press, 5th edition.
Evans Ch. W. Trease and Evans' Pharmacognosy. 2009. ISBN: 978-07-0202-933-2.
Saunders Ltd., 15th edition.
Cseke L. J. a kol. Natural Product from Plants. 2006. ISBN 978-08-4932-976-0. CRC
Press 2nd edition.
Dewick P. M. Medicinal Natural Products. 2002. ISBN 0470846275. John Wiley and
Sons, 2nd edition.
Journal of Natural Products ISSN: 1520-6025, Phytochemistry ISSN: 0031-9422,
Phytochemical Analysis ISSN: 1099-1565, Journal of Ethnopharmacology ISSN: 0378-8741.
185
Rejstřík
Tučná písmena a číslice jsou pro hlavní odkazy; hvězdička indikuje strukturní vzorec. Velká písmena
jsou použita pro označení kapitol.
Acetogeniny alifatické 82
Acetogeniny cyklické 93
Acetogeniny složené 108
Acetylkoenzym A* 79
Aconium lindleyi Webb & Berthel 61
Aconitum spec. 129,179
Acylfloroglucinol* 94
Aeskuletin* 50,58
Aflatoxiny 110,111
Agroklavin* 175
Ajmalin* 171
Akonitin* 179
Aktinidin* 180
Alizarin 77
ALKALOIDY 136
Alkaloidy Amarylidaceae 162
Alkaloidy a aminokyseliny* 137,141,142,
Alkaloidy aporfinové 158
Alkaloidy arekové 178
Alkaloidy benzofenanthridinové 159
Alkaloidy benzylisochinolinové 156
Alkaloidy benzylisochinolinové složené 163
Alkaloidy berberinové 158
Alkaloidy bisbenzylisochinolinové 161
Alkaloidy Conium maculatum L. 182
Alkaloidy ftalidotetrahydroisochinolinové 159
Alkaloidy chinolizidinové 150
Alkaloidy indolové dimerní 171
Alkaloidy indolové hemiterpenické 174
Alkaloidy indolové jednoduché 165
Alkaloidy indolové složené 167
Alkaloidy kolchicinové 162
Alkaloidy monoterpenické typu chininu 172
Alkaloidy morfinanové 157
Alkaloidy námelové 174
Alkaloidy, obecné reakce při biosyntéze* 138
Alkaloidy odvozené od fenylalaninu a tyrosinu 154, 164
Alkaloidy odvozené od kyseliny anthranilové 179
Alkaloidy odvozené od lysinu 150
Alkaloidy odvozené od ornithinu 144
Alkaloidy odvozené od tryptofanu 165
Alkaloidy plavuní 151
Alkaloidy piperidinové složené 152
Alkaloidy protopinové 159
Alkaloidy pyrolizidinové 148
Alkaloidy Ricinus communis L. 178
Alkaloidy rodu Nicotiana 177
Alkaloidy steroidní 180
Alkaloidy terpenické 179
Alkaloidy tetrahydroisochinolinové 155
186
Alkaloidy tropanové 145
Alkaloidy steroidní 132,
Aloeemodin* 100
Alternariol* 96
Amfotericin* 107
Ammi majus L. 59
Aminooxidasy* 143
Amoniaklyasa 143
β-Amyrin*131
Anabasin 178
Androcymbin* 163
Anetol* 60
Angelicin* 59
Anisketon* 60
Anthocyanidin* 74
Anthrachinony 77,98
Apiaceae 59
Apium graveolens L. 59
Apoatropin* 147
Aporfin* 158
Arbutin* 68
Arekaidin* 178
Arekolin* 178
Artabsin* 126
Artemisin* 126
Artemisinin* 126
Asaron* 60
Aspergillus sp. 110
Aspidosperma sp. 165
Aspidospermanoidy 167
Asteraceae sp. 148
Atisin* 130
Atropa L. 146
Atropin* 147
Aukubin* 122
Autumnalin* 163
Baikiain* 36
Belladonin* 147
Berberin* 158
Bergapten* 59
BIOGENEZE PŘÍRODNÍCH LÁTEK 34
Biosyntetické reakce základní 40
Biotin* 82
Bisabolan* 125
γ-Bisabolen* 125
Brucin* 169
Bulbokapnin* 158
Buxamin* 181
C6 sloučeniny 68
C6-C1 sloučeniny 65
C6-C3 sloučeniny 65
C6-C3-(C2)n sloučeniny 68
Cadinan* 125
Camptotheca acuminata Decne 173
Cannabis sativa L. 108
187
Capsicum sp. 133
Caryofylan* 125
Catharanthus sp. 165, 171
Caventou 11
Cefaelin* 164
Cikutoxin* 92
Cinchona L. sp. 172
Cinchonamin* 173
Cinnamoylkoenzym A* 57
Citronellol* 120
Citrus bergamia Risso 59
Claviceps Tul. 174
C-nor-D-homocholestan* 181
Coffea L. sp. 182
Cola sp. 182
Colchicum L. 162
Cynara cardunculus L. subsp. scolymus 60
Cykloartenol* 131,181
Cynarin* 60,61
Cytisin* 151
Daktylomyciny 103
DAPP* 115,119
Datura spp. 146
Daunorubicin* 108
Dehydromatricarianol* 92
Delphinium spec. 129
Depsidy 66
Deriváty purinové 182
Desosamin* 36
Dianthron* 99
Dictamnus albus L. 179
Digitoxigenin* 132
Digitoxosa* 36
Dihydroflavonol* 74
Diktamnin* 179
Dikumarol* 58,59
Dilignoly 63
Dimethylallyldifosfát* 115
Diterpeny 127
Diterpeny monocyklické 129
Diterpeny bi- a polycyklické 129
Doxorubicin* 108
Dryopteris 98
Droga, názvosloví 14
Drogy – klasifikace 15
Drogy, úprava a uchovávání 31
Ebersův papyrus 8
Efedrin* 154
Elymoklavin* 175
Emetin* 164
Emodin* 97,99,100
Emodinanthron* 99
Endokrocin* 96,100
Endoperoxid cyklický* 89
Ephedra sp. 154
188
Epoxidace tropanového jádra* 148
Ergometrin* 176
Ergotamin* 176
Erythromycin* 105
Erythroxylum sp. 145
Estery mastných kyselin 90
Ethylapovinkaminát* 170
Eudesman* 125
Eugenol* 60
Eugenon* 96
Fabaceae 59
FARMAKOGNOZIE JAKO VĚDNÍ OBOR 6
Farmakognozie v systému věd 7
Farmakognozie – úkoly v současnosti 12
Farmakognozie – vznik a vývoj 8
Farneseny* 124
Farnesol* 113,123
Fenchan 114,121
Fenikulin* 60
Fenoly a jejich deriváty 93
Fenylalanin* 36,54
Fenylpropanoidy 60
Flavan* 74
Flavandiol* 74
Flavanon* 74
Flavin-adenin-dinukleotid* 142
Flavon* 74
Flavonoidní sloučeniny 73
Flavonol* 74
Floroglucinoly v kapraďorostech 98
Furanokumariny 57
Fyscion* 100
Fysostigmin* 166
Fytoalexin 56
Fytoen* 134
Fytol* 128
Galanthamin* 162
Galenos 9
Gaultheria procumbens L. 65
Gentiopikrosid* 122,168
Geraniol* 113,120
Geranyllinalol* 127
Germakran* 125
Ginkgo biloba L. 129
Ginkgolidy 129
Glaucin* 158
Glukosa* 36
Gykosidy kardioaktivní 132
Glykosidy, tvorba 44
Griseofulvin* 96,102,103
Guajan* 125
Guajol* 113
Gutaperča* 134,135
Guvacin* 178
Guvakolin* 178
189
Helicin* 65
Heliotridin* 149
Hellebrigenin* 132
Hemiterpeny 119
Herbáře a bylináře 10
Hernandulcin* 125
Humulan* 125
Huperzin* 152
Hydrastin* 155,160
Hydrastinin* 155
Hydrochinon* 68
Hygrin* 145
Hyoscyamin* 147
Hyoscyamus sp. 146
Hypericin* 50,99
Hypoglycin A* 36
Chalkon* 74
Chamazulen* 127
Chanoklavin* 175
Chavicin* 70
Chelidonin* 159
Chinin* 173
Chinonmetid* 63
Chinovosa* 36
Chlorofyl* 128
Chlorotetracyklin* 102
Cholestan* 181
Cholesterol* 131
Chrysofanol* 50,100
Ibogain* 170
Iboganoidy 167
Ilex L. 182
Imperatorin* 59
IPP* 115,119
Iridan* 122
Iridodial* 122
Iridoidy 121
Iridomyrmex sp. 121
Islandicin* 100
Isoeugenol* 60
Isoflavon* 74
Isolobinin* 143
Isomyristicin* 60
Isopentenyldifosfát* 115
Isopren* 113,120
Isoprenoidní struktura – biogenetický původ 115
ISOPRENOIDY 112
Juglon* 50
Kafr* 113
Kamel Josef Jiří 10
Kamfan 114,121
Kamptothecin* 173,174
Kannabidiol* 109
Kannabinol* 109
Kapilin* 93
190
Kapitalismus a léčitelství 11
Kapsaicin* 164
Kapsanthin* 133
Karakurin* 172
Karan 114,121
Δ3
-Karen* 120
Karlinový oxid* 93
β-Karoten* 129,134
Karvon* 113
Kaskarosid* 101
Kataranthin* 171
Katechin 50,74
Kaučuk* 134,135
Kawa 71
Kawain* 71
KLASIFIKACE OBSAHOVÝCH LÁTEK ROSTLIN 32
Kofein* 183
Kokain* 148
Koklaurin* 161
Kolchicin* 163
Kondenzace aldolová* 100, 139
Kondenzace Claisenova 79
Kondenzace Mannichova* 139
Konicein* 182
Koniferin* 63
Koniferylalkohol* 60,62,63
Koniin* 182
Kubebin 64
Kumariny* 57,58
Kumarylalkohol* 62
Kurare 161
γ-Kurkumen* 125
Kurkumin* 69
Kuskohygrin* 145
Kvercetin* 51
Kyselina anthranilová* 54
Kyselina arachidonová* 86
Kyselina arogenová* 54
Kyselina benzoová* 65
Kyselina dehydrochinová* 53
Kyselina dehydrošikimová* 53
Kyselina dextropimarová* 113
Kyselina dihydrosterkulová* 87
Kyselina 1,5-dikaffeoylchinová* 60
Kyselina eikosatrienová*89
Kyselina elagová* 67
Kyselina eruková* 86
Kyselina fenylpyrohroznová* 54
Kyselina ferulová* 56,66
Kyselina gallová* 65,66
Kyselina gentisová* 65
Kyselina gorlová* 87
Kyselina gyroforová* 104
Kyselina hexahydroxydifenová* 67
Kyselina hydnokarpová* 87
191
Kyselina chamazulenkarboxylová* 127
Kyselina chaulmoogrová 87
Kyselina chaviková* 70
Kyselina chinová* 53
Kyselina chlorogenová* 56
Kyselina chorismová* 53
kyselina isolysergová* 175
Kyselina isomáselná* 147
Kyselina isovalerová* 147
Kyselina kávová* 56
Kyselina kannabidiolová* 109
Kyselina kannabigerolová* 109
Kyselina krepeninová 92
Kyselina kumarinová* 58
Kyselina o-kumarová* 58
Kyselina p-kumarová* 56
Kyselina lekanorová* 104
Kyselina linolenová* 86
Kyselina linolová* 86
Kyselina lysergová* 175
Kyselina malvová* 87
Kyselina mevalonová* 115,116
Kyselina mykofenolová* 110
Kyselina nemotinová* 93
Kyselina olejová* 86
Kyselina olivetolkarboxylová* 109
Kyselina opianová* 155
Kyselina orselinová* 94,96,104
Kyselina pimarová* 130
Kyselina pipekolová* 36
Kyselina piperová 70
Kyselina podokarpová* 130
Kyselina prefenová* 53
Kyselina protokatechová* 65
Kyselina ricinolejová 86,87
Kyselina rozmarínová* 75,76
Kyselina salicylová* 65
Kyselina senecinová* 149
Kyselina sinapová* 50,56
Kyselina skořicová (E)* 54,55,58,147
Kyselina sterkulová* 87
Kyselina stizolobová* 36
Kyselina syringová* 65
Kyselina šikimová * 37,52,53
Kyselina tiglinová* 147
Kyselina trigallová* 67
Kyselina trimethoxyskořicová* 56,65
Kyselina tropová* 147
Kyselina usnová* 104
Kyselina vanilová* 65,66
Kyselina veratrová* 147
Kyseliny lišejníkové 103
Kyseliny mastné nasycené 82
Kyseliny mastné nenasycené 85
Laktony seskviterpenické 126
192
Lanosterol* 131
Lanceol* 125
Laudanosolin* 158
Lékařství arabské 9
Lékařství starověké – Řekové a Římané 9
Lékařství středověké 9
Leurokrystin* 171
Limonen* 120
Lignany 61,64
Lignin 61,62
Linalol* 120
Lindleyin* 61
Linné Carl 11
Lipidy jednoduché 90
Lipidy složené 91
Lobelia L. sp. 152
Lobelin* 153
Loganin* 122,168
Lovastatin* 101
Lucidin 77
Lupinin* 151
Lykopen* 134
Lykopodin* 152
Lykorin* 162
Lysergen* 175
Lysergol* 175
Magnolin* 161
Magnoliol* 50
Makrolidy 104
Malonylkoenzym A 82*
Mangiferin* 51
Margaspidin* 98
Marrubiin* 130
Matricaria recutita L. 126
Matricin* 127
Melissa officinalis L. 75
Mellilotus officinalis (L.) Pall. 58
p-Menthan* 121
Metabolismus cukrů 44
Metabolismus „jednouhlíkatý“ 48
Metabolismus, tříuhlíkaté sloučeniny 46
Metabolity primární a sekundární 34, 37
Methylerythritolová cesta* 116,117
Methysticin* 71
METODOLOGIE FARMAKOGNOZIE 23
Metody vyšetřovací 23
Metody ohodnocovací 24
Metody technologie léčivých rostlin 26
Metody užívané při výzkumu přírodních léčiv 25
Mevalonátová cesta* 115
Mezkalin* 155
Mikroskop 10
Monoterpeny 120
Moraceae 59
Morfin* 157
193
Mykomycin* 93
Mykosamin* 107
Myrcen* 113
Myristicin* 60
Naftochinony 77, 95
Napelin* 179
Narkotin* 160
Nerolidol* 123
Neurosporin* 134
Nikotin* 177
Norbelladin* 162
Norlaudanosolin* 157,158
Noskapin* 160
Nystatin* 107
Ocimen* 120
Oxyakanthin* 161
Oxytetracyklin* 102
Papaverin* 157
Paracelsus 10
Parthenolid* 126
Paullinia L. 182
Pelentan* 58
Pelletier 11
Pelletierin 150
Penicillium sp. 102
Pěstování léčivých rostlin 27
PGE1 89
Physostigma venenosum Balf. 166
Pikrosalvin* 129
Pinan 114,121
α-pinen* 120
Pinoresinol* 63
Piper methysticum G. Forst 71
Piper nigrum L. 70,152
Piperin* 70
Podofyllotoxin* 64
Polyeny antifungální 106
POLYKETIDY 79
Polyterpeny 134
Polyyny 92
Pregnan* 181
Pretazettin* 162
Primula acaulis (L.) Hill 65
Progesteron* 132
Prolin * 36
Prostaglandiny 88
Protoveratrin* 181
PŘÍRODNÍ LÉČIVA A SUROVINY PRO JEJICH PŘÍPRAVU 14
PŘÍRODNÍ LÉČIVA ODVOZENÁ OD KYSELINY ŠIKIMOVÉ 50
PŘÍRODNÍ LÉČIVA ODVOZENÁ OD KYSELINY OCTOVÉ 79
Pseudoefedrin* 154
Pseudopelletierin* 150
Pseudotropin* 146
Psilocin* 166
Psilocybin* 166
194
Psoralea corylifolia L. 59
Psoralen* 59
Pumilosid* 174
Pyridoxal* 141
Pyrogalol 50
Pyrolidinové deriváty* 144
Pyrony* 94
Radikálový mechanizmus 63
Rauwolfia sp. 55,165,170
Reakce Pictet-Spenglerova* 139
Reserpin* 169
Rescinnamin 55
Resorcinol* 94
Resveratrol* 51,72
Retikulin* 157,159
Retronecin* 149
Rhapontigenin* 72
Rhein* 100
Rheum palmatum L. 61
Ricinin* 178
Rosmarinus officinalis L. 75
Rostlina léčivá 14
Rutaceae 58
Salicin* 65
Salutaridin* 157
Santonin* 126
Sekologanin* 164,167
Senecio L. 148
Senecionin* 149
Sertürner 11
Seskviterpeny 123
Seskviterpeny acyklické 123
Seskviterpeny cyklické 124
Schiffovy báze* 138
Schizandrin 64
Sinapylalkohol* 62
β-Sitosterol* 131
Skopolamin* 147,148
Skulerin* 159,160
Skupina methylendioxy* 160
Skvalen* 38,131
Složené aromatické látky 68
Solanaceae sp. 145
Solanidin* 181
Spartein* 151
Spermostrychnin* 169
Statiny 101
Sterigmatocystin* 111
Stevia rebaudiana Bertoni 129
Steviosid 129
Stilbeny 72
Streptomyces sp. 108
Striktosidin* 167
Strychnin* 169
Strychnos sp. 169,171
195
Stylopin* 159
Symphytum L. 148
Tabernanthe iboga Baill. 170
Taxany 129
Taxus sp. 129
Terpenoidní sloučeniny – třídění 114
TERPENOIDY, ISOPRENOIDY 112
Tetracyklin* 102
Tetracykliny 102
Tetrahydroharman* 166
Tetrahydrokannabinol* 51,108,109
Tetraterpeny 133
THC* 51,108, 109
Thea L. sp. 182
Thebain* 157
Thaobroma L. 182
Theobromin 182
Theofylin 182
Thujan 114,121
α-Tokoferol* 128
Tomatidin* 181
Toxiferin* 172
Triterpeny 130
Tromboxan* 89
Tropin, tropinonon* 145,146
Tříuhlíkaté sloučeniny primárního metabolismu 46
Tubokurarin* 161
Turmeron* 125
Tyrosin* 54
Umbelliferon* 58
Valepotriáty* 122
Vanilin* 66
Vanilolosid* 66
Vanilosid* 66
Vanilylalkohol* 66
Vinca minor L. 170
Vindolin* 171
Vinkaleukoblastin* 171
Vitamin A* 129
Vitamin E* 128
Vitamin K* 77,78,128
Vitiligo 59
Vztahy v metabolismu rostlin 38
Xanthin* 183
Xanthotoxin * 59
Yangonin* 71
Yohimbanoidy 167
Yohimbin* 169
ZDROJE PŘÍRODNÍCH LÉČIV 18
Zdroje léčiv rostlinné 18
Zdroje léčiv živočišné 19
Zdroje léčiv z mořských organizmů 20
Zdroje léčiv – buněčné kultury 20
Zingeron* 61,69
Zingiber officinale Roscoe 60,69
196
ISBN 978-80-7305-785-5
Autoři: Doc. PharmDr. Karel Šmejkal, Ph.D.
Doc. PharmDr. Renata Kubínová, Ph.D.
Prof. RNDr. Václav Suchý, DrSc.
Název: Farmakognozie obecná část
Ústav: Ústav přírodních léčiv
Počet stran: 195
Vydání: 1.
Vydavatel: Veterinární a farmaceutická univerzita Brno