Wykład Monograficzny – [7] Naturalne Związki Organiczne steroidy

Prezentacja na temat: "Wykład Monograficzny – [7] Naturalne Związki Organiczne steroidy"— Zapis prezentacji:

1 Wykład Monograficzny – [7] Naturalne Związki Organiczne steroidy
Dr inż. Hieronim Piotr Janecki Naturalne Związki Organiczne Aleksander Kołodziejczyk; Nowa Chemia Pierre Laszlo; Chemia Życia Steven Rose, Sarah Bullock; Wybrane zagadnienia z metod poszukiwania i otrzymywania środków leczniczych Katarzyna Kieć-Kononowicz; Wiesław Malinka, Zarys Chemii Kosmetycznej, Chemia Leków i Kosmetyków Hieronim Piotr Janecki

2 Korzystam z opracowania dr Henryka Różańskiego
Naturalne sterydy.. Czyli Fitosterole Związki jak najbardziej naturalne Sterole, dawniej steryny są to wielopierścieniowe alkohole hydroaromatyczne szeroko rozpowszechnione u zwierząt (zoosterole), roślin (fitosterole) i grzybów (mikosterole, fungisterole). Występują w stanie wolnym (jako estry, alkohole) lub związanym (glikozydy, alkaloidy, lipoproteiny).

3 https://pl.wikipedia.org/wiki/Fitosterole
Fitosterole z Wiki… Fitosterole, sterole roślinne – grupa steroli wytwarzanych przez rośliny. Znanych jest ponad 150 różnych steroli roślinnych[1]. Sterole wytwarzane przez rośliny są elementem strukturalnym błon komórkowych i cytoplazmatycznych, uczestniczą w regulacji procesów wewnątrzkomórkowych oraz pełnią funkcję substancji obronnych przed roślinożercami[1][2]. Wiele steroli roślinnych po połączeniu z cukrem tworzy glikozydy, będące substancją obronną oraz znajdujące zastosowanie jako leki[2].

4 https://pl.wikipedia.org/wiki/Fitosterole
Fitosterole z Wiki… β-Sitosterol

5 Synteza i zróżnicowanie
U roślin niższych sterole wytwarzane są w wyniku przekształcenia lanosterolu. Przykładem fitosterolu wytwarzanego przez Chlorella jest ergosterol, a u Rhodophyta cholesterol. Rośliny wyższe wytwarzają sterole w wyniku przekształcenia cykloartenolu przez stopniową eliminację grup CH3. Eliminacja grup metylowych zachodzi w wyniku kolejnych reakcji utleniania do grup COOH, a następnie dekarboksylację[2].

6 Najczęściej spotykane fitosterole to[2][1]:
β-sitosterol, stigmasterol, brassikasterol, α-spinasterol, Δ7-stigmasterol - występujący w ziarniakach pszenicy, lofenol, cytrostadienol - występujący w liściach pomarańczy, cytryn oraz ziemniaków, makdougalina - występująca w kaktusach, cerewisterol, fukosterol, ergosterol, zymosterol, cholesterol anteridiol, α-ekdyson.

7 https://pl.wikipedia.org/wiki/Kategoria:Sterole
Funkcje Wolne i pochodne steroli roślinnych obecne są w błonach komórkowych i cytoplazmatycznych. Zawartość poszczególnych fitosteroli jest różna dla błon różnych organelli. Błona komórkowa zawiera głównie sitosterol, kampesterol i stigmasterol. W błonach jądrowych występuje cholesterol[2]. Sterole z grupy ekdysonów są hormonami wywołującymi wylinkę owadów. Obecne w roślinach fitosterole mogą zaburzać cykl rozwojowy owadów. Związki z grupy limonoidów są bardzo skutecznym środkiem odstraszającym owady. Glikozydy steroli oraz ich pochodne tworzą grupę związków nazywanych saponinami, wykazującymi właściwości detergentów. Zdolność do rozbijania błon skutkuje wysoką toksycznością dla roślinożerców[1]. Właściwość ta została także wykorzystana przez człowieka przy produkcji środków piorących z surowców roślinnych[2]. Motyle z rodzaju Danaus wykształciły odporność na glikozydy obecne w roślinach, w efekcie gąsienice gromadząc w organizmie toksyczne związki pochodzące ze zjadanych liści, stają się trujące dla ptaków[1].

8 Takie sterole wg. Różańskiego’’’
Przy węglu C-3 posiadają grupę beta-hydroksylową oraz jedno lub kilka wiązań podwójnych w pierścieniu B i łańcuchu bocznym. Podwójne wiązanie jest zlokalizowane n ajczęściej przy C-5, a łańcuch boczny przy C-17.

9 Takie sterole wg. Różańskiego’’’
Zoosterolem jest cholesterol (dawniej holesteryna). Do mikosteroli należy ergosterol. U roślin rozpowszechnionymi fitosterolami są beta-sitosterol, kampesterol, brassikasterol i stigmasterol. Przy wyodrębnianiu z tkanek występują we frakcji tłuszczowej i lecytynowej. Rozpuszczają się w chloroformie. Sterole można wyizolować z tej frakcji za pomocą zmydlania alkoholowym roztworem ługu (np. KOH, NaOH). Fitosterole nie ulegają zmydleniu i dawniej były określane jako frakcja tłuszczowa niezmydlająca się.

10 Takie sterole wg. Różańskiego’’’
Roztwór po zmydleniu należy rozcieńczyć wodą i ekstrahować część niezmydlającą za pomocą eteru lub chloroformu. Po odparowaniu tego rozpuszczalnika frakcja fitosterolowa najczęściej krystalizuje. Sterole łatwo estrować. Do utworzenia octanu wystarczy 30-minutowe ogrzewanie pod chłodnicą zwrotną nadmiarem bezwodnika octowego[1]. Wolne sterole z digitoniną[2] tworzą nierozpuszczalne związki, które pozwalają na ich rozdzielenie

11 Sterole  Sterole, dawniej steryny są to wielopierścieniowe alkohole hydroaromatyczne rozpowszechnione u grzybów (mikosterole), roślin (fitosterole) i zwierząt (zoosterole). Występują w postaci wolnej (alkoholowej, estrowej) i związanej (np. glikozydy, lipoproteiny). Fitosterole występują w tłuszczach roślinnych i zwierzęcych, ponadto wchodzą w skład błon komórkowych (np. cholesterol, ergosterol). Dla wyjaśnienia zdefiniujmy jeszcze sterydy i steroidy.

12 Sterydy czy Steroidy http://www.sciencedirect.com
Sterydy są to węglowodory wielopierścieniowe o cyklopentano-perhydro-fenantrenowym układzie pierścieni, stanowiącym podstawowy układ steroidów. Steroidy to grupa związków organicznych organicznych złożonej budowie, zawierających układ sterydowy, czyli układ cyklopentano-perhydro-fenantrenowy, jako część składową cząsteczki. W niektórych podręcznikach fitochemii wyróżnia się sporą grupę związków pochodnych cyklopentano-perhydrofenantrenu, do której zalicza się sterole, prowitaminy i witaminy D, glikozydy nasercowe, kwasy żółciowe, spirostanole i spirosolanole.

13 Sterydy czy Steroidy .

14 Sterydy czy Steroidy http://www.sciencedirect.com
Ergosterol C27H46O wykazuje skręcalność optyczną w chloroformie (α)D o. Temperatura topnienia oC. Krystalizuje z wodnego roztworu alkoholu z jedną cząsteczką wody w postaci cienkich blaszek o srebrzystym połysku, z eteru zaś w postaci igieł nie zawierających wody, które żółkną pod wpływem światła i tlenu. Widmo pochłaniania w nadfiolecie wykazuje charakterystyczne maksima przy 260, 269, 281 i 293. Nie rozpuszcza się w wodzie, trudno rozpuszczalny w metanolu i eterze naftowym. Rozpuszcza się w 26 częściach wrzącego alkoholu, w 200 częściach zimnego alkoholu, w 32 częściach wrzącego acetonu, w 50 częściach zimnego acetonu i 28 częściach wrzącego eteru. Łatwo rozpuszcza się w chloroformie, octanie etylu i benzenie. Z digitoniną tworzy digitonid nierozpuszczalny w alkoholu. Reakcja ta służy do ilościowego oznaczania ergosterolu (wagowo). Jest prowitaminą witaminy D..

15 Cholesterol Cholesterol C27H46O w postaci bezwodnej krystalizuje w formie cienkich igieł, z 1 cząsteczką wody krystalizacyjnej – w formie przezroczystych płytek, z kwasu octowego lodowatego krystalizuje z 1 cząsteczką kwasu octowego. Temperatura topnienia 145,5-147,4oC. Łatwo rozpuszczalny w eterze, benzenie, chloroformie, pirydynie i dwusiarczku węgla. Nierozpuszczalny w wodzie, alkaliach i rozcieńczonych kwasach. Skręcalność (α)D – 31,59o w eterze. Cholesterol tworzy z bromem w kwasie octowym lodowatym dwubromocholesterol, mający postać długich igieł o temperaturze topnienia oC. Octan cholesterolu ma postać jednoskośnych płytek albo igieł o temperaturze topnienia 114,3-114,8oC.[3]

16 https://pl.wikipedia.org/wiki/Cholesterol
..

17 Stigmasterol Stigmasterol (poprawnie po polsku stygmasterol) C29H48O znaleziono początkowo w bobotrutce – Physostigma venenosum i w soi – Glycine soja. Jest również w kłączach i korzeniach pokrzywy – Urtica, w palmie sabalowej (owoce) – Sabal serrulata, goździkowcu (kwiat, owoc) – Eugenia aromatica, kukurydzy (owoc, kiełki, znamię, olej) – Zea mays, w korzeniu mniszka – Taraxacum, cebuli – Allium cepa, w korzeniu omanu – Inula i wielu innych. Krystalizuje w postaci pryzmatycznych igieł z 1 cząsteczką H2O. Temperatura topnienia 170oC; skręcalność w chloroformie (α)D -45,01, w eterze (α) D -44,67o. Octan stygmasterolu ma niższą temperaturę topnienia: 141oC.

18 Sytosterole Sytosterole C29H50O obejmują szereg związków sterolowych oznaczanych greckimi literami: -α, -β, -γ do których dostawiane są liczby, np. –α1, -α2. Występuje u większości roślin, np. Obniża stężenie cholesterolu we krwi, działa przeciwcukrzycowo, przeciwzapalnie i przeciwgorączkowo. Hamuje przerost gruczołu krokowego. Lanosterol posiada 3 grupy metylowe (stąd metylosterol). Występuje u roślin i zwierząt, ponadto w grzybach. Metabolit pośredni w syntezie innych steroli, np. cholesterolu, sytosterolu. Brasykasterol C28H46O rozpowszechniony u roślin z rodziny krzyżowych (kapustowatych) – Cruciferae (Brassicaceae). Temperatura topnienia 148oC. Skręcalność (α)D – 64o.

19 Sytosterole Kampesterol C28H48O występują u roślin krzyżowych Cruciferae (Brassicaceae) i motylkowatych (Papilionaceae) = Fabaceae, np. w soi. Temperatura topnienia 158oC. Skręcalność (α)D – 33o. α-spinasterol C29H48O początkowo znaleziony w szpinaku – Spinacia oraz w krzyżownicy Polygala senega. Potem wykryto również w wielu innych roślinach z rodzaju komosa – Chenopodium, gwiazdnica – Stellaria, kasztanowiec (owoc) – Aesculus. (α)D – 3,7o. Temperatura topnienia 172,5oC.

20 Sytosterole Fukosterol C29H48O – sterol występujących u glonów, np. brunatnic Phaeophytae. Temperatura topnienia 124oC. Skręcalność (α)D – 38o.

21 Sytosterole Zymosterol C27H44O – sterol obecny w drożdżach. Temperatura topnienia 110oC. Skręcalność (α)D + 49o.

22 Sytosterole Askosterol C28H46O, 5α-ergosta-8,23-dien-3β-ol – mikosterol (fungisterol) wyodrębniony z grzybów Ascomycetes. Temperatura topnienia 142oC. Skręcalność (α)D + 45o.

23 Sytosterole Fekosterol C28H46O – mikosterol wyodrębniony z grzybów, np. drożdżaków. Temperatura topnienia 162oC. Skręcalność (α)D + 42o.

24 Sytosterole

25 Sytosterole Lanosterol.

26 biosynteza Biosynteza steroli u roślin odbywa się w retikulum endoplazmatycznym. Związki te są syntetyzowane z IPP, czyli dwufosforanu izopentenylu (isopentenyl diphosphate). Przypominam, że seskwiterpeny sterole i triterpeny są formowane z mewalonianu. W tym przypadku upraszając można powiedzieć, że mewalonian to prekursor IPP. czyli dwufosforanu izopentenylu (isopentenyl diphosphate) patrz:

27 IPP czyli dwufosforanu izopentenylu (isopentenyl diphosphate)
biosynteza Wróćmy jednak do naszych steroli wytwarzanych z IPP, który pochodzi od mewalonianu. Z IPP powstaje 15-węglowy difosforan farnezylu, a następnie difosforan preskwalenu (presqualene diphosphate). Przy udziale NADPH wytworzony zostaje skwalen (squalene) (węglowodór otwarty). Reakcję tę katalizuje syntaza skwalenowa (squalene synthase; potrzebuje do aktywności Mg2+). W dalszym etapie skwalen ulega cyklizacji do układu cyklopentanofenantrenu. Gdy kationy wodoru H+ atakują węgiel 3 układu cyklicznego możliwe jest zamknięcie pierścieni. Metabolitem pośrednim jest oksydoskwalen (oxidosqualene), z którego następnie powstaje cykloartenol (cycloartenol), a następnie lanosterol i dalsze sterole, np. sitosterol, cholesterol, stigmasterol. Istnieją rośliny, które wytwarzają cholesterol, np. Cynotis, Nicotiana, glony (Algae). Przekształcanie skwalenu w oksydoskwalen (2,3-oxidosqualen) przy udziale NADPH2 i tlenu jest katalizowane przez skwalenoepoksydazę (epoksydazę skwalenową) – squalenoepoxidase[4],[5],[6],[7],[8],[9][10],[11]. IPP czyli dwufosforanu izopentenylu (isopentenyl diphosphate)

28 Kwas mewalonowy Kwas mewalonowy C6H12O4 (mevalonic acid) jest kwasem sześciowęglowym, niezbędnym do syntezy izoprenoidów i steroli. Rozpuszcza się w wodzie i w rozpuszczalnikach polarnych.

29 Kwas mewalonowy Kwas mewalonowy wytwarzany jest z 3-hydroksy-3-metylo-glutarylo-koenzymu A (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA) przy udziale reduktazy 3-hydroksy-3-metylo-glutarylo- koenzymu A (HMG-CoA reductase = 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA reductase). Zakłócenie funkcjonowania tego enzymu powoduje zahamowanie syntezy steroli. Zostało to wykorzystane w medycynie. Wprowadzono do lecznictwa inhibitory reduktazy HMG-CoA, np. Atorvastatine, Fluvastatine, Lovastatin, Pravastatin, Rosuvastatin, Simvastatin. Leki te (popularnie określane jako statyny) powodują zahamowanie syntezy cholesterolu, czego efektem jest spadek stężenia cholesterolu, frakcji LDL cholesterolu, apolipoproteiny, a nawet trójglicerydów. Wskazaniem do stosowania inhibitorów reduktazy HMG-CoA jest hipercholesterolemia[12],[13]..

30 Clotrimazol Clotrimazole (1-[(2-chlorofenylo)-difenylometylo]-1H-imidazol), miconazole (1-{2,4-dichloro-β-[(2,4-dichlorobenzylo)-oksy]-fenetylo}-imidazol) i fluconazole (α(2,4-difluorofenylo)-α(1H-1,2,4-triazol-1-ilometylo)-1H-1,2,4-triazolo-1-etanol) należą do azoli, które są inhibitorami lanosterol-15α-demetylazy, uniemożliwiającymi wytworzenie 14-demetylo-lanostatrienolu. Flukonazol podawany jest doustnie i dożylnie przy grzybicach układowych, ponadto dopochwowo przy grzybicach narządów rodnych.

31 Amorolfine Amorolfine ((±)cis-2,6-dimetylo-4-[2-metylo-3-(p-tert-pentylofenylo)-propylo]-morfolina) należy do grupy morfolin, która obejmuje inhibitory Δ14-reduktazy i Δ8,7-izomerazy, uniemożliwiające wytworzenie fekosterolu i episterolu. Amorolfina nadaje się do leczenia grzybic paznokci i skóry. Stosowana w formie lakieru do paznokci 5% i kremu 0,25%.

32 Clotrimazol Clotrimazole (1-[(2-chlorofenylo)-difenylometylo]-1H-imidazol), miconazole (1-{2,4-dichloro-β-[(2,4-dichlorobenzylo)-oksy]-fenetylo}-imidazol) i fluconazole (α(2,4-difluorofenylo)-α(1H-1,2,4-triazol-1-ilometylo)-1H-1,2,4-triazolo-1-etanol) należą do azoli, które są inhibitorami lanosterol-15α-demetylazy, uniemożliwiającymi wytworzenie 14-demetylo-lanostatrienolu. Flukonazol podawany jest doustnie i dożylnie przy grzybicach układowych, ponadto dopochwowo przy grzybicach narządów rodnych.

33 Aktywność fitosteroli w organizmie człowieka i zwierząt.
Fitosterole generalnie w większych dawkach blokują wiązanie testosteronu i dihydrotestosteronu – DHT do receptorów androgennych w gruczole krokowym i w skórze. Dlatego nadają się do leczenia przerostu gruczołu krokowego, hiperandrogenizmu, trądzików androgennych i łysienia androgenicznego. Wiążą cholesterol i przez to obniżają jego stężenie we krwi. Zmniejszają też poziom cukru i lipidów w osoczu krwi. Działają przeciwzapalnie przez blokowanie cyklooksygenazy i 5-lipooksygenazy. Zmniejszają obrzęk, wysięk i stan zapalny w tkankach. Blokują alfa-adrenoreceptory i kanały wapniowe i dlatego wpływają również rozkurczowo. Hamują aktywność 5-alfa-reduktazy i aromatazy.

34 Aktywność fitosteroli w organizmie człowieka i zwierząt.
Efekt biologiczny przy podawaniu fitosteroli jest różnorodny i zależy od wielu czynników endogennych (wewnątrzpochodnych) i egzogennych (zewnątrzpochodnych. Niezmiernie istotne są wzajemne relacje ilościowe między hormonami sterydowymi istniejące w ustroju przed podawaniem fitosteroli. Fitosterole bowiem nie są substratem do syntezy wyłącznie np. testosteronu czy estrogenów, lecz także innych hormonów sterydowych. Niektóre metabolity fitosteroli mogą naśladować w organizmie typowe hormony i konkurować z nimi o receptory w komórkach ciała, modyfikując w ten sposób wiele czynności fizjologicznych.

35 Aktywność fitosteroli w organizmie człowieka i zwierząt.
Wypadkową tych zdarzeń jest w rezultacie uregulowanie stosunków ilościowych między: 17-ketosteroidami, testosteronem, progesteronem, estrogenami, androsteronem i kortykosteroidami. Istnieje również spore prawdopodobieństwo wzmagania szlaku biosyntezy jednego z hormonów sterydowych, którego intensywność jest uwarunkowana dziedzicznie, a którego potencja jest maksymalna. Fitosterole dają wówczas efekt "preferencji metabolicznej" i stanowią efektywny aktywator i substrat dla określonego szlaku metabolicznego.

36 Sterole roślinne Pobudzają procesy krwiotwórcze. Wzmagają regenerację tkanki mięśniowej, łącznej i nabłonkowej. Przyspieszają gojenie ran. Fitosterole to naturalne inhibitory mediatorów bólu i stanu zapalnego. Wywierają wpływ ochronny na krwinki czerwone. Fitosterole należą do substancji lipotropowych, czyli zapobiegających stłuszczeniu mięśni szkieletowych, serca, nerek i wątroby. Zapobiegają również rozwojowi kamicy moczowej i żółciowej[15],[16].

37 Literatura poszerzająca zagadnienia.
[1] Büchner S.: Fitochemia roślin leczniczych. Materiały do wykładu. PZWL, Warszawa 1955, s [2] Digitonina – saponina naparstnicy Digitaslis, składnik cukrowy digitoniny zawiera pięć reszt monosacharydowych: dwie glukozowe, dwie galaktozowe i jedną ksylozową. Saponina tworzy z naturalnymi sterolami nierozpuszczalne addycyjne związki cząsteczkowe. [3] Bauer K.H: Analiza związków organicznych. PWT Warszawa 1957, s [4] Samuelsson G., Bohlin L.: Drugs of natural origin A Treatise of Pharmacognosy. 6th revised edition. Apotekar societeten. Swedish Academy of Farmaceutical Sciences. Stockholm 2009, s , [5] Rimpler H.: Biogene Arzneistoffe. 2 Auflage. Deutscher Apotheker Verlag, Stuttgart 1999, s [6] Tyler V.E, Brady L.R., Robbers J.E.: Pharmacognosy. 7th Edition. Lea&Febiger. Philadelphia 1977, s [7] Amritpal Singh Saroya: Herbalism, Phytochemistry and Ethnopharmacology. CRC Press Taylor&Francis Group, Science Publishers Enfield, New Hampshire 2011, s [8] Kączkowski J.: Biochemia roślin. Tom 2. Metabolizm wtórny. PWN, Warszawa 1993, s [9] Dewick P.M.: Medicinal natural products A biosynthetic Approach. Third Edition. Wiley 2009, s [10] Heinrich M., Barnes J., Gibbons S., Williamson E.M.: Fundamentals of Pharmacognosy and Phytotherapy. Churchill Livingstone 2004, s [11] Hänsel R., Sticher O.: Pharmakognosie – Phytopharmazie. Spronger Medizin Verlag Heidelberg 2007; s [12] Janiec W. (red.): Kompendium farmakologii. PZWL, Warszawa 2010, s [13] Podlewski J., Chwalibogowska-Podlewska A.: Leki współczesnej terapii. Wydanie XVIII. Split Trading, Warszawa [14] Rimpler H.: Biogene Arzneistoffe. 2 Auflage. Deutscher Apotheker Verlag, Stuttgart 1999, s [15] Różański: Fitoterapia – dolegliwości okresu przekwitania. Lek w Polsce Drug in Poland. Nr 11’06, s [16] Watzl B., Leitzmann C.: Bioaktive Substanzen in Lebensmitteln. Hippokrates Verlag, Stuttgart 2005, s ,

38 PODSTAWY GEMMOTERAPII
ZNOWU NIEZAWODNY DR Henryk Różański Sl. 29; 36; 41

39 Na deser Saponiny steroidowe (sterydowe)
..\..\saponiny steroidowe.pdf Clotrimazol