ГЛИКОЗИДЫ

ГЛИКОЗИДЫ,
группа углеводсодержащих веществ, образующихся при реакции конденсации циклических моно- и олигосахаридов со спиртами, фенолами, тиолами и аминами, широко представленных в живых организмах, особенно в растениях. Синтезировано также множество гликозидов, не имеющих природных аналогов. Для гликозидов характерна способность к гидролизу (т.е. расщеплению в реакции с водой) с образованием одного или нескольких остатков сахаров и вещества неуглеводной природы, так называемого агликона. Гидролиз осуществляется в теплой воде в присутствии специфических ферментов или при кипячении с разбавленными кислотами. Некоторые типы гликозидов гидролизуются также при нагревании с разбавленными растворами щелочей.
Также по теме:
ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ

Термин «гликозид» происходит от греч. «гликос», означающего «сладкий». Иногда ошибочно этот класс называют глюкозидами, но глюкозидами являются лишь те из гликозидов, при гидролизе которых освобождается только глюкоза (декстроглюкоза, или декстроза) в качестве единственного сахарного компонента. Названия природных гликозидов имеют суффикс -ин, а корень производится от научного или народного названия растения или растительного продукта, в котором этот гликозид был впервые обнаружен: например, гитагин от Agrostemma githago

(куколь), хедерин от
Hedera helix
(плющ).

Сапониновые гликозиды

(сапонины) – класс веществ, подобно мылу образующих пену при встряхивании их водных растворов. Отсюда их название: «sapo» по-латыни означает «мыло». Как правило, сапонины – аморфные, растворимые в воде и спирте, нейтральные вещества с раздражающим едким вкусом. При гидролизе они дают агликоны (сапогенины) с довольно большой молекулярной массой и относительно много сахаров. Сапонины широко распространены в растительном мире, особенно среди растений семейств розоцветных и гвоздичных (мыльнянка рода Saponaria

).

Сапонины действуют на организм характерным образом: 1) попадая на слизистую носа, вызывают чихание; 2) вызывают образование гематом (гемолиз); 3) являются смертельным ядом для рыб и низших животных; 4) заметно понижают поверхностное натяжение в жидкостях, которые служат им растворителем. Сапонины и сапонинсодержащие материалы широко применяются в фармации, медицине и технике. Они используются как моющие средства, особенно для шелка и других ценных тканей, как яды для рыб и насекомых, в огнетушителях (для стабилизации пены). Примерами сапонинов являются дигитонин из наперстянки, сарсапонин из сарсапарили (смилакс лекарственный или смилакс китайский) и триллин из триллиума (вороний глаз, растение из семейства лилейных).

Гликозиды

Это соединения, которые образуются при заме­щении гликозидного гидроксила сахара какой-ни­будь молекулой или группой. Отсюда произошло их название — гликозиды. Часть молекулы гликозида, соединенную с сахаром, называют агликоном, что означает «несахар». Агликонами могут быть самые различные соединения (спирты, кис­лоты, фенольные соединения, амины и др.).

Углеводные компоненты гликозидов очень раз­нообразны. В большом числе гликозидов таким компонентом является глюкоза. Но большинство сахаров, входящих в состав гликозидов, нигде боль­ше не встречается. Иногда в состав гликозидов входят производные моносахаридов, например, глюкуроновая кислота. Некоторые гликозиды со­держат несколько остатков моносахаридов или олигосахарид. Иногда с сахарами в углеводном компоненте могут связываться остатки гидроксикоричных кислот.

Сахарофосфаты —гликозидный гидроксил связан с остатком фосфор­ной кислоты. Участвуют в обмене углеводов.

Фенольные гликозиды содержат в качестве агликона различные фенольные соединения. О фенольных гликозидах мы говорили в предыдущем разделе. Это, например, антоцианы, халконы — важнейшие пигменты растений, связанные с саха­рами кумарины, ванилин и др.

Цианогенные гликозиды в составе агликона содержат цианогруппу. В растениях их най­дено больше 20. Они образуются из аминокислот. Из валина образуется линамарин, из фенилаланина — амигдалин, из тирозина — дуррин.

Линамарин присутствует у многих растений. На­пример, он найден у фасоли, льна. Амигдалин — это гликозид растений семейства розовых. Он содержится в семенах миндаля, яблок, рябины, слив, айвы, ви­шен, персиков и др. Именно с присутствием амигдалина связан специфический горький вкус и запах горького миндаля, который характерен для семян этого семейства.

Дуррин найден в семенах сорго.

Наиболее важными реакциями превращения цианогенных гликозидов являются те, которые приводят к выделению HCN — дыхательного яда. Особенно интенсивно это происходит при разру­шении тканей, когда гликозиды, содержащиеся в вакуолях, взаимодействуют с ферментом β-гликозидазой, которая находится в цитоплазме, в результате чего отщепляется сахар. Агликон, лишенный сахара, может расщепляться с выделением HCN как ферментативным, так и неферментативным путем.

В живых клетках происходит ферментативное образование цианида, но медленно, и к тому же он быстро связывается и включается в азотный -об­мен. HCN под действием β-циано-аланин-синтетазы присоединяется к цистеину с образованием β -цианоаланина, который затем под действием воды превращается в аспарагин.

При неблагоприятных условиях (резкие коле­бания погоды, засуха и т. д.) и обилии азота в поч­ве у многих растений может накапливаться сво­бодная синильная кислота и служить причиной отравления животных (клевер, вика, манник, мо­лочай, осоки, камыш и др.).

Стероидные гликозиды в качестве агликона имеют соединения стероидной природы. Их делят на две группы: сердечные гликозиды и сапонины.

1. Сердечные гликозиды оказывают фармаколо­гическое действие на сердечную мышцу. Они ак­тивируют калий-натриевый насос. Распространение сердеч­ных гликозидов ограничено всего 14 семействами (лилейные, ирисовые, лютиковые, бобовые и др.).

Агликоны этих гликозидов имеют стероидную природу с пятичленным лактоновым кольцом в качестве боковой цепи. Примером может служить дигитоксигенин из наперстянки (Digitalis purpuгеа), который является агликоном ряда ее глико­зидов (дигитоксин). Обнаружено уже около 40 моносахаридов, входя­щих в состав сердечных гликози­дов, большинство из которых ниг­де больше не встречается (цимароза, дигитоксоза, дигиталоза, теветоза, аковеноза, бонвиноза и др.).

2. Сапонины — гликозиды, агликоны которых также имеют стероидную природу, но их боковая цепь состоит из двух гетероцик­лических колец — пяти- и шестичленного. Агликоны сапони­нов называют сапогенинами. В наперстянке содержится са­понин дигитонин, гликоном которого является дигитогенин. Агликоны сапо­нинов связаны с пятью остатками обычных моно­сахаридов (глюкоза, галактоза, ксилоза и др.).

Сапонины — ядовитые вещества. Они обладают детергентными свойствами и разрушают липопротеиновые мембраны.

Сапонины часто присутствуют в тех же растениях, что и сердечные гликозиды. Много сапонинов в цвет­ках мыльнянки. Если растереть их в руках вместе с водой, образуется пена, которая моет так же, как мыло. Отсюда название растения.

Гликоалкалоиды — близкие к сапонинам соеди­нения, имеющие стероидную основу и боковую цепь, представленную гетероциклом с азотом. По­добно сапонинам они обладают детергентными свой­ствами и являются ядами. Гликоалкалоиды характерны для семейства пасленовых. В расте­ниях картофеля обнаружен ряд гликоалкалоидов, содержащих в качестве агликона соланидин. Одним из таких гликозидов является соланин, в составе которого соланидин связан с глюкозой, га­лактозой и рамнозой. Гликоалкалоиды использу­ются для лечения артрита, ревматизма и др.

S-Гликозиды.Эти гликозиды обычно встречаются у растений из семейства крестоцветных (горчица, хрен, капу­ста и др.). При растирании листьев или других частей таких растений происходит ферментатив­ное расщепление гликозидов с образованием гор­чичного масла, имеющего характерный запах. Примером S-гликозидов может служить синигрин из семян сарепской горчицы и хрена и синальбин из семян белой горчицы.

N-Гликозиды.Это метаболически очень актив­ная группа гликозидов. Предста­вителями ее являются нуклеозиды и нуклеотиды. По типу N-гли- козидов построены нуклеотиды, входящие в состав нуклеиновых кислот, АТФ и др.

Роль гликозидов в растении.1. Среди гликозидов есть очень важные, мета­болически активные соединения. Это олиго- и полисахариды, сахарофосфаты, относящиеся к груп­пе О-гликозидов, нуклеозиды и нуклеотиды, отно­сящиеся к группе N-гликозидов. Их значение для растений хорошо известно.

2. Ряд гликозидов придает цветкам и плодам растений окраску (антоцианы, халконы).

3. Возможна защитная роль гликозидов, т. к. некоторые из них ядовиты (цианогенные гликози­ды, сапонины, гликоалкалоиды).

Если еще мало известно о роли гликозидов в рас­тении, то гораздо больше сведений о действии их на организм животных и человека. Среди глико­зидов много токсичных веществ (сапонины, гли­коалкалоиды). Многие гликозиды используются как лекарственные средства (сердечные гликози­ды, С-гликозиды), витамины (эскулетин). Некото­рые гликозиды определяют вкусовые качества пи­щевых продуктов, т. к. часто обладают горьким вкусом и специфическим запахом (горчица, хрен, горький миндаль, ванилин и др.).

Это соединения, которые образуются при заме­щении гликозидного гидроксила сахара какой-ни­будь молекулой или группой. Отсюда произошло их название — гликозиды. Часть молекулы гликозида, соединенную с сахаром, называют агликоном, что означает «несахар». Агликонами могут быть самые различные соединения (спирты, кис­лоты, фенольные соединения, амины и др.).

Углеводные компоненты гликозидов очень раз­нообразны. В большом числе гликозидов таким компонентом является глюкоза. Но большинство сахаров, входящих в состав гликозидов, нигде боль­ше не встречается. Иногда в состав гликозидов входят производные моносахаридов, например, глюкуроновая кислота. Некоторые гликозиды со­держат несколько остатков моносахаридов или олигосахарид. Иногда с сахарами в углеводном компоненте могут связываться остатки гидроксикоричных кислот.

Сахарофосфаты —гликозидный гидроксил связан с остатком фосфор­ной кислоты. Участвуют в обмене углеводов.

Фенольные гликозиды содержат в качестве агликона различные фенольные соединения. О фенольных гликозидах мы говорили в предыдущем разделе. Это, например, антоцианы, халконы — важнейшие пигменты растений, связанные с саха­рами кумарины, ванилин и др.

Цианогенные гликозиды в составе агликона содержат цианогруппу. В растениях их най­дено больше 20. Они образуются из аминокислот. Из валина образуется линамарин, из фенилаланина — амигдалин, из тирозина — дуррин.

Линамарин присутствует у многих растений. На­пример, он найден у фасоли, льна. Амигдалин — это гликозид растений семейства розовых. Он содержится в семенах миндаля, яблок, рябины, слив, айвы, ви­шен, персиков и др. Именно с присутствием амигдалина связан специфический горький вкус и запах горького миндаля, который характерен для семян этого семейства.

Дуррин найден в семенах сорго.

Наиболее важными реакциями превращения цианогенных гликозидов являются те, которые приводят к выделению HCN — дыхательного яда. Особенно интенсивно это происходит при разру­шении тканей, когда гликозиды, содержащиеся в вакуолях, взаимодействуют с ферментом β-гликозидазой, которая находится в цитоплазме, в результате чего отщепляется сахар. Агликон, лишенный сахара, может расщепляться с выделением HCN как ферментативным, так и неферментативным путем.

В живых клетках происходит ферментативное образование цианида, но медленно, и к тому же он быстро связывается и включается в азотный -об­мен. HCN под действием β-циано-аланин-синтетазы присоединяется к цистеину с образованием β -цианоаланина, который затем под действием воды превращается в аспарагин.

При неблагоприятных условиях (резкие коле­бания погоды, засуха и т. д.) и обилии азота в поч­ве у многих растений может накапливаться сво­бодная синильная кислота и служить причиной отравления животных (клевер, вика, манник, мо­лочай, осоки, камыш и др.).

Стероидные гликозиды в качестве агликона имеют соединения стероидной природы. Их делят на две группы: сердечные гликозиды и сапонины.

1. Сердечные гликозиды оказывают фармаколо­гическое действие на сердечную мышцу. Они ак­тивируют калий-натриевый насос. Распространение сердеч­ных гликозидов ограничено всего 14 семействами (лилейные, ирисовые, лютиковые, бобовые и др.).

Агликоны этих гликозидов имеют стероидную природу с пятичленным лактоновым кольцом в качестве боковой цепи. Примером может служить дигитоксигенин из наперстянки (Digitalis purpuгеа), который является агликоном ряда ее глико­зидов (дигитоксин). Обнаружено уже около 40 моносахаридов, входя­щих в состав сердечных гликози­дов, большинство из которых ниг­де больше не встречается (цимароза, дигитоксоза, дигиталоза, теветоза, аковеноза, бонвиноза и др.).

2. Сапонины — гликозиды, агликоны которых также имеют стероидную природу, но их боковая цепь состоит из двух гетероцик­лических колец — пяти- и шестичленного. Агликоны сапони­нов называют сапогенинами. В наперстянке содержится са­понин дигитонин, гликоном которого является дигитогенин. Агликоны сапо­нинов связаны с пятью остатками обычных моно­сахаридов (глюкоза, галактоза, ксилоза и др.).

Сапонины — ядовитые вещества. Они обладают детергентными свойствами и разрушают липопротеиновые мембраны.

Сапонины часто присутствуют в тех же растениях, что и сердечные гликозиды. Много сапонинов в цвет­ках мыльнянки. Если растереть их в руках вместе с водой, образуется пена, которая моет так же, как мыло. Отсюда название растения.

Гликоалкалоиды — близкие к сапонинам соеди­нения, имеющие стероидную основу и боковую цепь, представленную гетероциклом с азотом. По­добно сапонинам они обладают детергентными свой­ствами и являются ядами. Гликоалкалоиды характерны для семейства пасленовых. В расте­ниях картофеля обнаружен ряд гликоалкалоидов, содержащих в качестве агликона соланидин. Одним из таких гликозидов является соланин, в составе которого соланидин связан с глюкозой, га­лактозой и рамнозой. Гликоалкалоиды использу­ются для лечения артрита, ревматизма и др.

S-Гликозиды.Эти гликозиды обычно встречаются у растений из семейства крестоцветных (горчица, хрен, капу­ста и др.). При растирании листьев или других частей таких растений происходит ферментатив­ное расщепление гликозидов с образованием гор­чичного масла, имеющего характерный запах. Примером S-гликозидов может служить синигрин из семян сарепской горчицы и хрена и синальбин из семян белой горчицы.

N-Гликозиды.Это метаболически очень актив­ная группа гликозидов. Предста­вителями ее являются нуклеозиды и нуклеотиды. По типу N-гли- козидов построены нуклеотиды, входящие в состав нуклеиновых кислот, АТФ и др.

Роль гликозидов в растении.1. Среди гликозидов есть очень важные, мета­болически активные соединения. Это олиго- и полисахариды, сахарофосфаты, относящиеся к груп­пе О-гликозидов, нуклеозиды и нуклеотиды, отно­сящиеся к группе N-гликозидов. Их значение для растений хорошо известно.

2. Ряд гликозидов придает цветкам и плодам растений окраску (антоцианы, халконы).

3. Возможна защитная роль гликозидов, т. к. некоторые из них ядовиты (цианогенные гликози­ды, сапонины, гликоалкалоиды).

Если еще мало известно о роли гликозидов в рас­тении, то гораздо больше сведений о действии их на организм животных и человека. Среди глико­зидов много токсичных веществ (сапонины, гли­коалкалоиды). Многие гликозиды используются как лекарственные средства (сердечные гликози­ды, С-гликозиды), витамины (эскулетин). Некото­рые гликозиды определяют вкусовые качества пи­щевых продуктов, т. к. часто обладают горьким вкусом и специфическим запахом (горчица, хрен, горький миндаль, ванилин и др.).

Распространенность.

Гликозиды встречаются в коре, плодах, корнях, клубнях, цветках и других частях растений. Иногда в одном растении содержится несколько разных гликозидов. Они образуются там, где активно идет биосинтез, например в листьях и зеленых стеблях, и в растворенном виде переносятся к местам накопления – корням и семенам. Большинство растительных пигментов – это гликозиды. Многие таннины также являются гликозидами. Первоначально предполагалось, что гликозиды образуются только в растениях, однако теперь известно, что они могут возникать и в организме животных в процессе пищеварения, когда некоторые вредные организму вещества, соединяясь с глюкуроновой кислотой (которая родственна глюкозе и играет ту же роль, что и глюкоза в растительных гликозидах), экскретируются с мочой.

Функции.

Из нескольких теорий, предложенных для объяснения роли гликозидов в физиологии растений, следующие три наиболее правдоподобны. 1) В незрелых фруктах гликозиды, благодаря их горькому вкусу, служат для защиты от поедания животными. По мере созревания фруктов бесцветные горькие гликозиды расщепляются, выделяя пигменты, придающие плодам привлекательный цвет, ароматические вещества, сообщающие им аромат, и сахара, делающие их сладкими. Все это привлекает различных животных, птиц и насекомых, что ведет к эффективному распространению семян. 2) Согласно другой теории, гликозиды являются средством удаления ядовитых веществ путем их связывания и превращения в инертные формы (детоксикация). 3) Третья теория утверждает, что гликозиды представляют собой форму сохранения сахаров как резерва питания. Их расщепление – быстрый путь обеспечения растения сахарами.

Идентификация и количественное определение.

Гликозиды распознают, идентифицируя продукты их расщепления – сахара и агликоны. Для этого применяют обычные методы разделения и идентификации органических соединений: различные виды хроматографии, масс-спектрометрию, спектроскопию ядерного магнитного резонанса и т.п. Для количественной оценки содержания гликозидов в сырье проводится определение свободных сахаров до и после гидролиза: прирост количества свободных сахаров соответствует количеству разрушенных гидролизом гликозидных связей. Зная состав гликозидов, можно оценить их содержание в образце. См. также

СТЕРОИДЫ; ТАННИНЫ.

Побочные эффекты

Сердечные гликозиды оказывают влияние на сердце и нервную систему, прежде всего, поэтому побочные эффекты связаны с нарушением функции именно этих органов:

• летучие боли в области грудной клетки;
• головные боли;
• брадикардия;
• гипотония;
• диспепсия;
• подташнивание.

При правильной дозировке препаратов негативные последствия приема отсутствуют вообще или исчезают после нескольких дней применения. Только в 5% случаев фиксируются признаки интоксикации кардиотониками.