Стероидные сапонины. Сапонины. Стероидные сапонины – побочные эффекты
Проведено сравнительное изучение механизмов мембранотропного действия сапонинов различного строения. Методом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии показано, что взаимодействие сапонинов с мембранами, локализация и ориентация молекул в мембране определяются структурными особенностями агликона, строением углеводных цепей, их количеством и местом присоединения в агликоне. C помощью техники БЛМ показано, что механизм изменения проницаемости мембран сапонинами заключается в образовании ими ион-селективных каналов или неселективных пор в зависимости от концентрации, параметры которых зависят от структуры и концентрации молекул сапонинов, структуры и количественного содержания мембранных стеринов. Показана связь между структурой и каналообразующей активностью сапонинов и предложена молекулярная модель их действия на проницаемость стеринсодержащих мембран, объясняющая особенности действия низких и высоких концентраций гликозидов. Согласно этой модели сапонины, сорбируясь на мембране, образуют в ней двумерные смешанные сапонин-стериновые мицеллы таким образом, что агликон взаимодействует с молекулами стерина, углеводная цепь направлена в водную фазу и проводящая ионы структура состоит из комплексов, образованных агликонной частью сапонина с мембранным стерином. С увеличением концентрации сапонина увеличивается число субъединиц в мицелле или канале, селективность исчезает и ион-селективный канал превращается в неселективную водную пору, а при высоких концентрациях сапонина наблюдается структурный переход бислойных мембран в небислойные структуры с высокой проницаемостью. При действии на клетки в низких концентрациях сапонины образуют дополнительные ионные каналы, проницаемые в основном для K + , Na + и Cl - , которые близки по своим свойствам к природным ионным каналам и могут быть сигналом к стимуляции клеточных процессов. При более высоких концентрациях сапонины образуют каналы, проницаемые для ионов кальция, и в зависимости от интенсивности входа Ca 2+ , могут приводить как к стимулирующему, так и ингибирующему действию на клетки. Дальнейшее увеличение концентрации гликозидов приводит к нарушению барьерных свойств плазматических мембран для неэлектролитов, ингибированию внутриклеточных процессов и коллоидно-осмотическому лизису клеток. Предложен новый подход к регуляции проницаемости клеточных и модельных мембран с помощью рН-регулируемых сапониновых пор, размером и работой которых можно управлять, изменяя рН среды. Показано, что гликозиды даммаранового ряда в зависимости от концентрации могут проявлять как про-, так и антиоксидантное действие, аналогичное действию ацетата токоферола, и могут выступать в роли мембранных биоантиоксидантов. Работа выполнена при частичной поддержке грантов РФФИ № 96-04-51016 и № 99-04-48058.
Растительные гликозиды, обладающие способностью образовывать с водой мыльную пену, получили название сапонинов. При гидролизе они образуют агликоны типа спиростанола-β, дигитогенина. При попадании в кровь высокотоксичны – вызывают гемолиз эритроцитов при разведении 1:50 000. Получают стероидные сапонины из наперстянки, диоскореи, аралии, сои и других растений путем экстракции их водой или водными растворами этанола. Индивидуальные соединения выделяют с помощью адсорбционно-хроматографических методов или методом противоточного распределения.
Применяют для синтеза стероидных гормонов, для получения антиатеросклеротических и венотонизирующих препаратов. Многие настойки содержат сапонины, обладающие мочегонным и отхаркивающим действием.
Технология производства стероидных сапонинов
Первые новогаленовые препараты, содержащие стероидные сапонины, стали вырабатываться из диоскореи.
Диоспонин (Diosponinum). Сухой очищенный экстракт из корней и корневищ диоскореи кавказской, содержит сумму водорастворимых стероидных сапонинов.
Сырье экстрагируют 8% этиловым спиртом в батарее по принципу противоточной мацерации.
Извлечение упаривают под вакуумом до 1/10 объема вытяжки.
К кубовому остатку добавляют алюмокалиевые квасцы для осаждения смолистых веществ.
После фильтрации вытяжку направляют вадсорбционную колонку с окисью алюминия. Реадсорбцию проводят обессоленной водой.
Вытяжку дополнительно очищают жидкостной экстракцией хлороформом .
После этого следует экстракция суммы сапонинов селективным экстрагентом – хлороформно-спиртовой смесью.
После удаления под вакуумом экстрагента получают препарат в виде порошка.
Применяется как гипохолестеринемическое средство при атеросклерозе.
Выпускается в таблетках по 0,1 г.
Препараты на основе сапонинов
Полиспонин – сухой экстракт из диоскореи ниппонской с содержанием суммы сапонинов не менее 17% . Форма выпуска – таблетки по 0,1 г. Назначение то же, что и диоспонина.
Трибуспонин – таблетки по 0,1г, содержащие сумму стероидных сапонинов из травы якорцев стелющихся. Показания к применению те же, что и для диоспонина и полиспонина.
Слизистые водорастворимые полисахариды
К этой группе полисахаридов относятся углеводы, образующие густые слизистые растворы. В состав слизей входят пентозаны и гексозаны. От крахмала они отличаются отсутствием характерных зерен и реакции с раствором йода, от пектиновых веществ – отсутствием полигалактуроновых кислот и желирующей способностью, от камедей – осаждаемостью нейтральным раствором свинца ацетата.
В химическом отношении слизи трудно отличить от камедей. Основным отличием является значительное преобладание пентозанов (их количество может доходить до 90%) над гексозанами.
Водорастворимые полисахариды водорослей представлены в основном в виде солей альгиновой кислоты.
Из физических свойств для слизей характерна полная растворимость в воде, в то время как для ряда камедей свойственно только набухание.
По характеру образования слизей сырье различают следующим образом:
сырье с интерцеллюлярной слизью (льняное семя, блошное семя и др.);
сырье с внутриклеточной слизью (клубни ятрышника, корень и листья алтея, листья подорожника, листья мать-и-мачехи и др.);
Выделяют слизистые водорастворимые полисахариды методами дробной мацерации в сочетании с кипячением и противоточной экстракцией в батарее перколяторов, очистку проводят, как правило, этанолом с последующей фильтрацией и сушкой.
Сапонины – это химические соединения, которые получают из растений. Это вещества со многими свойствами, используемыми в медицине, в частности, оказывают мочегонное и противовоспалительное действие, а также ускоряют переваривание жиров . Однако, некоторые из этой группы соединений имеют сильно ядовитые свойства.
Что такое сапонины
Сапонины входят в состав стероидных лекарств , а промышленность использует их сильные пенящиеся свойства для производства моющих средств.
В природе они присутствуют в различных частях растений – корнях, листьях, стеблях и цветках. Получают их из многих видов, в том числе из корня и цветков примулы , коры и семян конского каштана, корня солодки, цветов коровяка, ромашки, фиалки, золотарника, корня солодки, а также алоэ вера , пшеницы, риса и сои. В сочетании с водой начинает пениться.
Стероидные сапонины
Стероидные сапонины в медицине являются частью отхаркивающих и мочегонных средств . Входят также в состав некоторых противовоспалительных, противовирусных и антибактериальных средств, а также противопротозойных и противогрибковых лекарства.
В организме человека повышают количество выделяемых пищеварительных соков в желудке, желчи и кишечного сока , что облегчает очищение организма от шлаков и токсинов. Повышают также количество защитной слизи, а некоторые исследования показали их способность снижать уровень плохого холестерина . Ускоряют метаболизм жиров и облегчают всасывание питательных веществ, поставляемых в организм вместе с пищей, особенно из кишечника в кровь.
Они также имеют ограниченное мочегонное действием. Стероидные гликозиды, которые проявляют сильно пенящиеся свойства при контакте с водой, используются в качестве отхаркивающих лекарств.
Сапонины находят применение в синтезе гормонов, в том числе тестостерона и кортикостероидов . Используются как форма добавки для спортсменов, способной влиять на уровень тестостерона .
Биологически активные добавки , которые их содержат, основываются, как правило, на корне сапонарии, солодке, пажитнике , а также менее известных растений, таких как шипучки или якорцы стелющиеся.
Стероидные сапонины – побочные эффекты
Несмотря на многие преимущества для организма, стероидные сапонины могут вызвать побочные эффекты. Самым опасным из них является гемолиз эритроцитов . Поврежденные клетки «теряют» гемоглобин в плазме крови – этот процесс может привести к анемии и серьёзно повредить костный мозг.
Сапонины, вводимые в организм в больших количествах, являются токсичными и могут привести к поражению головного и спинного мозга. Поэтому следует избегать инъекций этими веществами.
Кроме того, сапонины могут присутствовать в пище. Как правило, являются компонентом кормов для животных (для них они безвредны), но могут загрязнять мясо и молоко, а в таком виде уже доступны для людей. Их содержат не только травы, но и кофе, чай или халва , а также многие съедобные растения, в том числе: свекла, спаржа, соя, шпинат или овёс .
Это вещества, которые с трудом поглощаются из желудочно-кишечного тракта. Могут привести к воспалению кишечника. Являются ингибиторами некоторых ферментов, поэтому вызывают желудочно-кишечные расстройства и в некоторых ситуациях могут вызвать судороги и паралич конечностей, которые приводят к состоянию угрозы для жизни.
Процесс термической обработки, которому подвергается пища, частично деактивирует стероидные сапонины. В медицине зафиксированы, однако, отравления проросшими зёрнами, которые не были подвергнуты очистке.
Сапонины в косметологии
Сапонины используются также в косметике. Кремы и бальзамы для наружного применения не только обладают противовоспалительными свойствами, но также уменьшают отёки, улучшают кровообращение в тканях и их снабжение кислородом , так что кожа приобретает красивый и здоровый вид.
Благодаря способности образовывать пенящиеся водные растворы, их действие приводит к снижению поверхностного натяжения. Благодаря этому увеличивается проницаемость кожи, которая лучше поглощает другие питательные вещества, являющиеся компонентом косметических средств. Именно поэтому сапонины добавляются в мыло, гели для лица, средства для снятия макияжа, тоники, а также в жидкости для ванны и душа.
ГЛИКОЗИДЫ (гетерозиды ) широко распространенные в природе, особенно в растительном мире, вещества, в молекулах которых остатки сахаров (гликозильные остатки) связаны через атом кислорода, серы или азота с молекулой вещества, не являющегося сахаром и называемого агликоном. Соответственно различают О-(I), S-(II) и N-(III) гликозиды. Термином «C-гликозиды» обозначают соединения, в которых гликозильный остаток связан непосредственно с атомом агликона (IV):
К Г. принадлежат многие лекарственные вещества, в т. ч. оказывающие избирательное действие на сердечную мышцу. Наибольшее значение и распространение в природе имеют О- и N-гликозиды.
Г. делятся на пиранозиды и фуранозиды в зависимости от наличия шести- или пятичленного кольца в остатке сахара (см. Моносахариды), а также на альфа-гликозиды и бета-гликозиды в зависимости от альфа- и бета-конфигурации C-атома, связанного через кислород с агликоновой частью молекулы.
O-Гликозиды
O-Гликозиды можно рассматривать как производные сахаров, в полуацетальном гидроксиле которых атом водорода заменен радикалом алифатического, карбоциклического или гетероциклического соединения. Хотя во многих O-гликозидах гликоновой частью молекулы являются остатки простых сахаров, однако ею могут быть и остатки олигосахаридов (ди-, три-и т. д. сахаридов). Встречающиеся в природе O-гликозиды в большинстве случаев являются бета-гликозидами. Наконец, в зависимости от природы сахарной компоненты различают пентозиды (О-гликозиды пентоз), напр, ксилозиды (O-гликозиды ксилозы), арабинозиды (O-гликозиды арабинозы) и др.; гексозиды (O-гликозиды гексоз), напр, глюкозиды (производные глюкозы), галактозиды (производные галактозы), фруктозиды, а также биозиды (O-гликозиды биоз - дисахаридов), напр, мальтозиды, лактозиды и т. д. По типу гликозидов построены олигосахариды (см.) и высшие полисахариды (см.).
По характеру агликона О-гликозиды делят на ряд групп, в т. ч. на цереброзиды (см.) - галактозиды сфингозина; стероидные О-гликозиды, напр, сердечные гликозиды (см.), сапонины (см.) и др.; азотсодержащие O-гликозиды, напр, амигдалин, индикан; гликоалкалоиды, соединения, в которых сахарная компонента соединена O-гликозидной связью с остатком алкалоида (соланин, демиссин) и др.
O-гликозиды могут быть получены синтетически или же выделены из природных источников. Так, алкилгликозиды получают при взаимодействии сахара с избытком спирта в присутствии каталитически действующего сухого хлористого водорода или ферментов альфа- и бета-глюкозидаз. Многие природные O-гликозиды сложного строения (флавонгликозиды, стероидные гликозиды и др.) экономически выгодно выделять из природных источников. Биосинтез O-гликозидов в растениях происходит преимущественно путем переноса гликозильного остатка с нуклеозиддифосфатсахара на фенол или спирт, напр, уридиндифосфатглюкоза + гидрохинон -> уридинфосфат + гидрохинон-бета-D-глюкозид (арбутин) .
О-Гликозиды представляют собой твердые кристаллические вещества, чаще всего обладающие разнообразным специфическим вкусом. Подавляющее большинство О-гликозидов не гидролизуется щелочами; исключение составляют лишь некоторые Г., агликонами которых являются фенолы, енолы и спирты, содержащие в β-положении отрицательно заряженные группы (напр., СО; NO 2). O-Гликозиды обычно не обладают восстанавливающей способностью, за исключением Г., чувствительных к щелочам, а также тех Г., агликоны которых сами обладают восстанавливающими свойствами.
Г. гидролизуются к-тами, причем фуранозиды гиролизуются во много раз быстрее пиранозидов. Характер агликона, а также конфигурация всех асимметрических атомов остатка сахара оказывают влияние на скорость гидролиза, альфа- и бета-гликозиды гидролизуются специфическими ферментами - альфа- и бета-глюкозидазами (см. Глюкозидазы).
Многие O-гликозиды находят применение В медицине как ценные лекарственные Средства, (см. ниже); некоторые имеют токсикол. значение (сапонины, соланин) или применяются как витамины (рутин - витамин P).
S-Гликозиды
S-Гликозиды (тиогликозиды) представляют собой производные циклических форм I-тиосахаридов, в меркаптогруппе (-SH) которых атом водорода замещен радикалом.
S-Гликозиды можно получить взаимодействием ацетатов гликозилбромидов с тиофенолами в присутствии щелочи с последующим омылением ацетильных групп образовавшегося S-гликозидяого ацетил производного. S-Гликозиды очень стойки по отношению к кислотному гидролизу, но Крепкие щелочи расщепляют их с образованием тиосахаров.
Важнейшим природным S-гликозидом является Г. черной горчицы - синигрин, расщепляющийся ферментом тиоглюкозидазой (мирозиназой, синигриназой; К Ф 3.2.3.1) с образованием аллилового горчичного масла; известно св. 40 природных S-гликозидов, близких синигрину.
N-Гликозиды
N-Гликозиды (вторичные или третичные гликозиламины) рассматриваются как производные гликозимина (первичного гликозиламина); они образуются в результате замещения одного или двух атомов водорода в аминогруппе остатками соединений алифатического или гетероциклического ряда.
Как и O-гликозиды, N-гликозиды могут быть построены как пиранозиды или фуранозиды и иметь альфа-(I) и бета-форму (II). В отличие от О-гликозидов, N-гликозиды в р-рах могут находиться частично в виде ациклических таутомерных форм (типа оснований Шиффа), являющихся промежуточными (III):
Впервые кристаллические N-гликозиды были получены взаимодействием анилина и сахаров, многие N-гликозиды получают непосредственным взаимодействием сахара и амина на холоду или при нагревании в спиртовой, спиртово-водной или водной среде, в отсутствие или в присутствии катализаторов - уксусной или соляной к-ты, хлористого аммония и т. д.
Свойства N-гликозидов зависят в значительной степени от природы агликонов. Алкил- и арил- N-гликозиды (напр., пурин- и пиримидин-N-гликозиды) устойчивы к действию к-т и щелочей.
К N-гликозидам принадлежат исключительно важные в обмене веществ продукты расщепления нуклеиновых к-т и нуклеопротеидов (нуклеотиды и нуклеозиды), некоторые важнейшие коферменты (см.), аденозинтрифосфорная кислота (см.), уридинтрифосфат, никотинамидадениндинуклеотид, никотинимидадениндинуклеотидфосфат (НАД и HАДФ), некоторые антибиотики и т. п.
Искусственно синтезированы N-гликозиды сульфонамидных препаратов: «глюкострептоцид», N-глюкозид сульфидина, норсульфазолглюкозид, отличающиеся от исходных агликонов гораздо большей растворимостью, меньшей токсичностью и иногда видоизмененным характером действия.
N-Гликозиды алифатических аминов с длинной цепью (додецил- и октадециламинов) применяются в текстильной промышленности.
N-Гликозиды некоторых ароматических аминов предложены в качестве антиоксидантов каучука.
C-Гликозиды
C-Гликозиды встречаются в природе (бергенин, псевдоуритин) и могут быть получены синтетически; отличаются от всех других групп Г. неспособностью к гидролизу.
Лекарственные гликозиды
Лекарственные гликозиды не являются единой фармакол, группой: спектр их действия весьма широк, что обусловлено строением как агликона, так и гликоновой части их молекулы. Гликоновая часть усиливает и ускоряет действие агликона, увеличивает его растворимость, способствует лучшему его проникновению в клетки организма, придает стабильность молекуле Г. и обусловливает соответствующую особенность действия.
Из обширного класса О-гликозидов наибольшее значение имеют стероидные Г., и в первую очередь производные циклопентапергидрофенантрена, относящиеся к группе сердечных гликозидов (см.). Другие стероидные Г. применяют для лечения атеросклероза (диоспонин и др.), заболеваний вен (асцин, эсфлазид и др.). Получены препараты Г. противовоспалительного, гормонального, нейротропное, тонизирующего и гонадотропного действия (аралозиды, АВС-сапорал, панаксозиды из корня жень-шеня и др.). Среди О-гликозидов следует отметить также препараты слабительного и мочегонного действия, а также биофлавоноиды (см.).
Для лечения некоторых заболеваний сосудов применяются Г. кумаринов и хромонов (эскулин, келлозид).
Ряд лекарственных Г. оказывает антимикробное, антивирусное и цитопатическое действие. К таким Г. относятся некоторые антибиотики, получаемые из Strep tomyces (см. Стрептомицины) и других источников, амигдалин и др. Есть сведения, что синтетические N-гликозиды, имеющие в качестве гликоновой части или в ее составе рибозу и дезоксирибозу, обладают широким спектром лекарственного действия и применяются в качестве стимуляторов обмена веществ, иммунодепрессантов (см. Иммунодепрессивные вещества), химиотерапевтических средств и др.
S-и С-гликозиды содержатся в ряде растений (горчица, черногорка, боярышник и др.). Многие лекарственные Г. обладают горьким вкусом, поэтому растения, их содержащие (золототысячник, полынь и др.), используют в качестве горечей (см.).
Лекарственные Г. в большинстве случаев относятся к сильнодействующим препаратам и применяются в небольших дозах.
Гликозиды в судебно-медицинском отношении
Идентификация Г. имеет большое значение при случайных отравлениях.
Чаще всего наиболее токсичными оказываются сердечные Г. Интоксикация может развиться даже при применении терапевтических доз. При суд.-мед. установлении отравлений Г. большое значение имеют особенности клин, картины: сильная слабость, судороги, коматозное состояние, брадикардия; нарушение проводимости и возникновение возбуждения сердечной деятельности, что может вызвать тахиаритмию желудочков сердца. Полное прекращение сердечной деятельности может наступить преимущественно в стадии диастолы. При отравлениях Г. могут наблюдаться нарушения функции ц. н. с. и жел.-киш. тракта, а также олигурия. При исследовании трупа специфические изменения органов не обнаруживают, иногда отмечают нек-рое их полнокровие.
Для доказательства смертельных отравлений Г. большое значение имеют данные суд.-хим. исследования трупного материала, а также остатков препаратов, послуживших предположительно причиной смерти.
Г. из организма человека выделяются преимущественно с желчью и частично с мочой. Для суд.-хим. экспертизы особое значение имеет исследование желчи и желчного пузыря, а также участков печени, прилегающих к желчному пузырю и тканей с места инъекций.
Сохраняемость Г. в трупном материале в течение 1 года достигается консервированием этанолом, к-рое должно производиться непосредственно после взятия объектов исследования.
Схема судебно-хим. определения Г. включает несколько основных стадий: экстрагирование трупного материала 70% этанолом при pH 7,0; осаждение в экстракте белков; очистку экстрагированием четыреххлористым углеродом; экстрагирование олеандрина и ланатозидов хлороформноспиртовой смесью 9:1 (т, к. строфантин является сильно гидрофильным соединением, то в этих условиях он не извлекается); очистку извлеченной фракции олеандрина и ланатозидов от сопутствующих веществ щёлочью; качественно-количественное определение и пр.; экстрагирование строфантина спиртово-хлороформной смесью (8:2); осаждение строфантина из водной фазы сульфатом аммония при полном насыщении, растворение осадка, повторное осаждение и экстрагирование строфантина с последующим качественно-количественным определением его.
Качественное обнаружение строфантина производится методом хроматографии на бумаге, олеандрина и ланатозидов - методом тонкослойной хроматографии (см.). Пятна строфантина специфически проявляются 3,5-динитробензойной к-той, мета-динитробензолом и 2,4-динитродифенилсульфоном; олеандрин проявляется еще кроме указанных реагентов, концентрированной серной к-той, содержащей следы железа.
Количественное определение Г. в элюатах производится, в основном, фотоколориметрированием окрашенных р-ров после реакции с 2,4-динитродифенилсульфоном в щелочной среде.
Описанная схема исследования позволяет открывать 30- 50 мкг Г. на 100 г влажного веса ткани.
Библиография: Власенко Л. М. К вопросу систематического судебно-химического определения сердечных гликозидов, в кн.: Вопр. суд. мед., под ред. В. И. Прозоровского, с. 233, М., 1971; ВотчалБ. Е. и С луцкийМ. К. Сердечные гликозиды, М., 1973; Кочетков Н. К. и др. Химия углеводов, М., 1967; Савицкий H. Н. Фармакодинамика сердечных гликозидов. Л., 1974, библиогр.; Степаненко Б. Н. Углеводы, Успехи в изучении строения и метаболизма, М., 1968.
Б. Н. Степаненко; Я. И. Хаджай (фарм.), А. Ф. Рубцов (суд.).
Сапонинами называют группу природных соединений растительного или животного происхождения, обладающих поверхностной активностью и способных вызывать гемолиз эритроцитов. Молекулы сапонинов, как и других гликозидов, состоят из агликона, который носит название “сапогенин”, и углеводной части.
Впервые эта группа веществ была выделена в 1811 г. Шнайдером из мыльнянки, а термин “сапонины” ввел в 1819 г Мэлон на основании того, что растворы этих веществ при встряхивании способны образовывать обильную пену (“Sapo” в переводе с латинского означает мыло).
Установить полную структуру сапонинов долгое время не удавалось и с момента открытия сапонинов и до 60-х годов XX века, т.е. почти за 150 лет удалось изучить химическую структуру только четырех гликозидов сапонинового ряда. В 60 -х годах под руководством акад. Кочеткова были разработаны аналитические и препаративные условия исследования сапонинов, что позволило российским ученым занять лидирующее положение в области химии этой группы природных соединений. Так, в настоящее время известно более 200 тритерпеновых сапонинов с установленной структурой и более 150 из них изучены отечественными учеными.
Роль сапонинов в растениях. Сапонины находятся в клетках растений в растворенном виде. Эти соединения в больших количествах обнаруживаются в тех органах и тканях, которые интенсивно функционируют или содержат большое количество активно делящихся клеток: хлоропласты, меристематические участки, семена растений и т.д. В зависимости от состояния растительного организма содержание и скорость биосинтеза сапонинов изменяются в достаточно больших пределах, что указывает на значительную роль этих соединений в обмене веществ. Предполагается, что сапонины включаются в основной метаболизм в период роста растений, выполняя еще не изученные до настоящего времени регуляторные функции. Доказано, что сапонины используются растительными организмами для борьбы за существование и поддержания равновесия при антагонистических взаимоотношениях биологических систем, в частности, служат факторами невосприимчивости растений к грибковым заболеваниям.
Классификация сапонинов. Сапонины классифицируют в зависимости от химического строения агликона (сапогенина). По этому признаку все сапонины подразделяются на следующие группы:
1. Стероидные - при гидролизе распадаются на моносахариды и агликоны, содержащие 27 углеродных атомов в молекуле и имеющие в основе структуру циклопентанпергидрофенантрена.
В свою очередь стероидные сапонины подразделяются на гликозиды спиростенолового ряда с 6 циклами в стероидной части молекулы (I) и гликозиды фуростенолового ряда, у которых одно их колец раскрыто и боковая цепь в них содержит глюкозу (II):
2. Тритерпеновые - в основе лежит шестикратно повторяющаяся молекула изопрена, образуя соединение с суммарной формулой С 30 Н 48 .
Тритерпеновые сапонины по характеру агликона могут относиться к a- или b-амиринового ряду, лупановому или фриделиновому ряду:
3. Близкие к тритерпеновым сапонинам сапонины с агликоном тетрациклической стероидной структуры (в изучаемых нами растениях представлены производными дамарана - панаксатриолом панаксадиолом):
Распространение в растительном мире. Cапонины достаточно широко распространены в растениях: их присутствие достоверно установлено в 40 семействах.
Стероидные сапонины содержатся в растениях разных семейств, но преимущественно в семействах Liliaceae, Dioscoreaceae, Fabaceae, Ranunculaceae и Scrophulariaceae. Всего до настоящего времени известно около 150 стероидных гликозидов, из них более 100 спиростеноловых и около 40 - фуростеноловых. Сахарные компоненты стероидных сапониновых гликозидов по сравнению с другими гликозидами имеют более сложное строение. Они могут содержать от 1 до 9 моносахаров, соединенных между собой как линейно, так и с разветвлением цепи.
Тритерпеновыми сапонинами наиболее богаты семейства Caryophyllaceae, Ranunculaceae, Fabaceae и Asteraceae. В сахарных компонентах тритерпеновых сапонинов может находиться от 1 до 10 различных моносахаров и их присоединение может быть в одном или нескольких местах. Помимо этого сахарные компоненты могут иметь раздвоение цепей. В состав углеводного компонента тритерпеновых сапонинов кроме обычных моносахаров могут входить глюкуроновые или галактуроновые кислоты, а также остатки органических кислот - коричной, уксусной и др., что придает молекуле кислый характер,
Сапониновые гликозиды с агликоном тетрациклической стероидной структуры широко распространены в семействе Araliaceae. Яркими представителями являются сапонины жень-шеня, представленые так называемыми панаксозидами - производными панаксодиола и панаксотриола. В сахарных компонентах панаксозидов содержатся от 3 до 6 моносахаридных остатков в 2-х углеводных цепях, связанных О-гликозидными связями.
Биогенез сапонинов в растениях. Тритерпеновые и стероидные сапонины синтезируются в растениях по изопреноидному пути. Их биогенетическим предшественником является сквален, который образуется путем соединения «хвост к хвосту» двух молекул фарнезилпирофосфата (см. «Биосинтез терпеноидов», «Биосинтез сердечных гликозидов»).
Физико-химические свойства сапонинов . Свойства сапонинов зависят как от структуры сапогенина, так и от строения углеводного компонента. Гликозиды сапонинов, как правило, аморфные вещества. Их кристаллизуемость зависит от длины углеводного компонента: имеющие в своем составе до 4-х монозидов могут быть получены в кристаллическом виде. Сапогенины же, как правило, являются кристаллическими соединениями с четко выраженной температурой плавления. Сапонины являются поверхностно активными веществами и обладают оптической активностью.
Сапонины не растворимы в хлороформе, ацетоне, петролейном эфире, но растворимы в низших спиртах. Растворимость сапонинов в воде определяется длиной углеводного компонента: гликозиды, имеющие менее 5-ти углеводных остатков плохо растворимы в воде.
Из водных или водно-спиртовых растворов сапонины можно осадить добавлением водоотнимающих агентов (эфира, ацетона) или добавлением солей тяжелых металлов.
Тритерпеновые сапонины и, в меньшей степени, стероидные, способны образовывать комплексы с фенолами, высшими спиртами и стеринами. На этом основана гемолитическая активность сапонинов. Механизм гемолиза эритроцитов заключается в следующем. Вначале образуется прочный комплекс сапониновых гликозидов с компонентами эритроцитарных мембран, содержащих остатки жирных кислот. Под действием ферментов происходит гидролиз гликозидов до свободных сапогенинов. В свою очередь, образовавшиеся сапогенины становятся способными к конкуренции со структурными белками мембраны за липопротеины. В итоге происходит ее разрушение и происходит выход гемоглобина и другого содержимого из эритроцитарных клеток.
Тритерпеновые сапонины могут быть нейтральными или кислыми, что обусловлено наличием в агликоне карбоксильной группы или присутствием уроновых и органических кислот в углеводном компоненте.
Кислые сапонины образуют растворимые соли с одновалентными металлами и нерастворимые - с двухвалентными.
Многие сапонины способны образовывать молекулярные комплексы с белками, липидами и дубильными веществами.
Все сапонины неустойчивы в кислой среде, поскольку в этих условиях происходит расщепление гликозидных связей.
Выделение сапонинов из растительного сырья . Выделение сапониновых гликозидов включает в себя получение из растительного материала суммарного экстракта, его очистку от балластных веществ и последующее разделение смеси на индивидуальные компоненты.
Наиболее распространенным методом выделения сапониновых гликозидов является экстракция водным метиловым, этиловым или изопропиловым спиртами с предварительным обезжириванием сырья петролейным, диэтиловым эфирами или другими гидрофобными растворителями. Необходимость этой операции связана с присутствием в растениях жироподобных веществ, прежде всего стеринов, с которыми большинство сапонинов способны образовывать нерастворимые в водных спиртах комплексные соединения.
При экстракции сапонинов водными спиртами необходимо соблюдать ряд предосторожностей. Так, например, наличие в растениях органических кислот может привести к их деструкции (кислотному гидролизу) сапоновых гликозидов. Для устранения этого нежелательного эффекта в экстрагент добавляют небольшое количество пиридина, связывающего органические кислоты.
Подбор растворителя для экстракции зависит от строения извлекаемых веществ. Высокополярные гликозиды обычно экстрагируют водным бутиловым спиртом.
Для извлечения тритерпеновых сапонинов кислого характера используют разбавленный водный аммиак или водный раствор соды, так как эти соединения, содержащие небольшую углеводную составляющую, хорошо растворимы в щелочах и выпадают в осадок при подкислении.
Гликозиды, содержащие небольшое количество моносахаридных остатков, могут быть очищены переосаждением из спиртовых растворов водой.
Полярные сапонины, плохо растворимые в метаноле или этаноле, выпадают в осадок при охлаждении или длительном стоянии концентрированных спиртовых экстрактов.
Некоторые гликозиды, содержащие глюкуроновую кислоту, могут осаждаться гидроокисью бария или свинца, ацетатом свинца, а осадки затем разлагают серной кислотой, углекислотой или сероводородом.
Разделение и очистку сапонинов осуществляют самыми различными приемами (осаждением ацетоном или другими водоотнимающими агентами, гель-фильтрацией, хроматографией на колонках с оксидом алюминия или силикагелем, ионообменной хроматографией и др.), что зависит от химического строения сапонинового гликозида.
Качественный анализ сапонинов . Обычно для качественных реакций готовят водный настой 1:10, нагревая измельченное растительное сырье на водяной бане в течение 10 мин.
Для обнаружения сапонинов в растительном сырье пользуются реакциями, основанными на физико-химических, химических и биологических свойствах этих веществ.
К первой группе относится реакция пенообразования. Это не только чувствительная, но и довольно характерная проба, так как других веществ, обладающих способностью к пенообразованию, в растениях не встречается.
Реакцией пенообразования можно дифференцировать присутствие в сырье либо стероидных, либо тритерпеновых сапонинов. Для этого в две пробирки помещают 0,1 Н хлороводородную кислоту или 0,1 Н раствор натрия гидроксида. При наличии в сырье тритерпеновых сапонинов в обеих пробирках образуется пена, равная по объему и устойчивости. Если сырье содержит сапонины стероидной группы, то в среде щелочи образуется пена, в несколько раз больше по объему и устойчивости.
Ко второй группе относятся реакции осаждения и цветные реакции.
1. Из водных растворов сапонины осаждаются гидрооксидом бария или магния, солями меди, ацетатом свинца. При этом тритерпеновые сапонины осаждаются средним ацетатом свинца, а стероидные - основным.
2. Из спиртовых извлечений стероидные и тритерпеновые сапонины выпадают в осадок в виде холестероидов при добавлении спиртового раствора холестерина.
3. Стероидные сапонины дают реакцию Либермана-Бурхарда: растворенные в ледяной уксусной кислоте, при добавлении смеси уксусного ангидрида и концентрированной серной кислоты, образуют окраску от розовой до зеленой и синей.
4. Тритерпеновые сапонины обнаруживаются реакцией с уксусным ангидридом и концентрированной серной кислотой в хлороформной среде - развивается оранжевое окрашивание.
К биологическим методам обнаружения сапонинов относится реакция гемолиза эритроцитов . К настою, приготовленному на изотоническом растворе, прибавляют 2% взвесь эритроцитов - образуется “лаковая” кровь.
Следует иметь в виду, что существуют сапонины, практически не проявляющие гемолитических свойств. Поэтому для определения неизвестных веществ всегда дополнительно пользуются реакциями, основанными на химических свойствах.
Количественное определение сапонинов . Для количественного определения сапонинов в растительном сырье используются биологические и физико-химические методы.
К биологическим методам относится определение гемолитического индекса. Гемолитический индекс - это минимальная концентрация сапонина, выражаемая в микрограммах на литр, которая вызывает полный гемолиз 2% суспензии дефибринированной плазмы крови. Следует иметь в виду, что различные сапонины при одинаковой концентрации имеют разный гемолитический индекс. Поэтому каждое сырье должно иметь свой стандарт - раствор соответствующего чистого сапонина.
Общих физико-химических методов определения сапонинов в сырье не существует. В некоторых случаях может быть применен гравиметрический способ, основанный на весовом определении сапогенина после кислотного гидролиза суммы сапониновых гликозидов. Широко применяются фотоэлектроколориметрические методы после проведения химической реакции, в результате которой образуются устойчивые окрашенные продукты.
Поскольку сапонины поглощают свет в области 260-280 нм, к ним применимы прямые спектрофотометрические методы количественного анализа.
Сапонины, являющиеся производными спиростана, флуоресцируют в УФ свете. Их можно определять флуориметрическими методами.
Некоторые сапонины, имеющие кислый характер, определяют титриметрическим способом. Наибольшее распространение получил метод нейтрализации в неводной среде.
