Лекарственные растения и сырье, содержащие сапонины

Тема лекции

Лекция №3

1. Понятие о сапонинах.

2. Строение сапонинов, их классификация.

3. Биосинтез сапонинов.

4. Распространение сапонинов в растительном мире, локализация в растениях. Влияние условий обитания и онтогенеза на накопление сапонинов.

5. Сырьевая база растений, содержащих сапонины.

6. Физические, химические и биологические свойства сапонинов.

7. Оценка качества сырья, содержащего сапонины. Методы анализа.

8. Особенности сбора, сушки и хранения сырья, содержащего сапонины.

9. Пути использования сырья, содержащего сапонины.

10. Медицинское применение сырья и препаратов, содержащих сапонины.

Понятие о сапонинах

Сапонины - гетерозиды растительного происхождения, производные стероидов и тритерпеноидов, обладающие гемолитической и поверхностной активностью, а таю/се токсичностью к холоднокровным животным.

Название происходит от латинского слова sapo - мыло, т.к. водные извлечения этих соединений обладают способностью пениться, т.е. понижать поверхностное натяжение жидкостей.

Впервые сапонины были выделены в чистом виде из растений рода Saponaria sp. (мыльнянка).

Как и другие гетерозиды, сапонины способны подвергаться ферментативному гидролизу с образованием углеводной части и агликона. Агликоны сапонинов получили название «сапогенины».

Строение сапонинов, их классификация

В основе классификации сапонинов лежит структура агликона. В зависимости от строения сапогенина все сапонины делят на группы:

1. Стероидные сапонины - производные циклопентанпергидрофенан-трена. По своему строению близки к сердечным гликозидам и часто их сопровождают в растениях (Digitalis sp., Convallaria majalis, Adonis vernalis).

Все стероидные сапогенины в своей структуре имеют:

- в 3 положении - гидроксильную (-ОН) группу;

- в 10 и 13 положениях - метальные (-СН3) группы;

- в положении 5-6 - двойную (-СН=СН-) связь;

- в положении 16-17 - спирокетальную группировку.

В зависимости от ориентации спирокетального кольца стероидные сапонины делят на соединения «нормального» ряда и «изо»-ряда.

Углеводная часть молекулы стероидных сапонинов присоединяется в положении 3 агликона и может содержать 1-9 моносахаридов (глюкоза, галактоза, рамноза, галактуроновая кислота и др.). Моносахариды могут образовывать как линейные, так и разветвленные цепи. Например, стероидный сапонин диосцин (Dioscorea nipponica - диоскорея ниппонская, Tribulus terrestris - якорцы стелющиеся) состоит из агликона диосгенина, к которому присоединяется разветвленная триоза:

2. Тритерпеновые сапонины - имеют общую формулу (C5H8)6 и, в зависимости от количества колец в структуре агликона, делятся на 2 группы:

а) тетрациклические - содержат в структуре агликона 4 кольца. В основе этой группы лежит даммаран. Производные даммарана легко окисляются с образованием гетероциклов (панаксдиол и панакстриол). Соединения подобного строения обнаружены в женьшене (Panax ginseng), заманихе высокой (Echynopanax elatum), березе (Betula sp).

б) пентациклические - содержат в структуре агликона 5 колец. Среди этой группы выделяют несколько подгрупп. С медицинской точки зрения, наиболее важными являются производные α-амирина и β-амирина, которые отличаются друг от друга расположением заместителей - метальных (-СНз) фупп в положениях 19 и 20 кольца Б.

α-амирин лежит в основе различных соединений, которые найдены в ортосифоне тычиночном или почечном чае (Ortosyphon stamineus), лапчатке прямостоячей (Potentilla erecta) и других. Наиболее важным представителем является урсоловая кислота (28-карбокси-α-амирин). Урсоловая кислота обнаружена во многих растениях (бруснике обыкновенной - Vaccinium vitis-idaea, клюкве четырехлепестной - Qxycoccus quadripetalus и др.), причем встречается в виде как гликозидов, так и свободного агликона.

β-амирин лежит в основе следующих веществ:

- олеаноловая кислота (28-карбокси-β-амирин). Олеаноловая кислота является агликоном сапонинов (аралозидов) аралии манчжурской (Araliamandshurica), синюхи голубой (Polemonium caeruleum), каштана конского(Aesculus hyppocastanum), первоцвета весеннего (Primula veris), календулы лекарственной (Calendula officinalis), патринии средней (Patrinia intermedia) и др.

- глицирретиновая кислота (11-оксо-29-карбокси-β-амирин). Глицирретиновая кислота является агликоном глицирризиновой кислоты (в 3 положенииприсоединяется углеводная цепь из двух молекул глюкуроновой кислоты). Глицирризиновая кислота содержится в солодке голой (Glycyrrhiza glabra) и солодке уральской (G.uralensis).

Углеводная часть тритерпеновых сапонинов может присоединяться к агликону в различных положениях:

- в 3 положении за счет гидроксильной (-ОН) группы;

- в 28 положении за счет карбоксильной (-СООН) группы (при этом связь агликона с сахаром называется ацилгликозидной);

- с сапогенином могут быть связаны две углеводные цепи (за счет гидроксильной группы в 3 положении и карбоксильной группы в 28 положении). В этом случае сапонины относятся к дигликозидам.

Углеводная часть тритерпеновых гликозидов может содержать 1-11 моносахаридов (глюкоза, галактоза, рамноза, арабиноза, фруктоза, глюкуроновая и галактуроновая кислоты). Она может быть линейной и разветвленной (например, у аралозидов - сапонинов аралии манчжурской). Разветвление углеводной цепи происходит от первого сахарного остатка, связанного с агликоном.

Биосинтез сапонинов

Биогенетическим предшественником агликонов как стероидных, так и тритепеновых сапонинов в растениях является сквален.

Под воздействием ферментов сквален подвергается стереоспецифической циклизации. Бели циклизация сопровождается потерей атомов углерода, образуется холестерол, содержащий 27 атомов углерода. При окислении и циклизации боковой углеродной цепи холестерола (из 8 атомов) образуется диосгенин.

Образование тетрациклических тритерпеновых сапогенинов идет, вероятно, через стадии биосинтеза стероидных соединений. Данный вопрос пока еще до конца не изучен и является научной гипотезой.

Распространение сапонинов в растительном мире,

локализация ерастениях. Влияние условий обитания

и онтогенеза на накопление сапонинов

В растительном мире более широко распространены тритерпеновые сапонины. Они обнаружены в растениях почти 70 семейств. Наиболее богаты тритерпеновыми сапонинами представители семейств аралиевые (Araliaceae), синюховые (Polemoniaceae), бобовые (Fabaceae), астровые (Asteraceae), яснотковые (Lamiaceae) и др.

Стероидные сапонины встречаются значительно реже и обнаружены, главным образом, в растениях семейств диоскорейные (Dioscoreaceae), лилейные (Liliaceae), норичниковые (Scrophulariaceae), парнолистниковые (Zygophyllaceae), лютиковые (Ranunculaceae), амарилиссовые (Amarillidaceae). Стероидные сапонины часто сопровождают в растениях сердечные гликозиды (Digitalis sp., Convallariamajalis, Adonis vernalis).

Растения, вырабатывающие тритерпеновые сапонины, не содержат стероидные, и наоборот.

В растениях сапонины обычно находятся в клеточном соке почти всех органов в растворенном виде.

Содержание сапонинов колеблется в широких пределах и может достигать 30% и более. В этом случае сапонины кристаллизуются в виде бесцветных бесформенных глыбок и могут быть видны под микроскопом.

Сапонины найдены во всех органах растений:

- в траве (астрагал шерстистоцветковый - Astragalus dasyantus, хвощ полевой - Equisetum arvense, якорцы стелющиеся - Tribulus terrestris);

- в листьях (почечный чай - Ortosyphon stamineus);

- в семенах (кашатан конский - Aesculus hyppocastanum);

- в подземных органах (диоскорея ниппонская - Dioscorea nipponica, синюха голубая - Polemonium caeruleum, заманиха высокая - Echynopanax elatum, солодка голая - Glycyrrhiza glabra и с.уральская G.uralensis, женьшень - Рапах ginseng, аралия манчжурская - Aralia mandshurica).

В подземных органах накапливается наибольшее количество сапонинов.

Предположительно, сапонины принимают участие в биохимических процессах в растениях:

- в малых концентрациях они ускоряют прорастание семян, рост и развитие растений, а в больших, наоборот, тормозят. Таким образом, сапонины играют роль гормонов роста растений;

- сапонины оказывают влияние на проницаемость растительных клеток, что связано с их поверхностной активностью.

На накопление сапонинов влияют стадии онтогенеза (т.е. развития) растений. Максимальное количество сапонинов в сырье содержится в фазы:

- бутонизации и начала цветения (ортосифон тычиночный и астрагал шерстистоцветковый);

- в конце вегетации, когда биомасса лекарственного растительного сырья максимальна (солодки, синюха, заманиха, аралия, женьшень, диоскорея);

- в период плодоношения (каштан конский).

На содержание сапонинов в лекарственном сырье влияет возраст растений и место их произрастания:

- дикорастущая синюха голубая достигает максимальной продуктивности к 5-6 году жизни, а в культуре - к 2-3 году. При этом содержание сапонинов в подземных органах находится на одном уровне;

- культивируемый женьшень рекомендуется собирать на 5-6 год, т.к. корень быстро растет до 3-х лет и далее его рост замедляется, а с 13 лет наблюдается уменьшение биомассы корней. Это связано с постепенным отмиранием боковых корней.

Влияние факторов внешней среды на накопление сапонинов строго специфично. Среди них трудно выявить общие закономерности для всех растений. Отметим лишь отдельные моменты:

- растения семейства аралиевых являются эндемиками Дальнего Востока, где сложился собственный климатический и почвенный режим;

- зависимость накопления глицирризиновой кислоты от типа почв и ее засоленности характерна для солодки. Чем больше засоленность, тем меньше глицирризиновой кислоты содержат корни солодки. Повышение влажности почвы способствует накоплению глицирризиновой кислоты.

Сырьевая база растений, содержащих сапонины

Синюха голубая растет по опушкам и вдоль лесных дорог в лесной и лесостепной зонах европейской части России и Сибири,

Женьшень, заманиха, аралия, диоскорея ниппонская встречаются в лесах Дальнего Востока (Приморский, Хабаровский края).

Солодки голая и уральская часто образуют сплошные заросли в поймах и долинах рек в степных и пустынных районах европейской части России и Сибири.

В этих же регионах, как сорняк, встречаются якорцы стелющиеся.

Синюха голубая не образует крупных зарослей, пригодных для промышленных заготовок, в связи с чем, ее культивируют.

Женьшень культивируют на Дальнем Востоке.

Ортосифон тычиночный импортируют из стран тропической Азии.

В последние годы перспективным является метод культуры тканей. Он заключается в выращивании на определенных питательных средах биомассы сырьевой части лекарственных растений. Полученная таким образом биомасса используется в дальнейшем для получения лекарственных препаратов.

В России метод культуры тканей был разработан и освоен на примере женьшеня. Культура тканей женьшеня под названием «Биоженьшень» используется для получения настойки.

Физические, химические и биологические свойства

сапонинов

Физические свойства. Сапонины - бесцветные или желтоватые аморфные вещества. В кристаллическом состоянии выделены гликозиды, имеющие в углеводной цепи до 4 моносахаридов. Оптически активны.

Гликозиды растворимы в воде. Растворимость увеличивается с возрастанием углеводной цепи. В разведенных (60-70%) спиртах растворяются на холоду; в более крепких (80-90%) спиртах - только при нагревании, а при охлаждении выпадают в осадок. Нерастворимы в органических растворителях (ацетон, хлороформ, бензол).

Свободные сапогенины не растворяются в воде и хорошо растворимы в органических растворителях.

В зависимости от рН водных растворов сапонины делят на:

- нейтральные - стероидные и тетрациклические тритерпеновые сапонины;

- кислые - пентациклические тритерпеновые сапонины. Их кислотность обусловлена наличием карбоксильных (-СООН) групп в структуре агликона или присутствием уроновых кислот в углеводной цепи.

Специфическим свойством сапонинов является их способность снижать поверхностное натяжение жидкостей (воды) и давать при встряхивании стойкую обильную пену. Такая поверхностная активность связана с наличием в молекулах сапонинов одновременно как гидрофильного, так и липофильного остатков.

Химические свойства обусловлены структурой агликона, наличием отдельных функциональных групп, а также присутствием гликозидной связи.

Сапонины гидролизуются под влиянием ферментов и кислот. Производные олеаноловой и глицирритиновой кислот гидролизуются под воздействием щелочей.

При взаимодействии с кислотными реагентами (SbCl3, SbCl5, FeCl3, конц. H₂SO₄) образуют окрашенные продукты.

Кислые сапонины образуют нерастворимые комплексы с солями тяжелых металлов (Ва, РЬ).

Сапонины способны образовывать комплексы с белками, стеринами, липидами, фенольными соединениями. В составе комплексов сапонины не обладают гемолитической и поверхностной активностью.

Сапонины, имеющие в своей основе стероидное ядро, вступают в специфическую реакцию Либермана-Бурхарда.

Биологические свойства. Сапонины обладают гемолитической активностью. Они способны растворять липидную часть оболочки эритроцитов. В результате этого оболочка из полупроницаемой становится проницаемой. Гемоглобин свободно поступает в плазму крови и растворяется в ней. Образуется красный прозрачный раствор - «лаковая кровь».

Гемолитической активностью обладают только гликозиды. В связи с этим сапонины не применяются для внутривенного введения, т.к. вызывают анемию. При приеме внутрь, после гидролиза в желудочно-кишечном тракте до агликонов, сапонины теряют гемолитическую активность.

Гемолиз эритроцитов вызывают не все сапонины. Этим свойством не обладают сапонины солодки. -

Сапонины токсичны для холоднокровных животных (рыбы, лягушки, круглые черви). Они нарушают функцию жабер, которые являются не только органом дыхания, но и регулятором солевого осмотического давления в организме. Сапонины парализуют или вызывают гибель холоднокровных животных даже в больших разведениях (1:1 000 000).

Агликоны сапонинов для холоднокровных животных не токсичны.

Оценка качества сырья, содержащего сапонины.

Методы анализа

Наличие сапонинов в лекарственном растительном сырье можно установить при помощи качественных реакций, которые проводят непосредственно с сырьем или с извлечением из него.

Качественные реакции на сапонины основаны на их физических, химических и биологических свойствах.

Государственная фармакопея XI издания (вьш.2) рекомендует использовать качественные реакции для подтверждения подлинности для трех видов сырья.

1. Корневища с корнями синюхи голубой. С водным извлечением проводят реакцию пенообразования, основанную на способности сапонинов снижать поверхностное натяжение жидкости (воды) и давать в отваре стойкую обильную пену после встряхивания»

2. Корни аралии манчжурской. Метанольное извлечение хроматографируют в тонком закрепленном слое селикагеля (на пластинках «Силуфол») в системе растворителей хлороформ-метанол-вода (61:32:7). В качестве свидетеля используют раствор «Сапарала». Хроматограмму проявляют 20% H₂SO₄ и нагревают в сушильном шкафу (t=lO5°C) в течение 10 мин. Появляются пятна вишневого цвета.

Дата добавления: 2014-01-20