Laktoner i växter och kosttillskott - typer, egenskaper och medicinska perspektiv

08 Okt 2024

Upplagd av: Łukasz Szostko Lästa tider: 585 Kommentarer: 0

Precis som det finns en mängd ämnen som cirkulerar i våra kroppar och som påverkar hälsan, gäller detsamma för växter. Många beståndsdelar i växter har en positiv effekt inte bara på sig själva, utan också på oss när vi konsumerar dem. Ingredienser som polyfenoler, flavonoider, alkaloider och steroler är välkända. Laktoner är mindre omtalade, men det ska inte förringa deras egenskaper. Forskare har länge inspirerats av laktoner för att utveckla nya läkemedel för att hjälpa patienter med många sjukdomar. Även i vissa mycket populära kosttillskott som Ginkgo biloba eller Ashwagandha hittar vi laktoner, som är ansvariga för deras hälsofrämjande effekter. I den här artikeln kommer vi att diskutera vilka typer av laktoner som finns i naturen, var de förekommer och vad de är ansvariga för, samt vad vi kan förvänta oss av dem i framtiden. Läs ända till slutet!

Vad är laktoner? Definition och egenskaper

Laktoner är biologiskt aktiva föreningar som finns i många växter, men också i svampar, bakterier, marina svampar och andra organismer. Många av dem är aromatiska ämnen som ger växter lukt och ibland smak. De är dock inte lika små och flyktiga som de ämnen som ingår i eteriska oljor. I dem kan endast små mängder laktoner finnas, eftersom deras massa är en aning för stor för att passera effektivt under destillationen. Istället kan man njuta av doften av laktoner genom att välja absoluter (t.ex. jasmin) eller pressade eteriska oljor (t.ex. bergamott) istället för destillerade.

Kemiskt sett kan de klassificeras som intramolekylära cykliska estrar av hydroxisyror med olika ringstorlekar[1]. På grund av ringstrukturens stabilitet är γ- och δ-laktoner med fem- och sexledade ringar de vanligaste. De grekiska bokstäverna används bara för att ange storleken på laktonringen. Således har till exempel alla γ-laktoner femledade ringar och alla ε-laktoner sjugledade ringar.

Föreningar med ett laktonfragment kan ha helt olika kolskelett och kan hänföras till olika klasser av föreningar, t.ex. sesquiterpenlaktoner, kumariner eller steroidskelettlaktoner.

Szkielety chemiczne
De kemiska skeletten är successivt α-, β-, γ-, δ-laktoner.

De minsta föreningarna i denna klass är α-, β-, γ-, δ- och ω-laktoner. De innehåller 3-, 4-, 5-, 6- respektive 7-ledade ringar. Laktonringarnas höga stabilitet gör att γ- och δ-laktoner är vanligt förekommande i naturen. Det uppskattas att mer än 3000 γ-laktoner förekommer naturligt. α-laktoner, å andra sidan, kan endast framställas syntetiskt[2].

Mångfalden gör detta till en extremt intressant grupp som uppvisar ett antal viktiga kemiska och biologiska egenskaper[1]. Bland dessa aktiviteter är de vanligast nämnda:

cytotoxiska,
antiinflammatoriska,
antimalaria,
antivirala,
antimikrobiella.

Laktoner och deras derivat ses som kandidater för att fylla gapet i farmakologi som skapats av spridningen av patogena bakterier som är resistenta mot konventionella antibiotika. I samband med detta är det värt att nämna att laktoner har funnits länge inom medicinen. Till exempel har antibiotikumet erytromycin en 14-ledad laktonring utöver andra funktionella grupper.

Exempel på naturliga laktoner som används i kosttillskott

Låt oss börja med praktisk information, dvs. vilka laktoner du kan ta i form av kosttillskott för att göra en verklig skillnad för din hälsa. Du kommer att lära dig klassificeringen och de kemiska detaljerna senare i den här artikeln.

Terpenlaktoner

Ginkgo biloba-extrakt är en av de viktigaste källorna till laktoner i kosttillskott. Standardextrakt är standardiserade för att innehålla 6% terpenlaktoner. Dessa laktoner består av bilobalid och ginkgolider, de viktigaste aktiva substanserna i ginkgo, som är ansvariga för de flesta av dess hälsoegenskaper[3]. Ginkgolider är diterpenlaktoner, medan bilobalid är en triterpenlakton (mer specifikt en sesquiterpen trilakton). I den totala poolen av laktoner utgör ginkgolider 3,1 och bilobalider 2,9 procentenheter.

Vitanolider

Detta är huvudgruppen av aktiva substanser i den berömda adaptogena växten Vitania sluggishis, känd som Ashwagandha. Dess huvuddomän är adaptogen verkan, dvs. ökad motståndskraft mot stressiga förhållanden. Spektrumet av hälsofrämjande aktiviteter är dock mycket bredare.

Vitanolider är en grupp av naturligt förekommande lakton-triterpenoider[4]. De hälsofrämjande egenskaperna hos laktonerna från Ashwagandha är så värdefulla att det görs många försök att syntetisera dem och skapa derivat med ännu större potential.

Artemisinin

Artemisinin är en sesquiterpenlakton som isolerats från gråbo(Artemisia annua). Den används i kosttillskott för att stödja immunförsvaret och som ett antiinflammatoriskt medel.

Enligt studier är artemisinin effektivt mot både läkemedelsresistenta och cerebrala stammar av Plasmodium falciparum som orsakar malaria[5].

Många fler olika sesquiterpenlaktoner finns i växtfamiljen aster, särskilt i arter av släktet Artemisia [6], inte bara artemisinin. Den antimikrobiella aktiviteten hos sesquiterpener kan vara relaterad till förändringar i proteinsyntesen, förändrad cellpermeabilitet eller interaktion med cellväggsfosfolipider som stör membranintegriteten[1].

Ekdysteroider

Växter som Ajuga turkestanica, Leuzea carthamoides eller Spinacia oleracea (dvs. vanlig spenat) innehåller ecdysteroider, som har en laktonstruktur. Exempel på detta är ajugalakton eller kartamosteron[7].

Wzory chemiczne ecdysteroidów
Grafisk källa - doi: 10.1016/B978-0-444-63473-3.00005-8.

Kavalaktoner

Dessa är de aktiva substanser som finns i metystinpeppar eller kava kava. I Polen är kava kava tyvärr inte godkänt för användning i livsmedel, men i till exempel USA finns kava kava-extrakt i kapslar med standardiserade kavalaktoner att köpa[8]. Det finns många olika ämnen bland dem, men 6 listas som de viktigaste - deras skelett visas i grafiken nedan.

Wzory chemiczne kavalaktonów
Källa till grafiken - doi: 10.3390/nu12103044

Monakolin K

Kemiskt har monacolin K en laktonstruktur som innehåller en esterring. Dess verkan är analog med syntetiska statiner och när den omvandlas till sin aktiva syraform blir den en hämmare av det enzym som ansvarar för kolesterolsyntesen i kroppen (det är en HMG-CoA-reduktashämmare)[9]. Efsas panel ansåg att monakolin K i laktonform är identiskt med lowastatin, den aktiva ingrediensen i flera läkemedel som godkänts för behandling av hyperkolesterolemi i EU. Av denna anledning har föreskrifterna begränsat det tillåtna dagliga intaget av monakolin K från kosttillskott till doser på mindre än 3 mg.

Uppdelning och klassificering av laktoner

Vi kommer kortfattat att diskutera de mest talrika och vanliga grupperna av laktoner.

[detta avsnitt är lite tråkigt, men sammanfattningen innehöll kemisk information, och det finns en kraftig mättnad av karakteristiska nyckelord här; Jag skulle göra det i form av ett rullgardinsdragspel, på samma sätt som faq-avsnitt görs].

γ-laktoner

Dessa är 5-ledade laktoner. γ-laktoner finns i strukturen hos flera naturprodukter, till exempel γ-mättad butyrolakton och α-β-omättade butenolider. Butenolider uppvisar fascinerande biologiska egenskaper, t.ex.[2]:

3-metyl-2H-furo[2,3-c]pyran-2-on visar stark herbicidaktivitet,
flupiradifuron är en effektiv insekticid,
rubrolidium M och basidalin uppvisar anticanceregenskaper,
5-oktylfuran-2(5H)-on uppvisar antifoulingaktivitet.

Butenolider och butyrolaktoner är också kända för sin karakteristiska lukt, vilket gör att de används flitigt inom livsmedels- och parfymindustrin.

δ-laktoner

6-ledade laktoner. De förekommer i stor utsträckning i naturen. Liksom γ-laktoner kan δ-laktonerna delas in i mättade och α-β-omättade laktoner, där de senare är vanligast. δ-laktonfragmentet är vanligt förekommande i flera naturliga föreningar med olika biologiska aktiviteter[2], t.ex:

Hämning av HIV-proteas,
Induktion av apoptos (goniotalamin och rasfonin),
antileukemisk aktivitet (dictyopyrone C)
anticancer (pyronetin),
leishmanicid,
trypanicid,
svampdödande (argentilakton),
antimikrobiell,
antiinflammatoriska.

Medelstora laktoner

Dessa laktoner innehåller ringar som innehåller 8 till 11 medlemmar. Dekalaktonerna med 10 medlemmar är de vanligaste i naturen. Av de naturliga 8-ledade laktonerna skiljer vi mellan oktalaktonerna A och B. De har potentiell cytotoxisk aktivitet mot melanom- och kolorektala tumörceller. Cefalosporolider och solandelaktoner är andra exempel på naturligt förekommande 8-ledade laktoner[2].

Oxylipiner, halicholactone, neohalicholactone och topsentolides är några representanter för 9-ledade laktoner. Sju topsentolider (A1, A2, B1, B2, B3, C1 och C2) visade måttlig cytotoxisk aktivitet mot mänskliga cancercellinjer. Antimycin-dilaktoner är kända för sina antibiotiska och svampdödande egenskaper och deras förmåga att inducera apoptos av cancerceller. Dekalaktoner, eller nonanolider, är de bäst studerade naturliga medelstora laktonerna och uppvisar en mängd olika biologiska egenskaper. DecaRectin utmärker sig genom sin hämmande effekt på kolesterolbiosyntesen.

Ftalider

Ftalider är bicykliska molekyler som bildas genom kombinationen av en γ-lakton och en bensenring. De är viktiga organiska molekyler som produceras av flera växtsläkten i familjen Apiaceae. Dessa föreningar finns också i Asteraceae, Acanthaceae, Amaranthaceae och Magnoliaceae.

Denna klass av föreningar har studerats sedan 1700-talet, och det finns många rapporter i litteraturen om dess olika etnobotaniska användningsområden och biologiska aktiviteter. Till exempel

(S)-3-n-butylftalid marknadsförs som ett antikonvulsivt läkemedel för behandling av cerebral ischemi,
Isopestacin har svampdödande och antioxidativa egenskaper,
fuscinarin har antiamnesiska effekter,
(±)-koncentricolid har antiviral aktivitet.

Ftalider uppvisar också antimikrobiella, trombocythämmande och smärtstillande egenskaper.

Kumariner

Dessa är sekundära metaboliter från växter och svampar. Dessa heterocykliska föreningar innehåller en bensenring kopplad till en α-pyron. De väcker uppmärksamhet för sina antivirala, anticancer-, Alzheimers förebyggande, antidepressiva, antibiotiska (armillarin), antiinflammatoriska (scopoletin) och antikoagulerande (warfarin och dicoumarol) effekter.

Kumariner används ofta inom kosmetika-, färgämnes- och livsmedelsindustrin samt som självlysande material.

Furanokumariner

Föreningar som innehåller en furanring kopplad till kumarinskelettet. De produceras av växter som svar på stress och som skydd mot rovdjur som svampar, bakterier och insekter. Furanokumariner används för att behandla hudsjukdomar.

Spirolaktoner

Dessa är naturligt förekommande föreningar som utgör en stor familj av strukturellt olika molekyler med ett brett spektrum av biologiska aktiviteter:

antimikrobiell (spiroindicumid A)
svampdödande (perrenniporide A)
antiinflammatoriska (abiespiroside A)
antiparasitär (plumericin),
antiviral (biyouyanagin B),
cytotoxisk (yaoshanenolid A).

Förutom naturligt förekommande föreningar inkluderar spirolaktoner syntetiska steroider som kallas 17α-spirolaktoner. Den mest kända medlemmen i denna klass är spironolakton på grund av dess antagonism mot aldosteron, ett hormon i renin-angiotensin-aldosteronsystemet som förknippas med högt blodtryck, hjärthypertrofi och fibros i hjärta och kärl.

Ilustracja mikroskopowej struktury mikroorganizmu

Strigolaktoner

Dessa är fytohormoner som isolerats från växter av släktena Striga och Orobanche. Strigolaktoner stimulerar frögroning hos parasitväxter när de upptäcks av värden, reglerar växttillväxt, hämmar groning och förmedlar underjordisk kemisk kommunikation mellan växter och angränsande organismer. De mest välkända naturliga exemplen har en tricyklisk ABC-kärna med γ-lakton som en av ringarna och en exocyklisk D-ring av butenolid. Denna struktur kan hittas i 5-deoxystrigol.

Strigolaktoner används som jordtillsatser för att bekämpa ogräs, vilket minskar jordbruksförlusterna i samband med ogrässkador. Dessa föreningar framkallar självmordsgroddning. Det vill säga att de signaler som avges av närvaron av isolerade rhizosfärföreningar eller syntetiska ekvivalenter inducerar groning av parasitfrön utan närvaro av en värd, vilket leder till att ogräset dör.

Makrolaktoner

Makrolaktoner eller makrocykliska laktoner innehåller ringar med 12 eller ännu fler medlemmar. De kan klassificeras som olider eller diolider.

Kukuolider fungerar som feromoner och används av många djur för kemisk kommunikation. Kukuolid X har identifierats som en feromon som lockar till sig skalbaggshonan Oryzaephilus surinamensis, en skadegörare på majs och ris.

Makrolaktiner är makrolider som isolerats från bakteriestammar av släktena Bacillus och Actinomadura. För närvarande har 19 makrolaktiner (A-S) beskrivits i litteraturen. Deras biologiska aktivitet sträcker sig från antiviral till svampdödande. Makrolaktin A uppvisar t.ex. en potent aktivitet mot herpes simplex-virus och kan kontrollera HIV-replikationen hos människor. Makrolaktinerna T och B kan å andra sidan hämma svamparna Alternaria solani och Pyricularia oryzae samt bakterien Staphylococcus aureus. Vidare finns det kinolidomycinerna A1, A2 och B1, av vilka kinolidomycinerna A1 och B1 hämmar tillväxten av olika cancerceller, inklusive läkemedelsresistenta sådana.

På grund av de många exemplen på naturligt förekommande laktoner och deras breda utbud av biologiska aktiviteter har kemister med anknytning till organisk kemi riktat uppmärksamheten mot utformningen av laktonringar.

Industriella tillämpningar av laktoner

Laktoner är så intressanta ämnen att det skulle vara en björntjänst att inte utnyttja deras potential. Av denna anledning används de i en mängd olika branscher.

Laktoner är aromatiska föreningar, så parfymindustrin är en av de starkaste förmånstagarna. Laktonernas sensoriska egenskaper gör det möjligt att få fram ovanliga aromer, som doften av jasmin, vanilj eller kattmynta. Olika ämnen med en laktonstruktur kan hittas på etiketterna på parfymer och parfymerad kosmetika.

Omfattande användning har också hittats inom jordbruk och trädgårdsodling. Vissa av laktonerna har en mycket effektiv verkan mot insekter, parasiter eller ogräs.

Sammanfattning

Laktonfamiljen består av tusentals olika ämnen. Även om de har ett gemensamt element i sin struktur (laktonringen) kan de skilja sig drastiskt åt när det gäller deras verkan. De får inte lika mycket uppmärksamhet i populärvetenskapliga texter som t.ex. polyfenoler, men det finns ändå många laktoner som har enastående effekter på människors hälsa. Det är tack vare laktoner som vi är skyldiga fördelarna med örter som Ashwagandha eller Gingo biloba. Förekomsten av laktoner i naturen och mer forskning om dem öppnar dörren för forskare att få nya verktyg för att utveckla nyare och bättre läkemedel för att rädda människors liv. Vi håller tummarna för att vi kan dra nytta av laktonernas kraft så mycket som möjligt!

Källor: