А.С. Аммосов, В.И. Литвиненко
ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ РОДОВ (GLYCYRRHIZA L.)
и (MERISTOTROPIS FISCH. ET MEY.)(обзор)
Государственное предприятие «Государственный научный центр лекарственных средств и медицинской продукции»,
г.Харьков
Род солодка GLYCYRRHIZA L. (cем. Fabaceae -бобовые), в мировой флоре представлен по современным данным около 30 видами [185]. Очень близок к нему по многим морфологическим признакам род раздельнолодочник MERISTOTROPIS FISCH. ET MEY., включающий 3 вида.
Е.А.Круганова, занимавшаяся изучением систематики рода солодка, в 1955 году [1] предложила разделить его на две секции: настоящие солодки Euglycyrrhiza Lindl. (Glycyrrhiza) и ложные солодки Pseudoglycyrrhiza Kruganova (Krug.). На территории бывшего СССР (СНГ) встречаются 7 видов солодок и 2 вида раздельнолодочника (отмечены *), новые виды из Китая, химически изученные (отмечены **) и другие виды, химически изученные и представленные (отмечены ***), а также другие новые виды.
Остальные виды пока еще в химическом плане (по флавоноидам) не изучены (или не было литера-турных данных в нашем распоряжении).
Мы придерживаемся классификации родов и видов, предложенной Е.А. Кругановой.
Химический состав фенольных соединений, обнаруженных в таксонах солодки, в целом соответствует таковому, представленной частью и ботанической классификации (см.таблицу 1).
Хотя в настоящее время имеются варианты общемировой классификации рода солодка, включающего до 30 видов солодки [178,185].
В последнее столетие сильно возрос интерес и к фенольных соединениям солодки.
Виды рода солодки привлекают внимание исследователей как источники растительного сырья, используемого для получения ценных лекарственных препаратов, пищевых, технических и других продуктов, содержащих в своем составе фенольные соединения солодки.
Это обусловлено открытием все новых ценных свойств в субстанциях, получаемых из “лакричного корня” и содержащих флавоноиды, динамизмом их изучения и применения.
В результате проводимых в мире исследований накоплен и частично опубликован обширный фактический материал по фенольным соединениям, выделенным из видов растений этих родов.
Некоторые данные изложены в ряде общих обзоров по флавоноидам раннего периода [2, 3] и в последних зарубежных публикациях [4, 5,14,178,203,216], а также в наших предыдущих публикациях [6,7] и в двух общих обширных монографиях по солодке [208, 244].
Нами предпринята попытка критического обобщения и систематизации обширного фактического литературного материала по природным фенольным соединениям, выделенным к настоящему времени из растений родов солодка и раздельнолодочник.
Динамика представления нами такого материала такова: к 1995 году – около 130 соединений [6], к 2007 году уже около 280 соединений [7], к 2014 году – около 455 соединений [244].
В данное время, на рубеже двух столетий, представляется возможным подвести некоторые итоги таким исследованиям и сделать попытку более подробной систематизации имеющегося в наличии ма-териала из собранной нами базы данных по фенольным соединениям. А также рассмотрения получен-ных результатов с точки зрения химии и хемосистематики фенольных соединений у этих двух интерес-ных родов семейства бобовых.
В предлагаемом обзоре приведены сведения о фенольных соединениях, выделенных к насто-ящему времени из 15 видов рода солодка и 2 видов рода раздельнолодочник и описанных в доступной нам литературе.
В рамках данной публикации попытались выделить и рассмотреть следующие аспекты из поставленной задачи:
Перед изложением материала следует сделать ряд предварительных замечаний:
1). Рассмотрение и систематизация фенольных соединений изученных таксонов излагается с пози-ций общих и частных путей их биосинтеза вообще в растениях, а также в солодках в частности, и на основании разработанной общей схемы биохимической классификации природных флавоноидов [8].
2). В обзоре нами принята, отличная от общепринятой, однотипная нумерация углеродных атомов в кольцах А и В (халкон-флаваноновой системы): в А- кольце – цифры без штриха, а в В- кольце – цифры со штрихом [10,11,12]. В ряде других случаев нумерация углеродных атомов в сопряженных кольцах гетероциклов приведена по авторскому оригиналу, в большинстве случаев – по обще-принятым правилам.
3). Соединения, цитируемые в тексте и приведенные в таблицах 1 и 2, даны под своими тривиаль-ными (химическими) названиями и в сквозной порядковой нумерации от 001 до 535 (в тексте нумерация соединений приведена в круглых скобках).
Следует заметить, что в доступной нам литературе не обнаружили исчерпывающих и обоб-щенных сведений по фенольным (флавоноидным) соединениям солодок, кроме нескольких сооб-щений.
В первом - авторами сделан обзор по 39 рефератам, описывающим всего 60 флавоноидов, выде-ленных из видов рода солодка [13], во втором – представлено 60 фенольных соединений, выделeн-ных только из солодки уральской [14], в третьем- 42 флавоноидных соединения, выделенных из с. уральской [21], а в четвертом – 15 сапониновых и 49 флавоноидных соединений, включая и гликози-ды, выделенных из различных видов солодки [23] и в пятом – 24 тритерпеновых и 63 флавоноидных соединений, выделенных из 3-х фармакопейных видов солодки (с.голой, с.уральской и с.вздутой) и представленных в недавнем обзоре. Хотя в этом же обзоре упоминается, что на данное время из различных видов солодки выделено более чем 400 соединений, из которых более 300 флавоноиды [203].
Так, в известном обзоре японских исследователей сообщается об около 300 типах фенольных соединений, выделенных из 6 видов солодки. Около половины этих соединений на то время являлись новыми, характеризующими эти виды солодки: около 70 фенольных соединений выделены из кор-ней с. голой, по 60 –из корней с. уральской и с. вздутой, по 40- из корней с. шероховатой (шиповатой) и с. широкоплодной (канальцеплодной) и 30 – из корней с. бледноцветковой. Все эти соединения были классифицированы авторами по 15 классам [14].
В учебном пособии представлены два вида солодки (c. голая и с.уральская), с описанием около 50 новых фенольных соединений [200]. В монографии [244] - около 455 соединений .
Вполне резонно здесь отметить, что исследователи, изучающие фенольные соединения солод-ки, до сих пор не задавались целью всеобъемлющего и сквозного скрининга этих соединений в рам-ках родов солодка и раздельнолодочник.
Поэтому нами впервые предпринята попытка по результатам проведенной систематизации опубликованных данных, используя элементы хемосистематики, базируясь на проведенной биохи-мической классификации выделенных фенольных соединений и с учетом необычных путей биосин-теза отдельных флавоноидов солодки – выявить некоторые объединяющие и отличительные хими-ческие признаки внутри и между рассматриваемыми таксонами этих родов.
Результаты и их обсуждение
Переходя к изложению представленного материала, следует отметить, что за довольно дли-тельный период современного исследования фенольных соединений солодки (порядка 70-80 лет), выявлено и изучено, а нами представлено в общей сложности 535 природных индивидуальных соединений-веществ.
Впервые из корней с.голой был выделен ликвиритин еще японскими исследователями Шинодой и Уедой в 1934 году [65]. Только с начала 60-х годов ХХ века отмечено бурное изучение флавонои-дов, выделяемых из видов солодки, как у нас, так и за рубежом, интерес к которым проявляется и до последнего времени.
Это дало нам основание и возможность проведения их систематизации, биохимической класси-фикации и рассмотрения некоторых вопросов хемосистематики родов.
К настоящему времени из растений родов солодка и раздельнолодочник выделены: обычные («мажорные», т.е. выделяемые в процентах, бóльшем по массе количестве), минимальные («минор-ные» - выделяемые в долях процента), а также редкие, так называемые, «ретрофлавоноиды» и некоторые другие своеобразные фенольные соединения, предшественники в биосинтезе сложных структур.
Такое количество и разнообразие этих соединений, по-видимому, обусловлено специфичностью некоторых путей их биосинтеза, отличающих в целом семейство бобовых и род солодки в частности. Установлен ряд таких отличий. На основании собранного нами материала, по-видимому, можно сделать ряд интересных обобщающих выводов.
С целью объективности оценки обширного фактического литературного материала как по числу обследованных видов, так и в большей мере, по разнообразию представленных фенольных соединений и их распределению по видам, мы применили некоторые методы математической статистики, исполь-зуемые в хемосистематике [15,16,17].
Важным методическим приемом в определении химического родства изученных таксонов было построение молекулярных диаграмм и гистограмм по основным классам выделенных фенольных соединений [18,19]. По обобщенным данным нами составлен каталог всех выделенных и представ-ленных соединений, в котором отражены структурные химические особенности, общие и частные для каждой подгруппы, ряда и класса веществ. На основании данных каталога в рамках изученных родов построили гистограммы распределения соединений в подгруппах, рядах и классах, как структурных элементах биохимической классификации . Затем на втором этапе по каталогу определили частоту встречаемости заместителей и порядок замещения в основном структурном ядре отдельных типов соединений. На основании этих данных были построены молекулярные диаграммы для каждого класса соединений и гистограммы распределения заместителей в ядре соединений, вошедших в данный класс. Полученные данные позволили сделать некоторые обобщения по химии и хемосистематике представленных фенольных соединений в изученных таксонах.
Классификация и структура фенольных соединений
Следует отметить, что согласно общей схемы биохимической классификации всего разнообра- зия природных флавоноидов, выделяемых из растений, они могут быть распределены по 7 под-группам,16 рядам и около 250 классам [8]. Рассматривая здесь представленные соединения с точки зрения этой классификации, распределили их по 4 подгруппам, 7 рядам и 36 классам (см. таблицы 1 и 2, и рисунки 1- 3).
На основании анализа полученных данных отмечено, что специфичной группой фенольных соедине-ний как для всего семейства бобовых, так и для представленных родов являются две основные и обширные (доминирующие) подгруппы: флавоноиды (эуфлавоноиды) или 1,3-дифенилпропаноиды и изофлавоноиды или 1,2-дифенилпропаноиды.
Сначала рассмотрим структурно-химический аспект систематизированных соединений с последую-щим выделением из них определенных хемопризнаков для отдельных таксонов.
При обработке данных установили, что основная масса выделенных фенольных соединений представлена (в процентном отношении от общего числа приведенных соединений) следующим обра-зом – по подгруппам: эуфлавоноиды –40 %, изофлавоноиды - 39 %, секофлавоноиды- 8 % и бифлаво-ноиды – около 1,0 %. В более расширенном варианте распределение в подгруппах по рядам и классам следующее: в ряду халканоидов – 6 классов, общее число соединений – 73; в ряду флаваноидов- 5 классов, соединений – 144; в ряду изофлаваноидов – 5 классов, соединений- 174; в ряду птерокарпа-ноидов – 2 класса, соединений – 37; в ряду гомоизофлаваноидов – 1 класс, соединение- 1 и в ряду бихалкалоидов – 1 класс, соединений – 3, в ряду биауроноидов – 1 класс, соединений - 2.
В подгруппе секофлавоноидов – 3 класса: в классе стильбенов-14 соединений, в классе дигидрости-льбенов- 17 соединений и в классе 2-арилбензофуранов – 12 соединений.
Кроме того, выделены представители отдельных классов из веществ-предшественников в био-синтезе основных соединений (приведены в порядке усложнения структур): класс простые бензолы – 2 соединения, класс простые эфиры бензола- 1 соединение, класс простые фенолы –9 соединений, класс простые фенолоэфиры –2 соединения, класс фенилкарбоновые кислоты- 7 соединений, класс ацето-феноны - 3 соединения, класс сложные эфиры карбоновых кислот - 4 соединения, класс оксикоричные кислоты - 5 соединений, класс кумарины – 9 соединений, класс хромоны – 2 соединения, класс дигидро-фенантрены - 3 соединения, класс сложные карбоновые кислоты - 2 соединения, и их гликозиды – 6 соединений, класс липидных эфиров неолигнана – 3 соединения.
Всего 535 соединений
В плане сопоставления биосинтетических схем превращения фенольных соединений в представ-ленных таксонах, а также рассмотрения их структурных особенностей в различных классах, необходи-мо было попытаться найти элементы сближения или расхождения в межвидовых и внутривидовых взаимоотношениях по этим химическим признакам.
Анализируя структурные особенности представленных фенольных соединений солодки, как и всех природных флавоноидов, по характеру присутствующих заместителей в структурном ядре, их можно разделить на ряд химических типов: гидрокси-, метокси-, метилендиокси-, С-пренил(аллил)-, пренилгидрокси-, пренилоксо(пирано)-, пренилокси(пиранол)-, геранил-, ацил- агликоновые произ-водные, а также гликозильнные заместители (простые и ацилированные гликозиды) этих соединений.
Так, по мере усложнения основной структуры ядра представлены производные простых бензолов, фенолов, фенолоэфиров, фенолокислот, у фенилэтаноидов имеют место как ациклические формы – ацетофеноны, так и цикличекие – дигидрофенантрены. Фенилпропаноиды представлены, соответс-твенно – простыми фенилпропаноидами, оксикоричными кислотами, сложными эфирами карбоновых кислот, затем кумаринами и хромонами и далее флаваноидами и изофлаваноидами. В подгруппе секофлаваноидов, то есть производных 1,2-дифенилпропаноидов, утративших один атом углерода пропанового фрагмента между ароматическими кольцами – это представители классов дигидро-стильбенов, стильбенов и 2-арилбензофуранов.
Различные заместители, особенно, гидроксигруппы (оксигруппы) распределяются в молекулах фенольных соединений в определенном порядке, образуя ряд моделей замещения в соответствии с общими и частными путями биосинтетического образования ароматических колец А и В и их после-дующих этапов преобразования в растении.
Общей тенденцией всех фенольных соединений солодки является доминирующее наличие замести-телей у С-7-атома (кольцо А) и С-4’-атома (кольцо В) – в подгруппах: эуфлавоноиды и изофлаваноиды или адекватные им положения в гетероструктурах других классов.
Так, в кольце-А с учетом образования γ-пиранового гетероцикла, флороглюциновый (тригидрок-сиароматический) радикал присутствует у около 50 % представленных соединений с обязательным нахождением гидроксилов у С-5 и С-7 углеродных атомов. В кольце-В замещение, как правило, резор-цинового типа, однако, велико число соединений с расположением заместителей в других сочетаниях: С-2’ и С-4’ – у ретросоединений; С-3’, С-4’, С- 5’ – у пренильных; реже встречаются - С-5’ и С-6’.
Однако, все же важной особенностью фенольных соединений бобовых [4], что нашло свое прояв-ление и у солодки, является отсутствие гидроксильной группы у С-5 атома (кольцо А) – у 40 % соеди-нений, в основном у халконов, флаванонов, изофлавонов, изофлаванов, 2-арилбензофуранов, кумари-нов, как правило, выделяемых из подземных органов растений.
Таким образом, наблюдается четкий переход от более окисленного кольца - А флороглюцинового типа (в надземных органах) к менее окисленному резорциновому типу (в подземных органах).
Наряду с гидроксилированными – около 490 соединений ( около 95 %), значительное разнообразие составляют и обнаруженные соединения с заместителями: метокси - около 50 %, изопренилоксо (пира-но) - около 25% и С-пренилированные(аллильные) - около 40%.
Установлено, что алкилированию в первую очередь при основной модели замещения (5,7,4’- три-гидроксипроизводных) подвержены и дополнительные положения у С-6, С-8, С-3’ и С-5’ атомов. При этом нередко алкилирующим агентом выступает мевалоновая кислота, которая в виде пренилфосфата участвует в биосинтезе пренилированных производных.
В течение 40 лет первым специфическим предшественником изопреноидов считали мевалоновую кислоту. Однако 25 лет назад был открыт еще один путь биосинтеза разветвленных С5 –единиц – пря-мой конденсацией глицеральдегид-3-фосфата и продукта декарбоксилирования пировиноградной кис-лоты. Этот путь часто называют метилэритринолфосфатным путем (МЕР). Он действует у большин-ства эубактерий, водорослей и в хлоропластах фототрофных организмов, включая высшие растения. К 2004 году были установлены все промежуточные продукты МЕР- пути, выявлены и охарактеризованы почти все ферменты и их гены. Хлоропласты, вероятно, являются тем компратментом растительной клетки, где пересекаются пути биосинтеза фенольных соединений и изопреноидов (каротиноиды, фитол, гиббериллины, абецизовая кислота, а также множество моно-, ди- и тетратерпенов) [9].
Пренильные заместители у солодки находятся либо в виде открытых (ациклических) цепей (напри-мер, у соединений: 009, 011, 037, 099, 141, 180, 220, 250, 252, 267, 337, 373, 374, 378, 415, 430, 478, 487, 500, 517), либо они участвуют в образовании различных циклических производных (например, у соеди-нений:012, 029, 030, 047, 104, 135, 192, 258, 296, 355, 372, 401, 428, 456, 467), то есть, как бы пронизы-вают весь набор соединений в классах халконов, флаванонов, флавонолов, но особенно в подгруппе изо-флавоноидов. Здесь же нередко наблюдаются и С- дипренильные производные (например, у соедине-ний: 020, 041, 100,133,142, 185, 224, 266, 330, 450, 460, 476). Эти соединения как и С – монопренилпро-изводные со свободными гидроксильными группами, довольно реакционно способными, у С-5, С-7, С-3’и С-4’атомов, образуют циклические формы: хромановые, и у большинства – пирановые или фурано-вые. Пренилгидроксипроизводные тоже образуют циклические формы, например, у (327)- гидроксиметилпиранового типа и у (047, 287) –изопропанолфуранового типа. Все зависит, по-видимому, от поло-жения двойной связи в пренильном заместителе, которая может мигрировать по алифатической цепи на ее конец или к ядру агликона, занимая положения по цепи у С-атомов 1→2 или 2→3, 3→4 (3→5), образуя циклические производные (например, у 009– двойная связь находится в положении 3→4).
Важной особенностью фенольных соединений (флавоноидов) солодки, как и всех бобовых [4], является обнаружение С-2’-гидроксипроизводных (около 30 %), отличающихся необычностью своего генетического происхождения. Они почти не встречаются у флавоноидов и у других классов 1,3-дифенилпропаноидов, за исключением ретросоединений, например, у халконов, как общих предшест-венников биосинтеза (005-009). Однако среди 1,2-дифенилпропаноидов (изофлавоноидов) – это частые представители, которые являются своеобразными предшественниками в образовании более сложных, гетероциклических соединений - птерокарпанов, куместанов и обнаружены, например, у изофлавонов (247, 254, 262, 267, 273, 274), у 3-арилкумаринов (376, 383, 386), 2-арилбензофуранов (461,472) и осо-бенно у изофлаванов (327-340, 343-352).
Особое место в биосинтезе занимают С-2-метилизофлавоны (308-312), содержащие вместо пропанового фрагмента бутановый фрагмент между ароматическими кольцами [8] и смотри рис. 13.
Как известно, на первом этапе биосинтеза флавоноидов в растениях образуются агликоновые фор-мы, которые затем, в большей своей части, преобразуются в гликозиды. Многообразие гликозидов обус-ловлено природой самого ядра агликона, углеводных заместителей, порядком и последовательностью их присоединения к агликону и между собой, а также величиной окисного цикла углеводной части (пира-нозной или фуранозной) и конфигурацией гликозидной связи (α-«альфа» или β-«бета»). Установлено, что гликозилирование наблюдается по активным гидроксильным группам в положении С-7 и С-4’-атомов для халконов-флаванонов, а для флавонолов исключительно в положении С-3 в подгруппе эуфлавоно-идов солодки.
В подгруппе изофлавоноидов они обнаружены только в положении С-7 в классе изофлавонов –15 соединений, изофлаванов - 1соединение, в классе птерокарпанов в положении С-3, которое адекватно С-7 - пока всего 4, в классе стильбенов – пока только 1, куместанов (предположительно) - 1, то есть всего 22 соединения.
В нашем сообщении гликозиды представлены всего 108-ю соединениями, в том числе С-глико-зидами (гликофлавоноидами)- 12-ю соединениями. Этот сравнительно небольшой показатель говорит только в пользу их малой еще изученности,(«выделяемости»), так как большинство гликозидных форм выделены из солодки исследователями из стран СНГ, Японии и Китая и некоторых других.
О-Гликозиды солодки можно разделить: на моногликозиды (052,053,061,069,070,071,109-113, 121,194,196,202-204,208,211-213,313,316-326,369,410-413,426,446,528-530), дигликозиды (114,130, 153), биозиды (101-060, 063,064 и 114-118,123,154,195,197-199,205-207,209,210,315,527,532) и бисдесмо-зидные триозиды- (064-066,120). Недавно из корней с.уральской и с.шиповатой было выделено неско-лько ацилированных по гидроксилу апиозы биозидов халконов и флаванонов (065,066,067,068 и 125-129), а у с.голой в монозиде по гидроксилу глюкозы (531).
Особенностью гликозидов солодок является обнаружение у них глюкоапиозида: у халконов и фла-ванонов (056-059, 063-068 и 115-117,120,122,125-129), у флавонов (154),у изофлавонов (315), у прос-тых фенолов (527) – только в подземных органах. Тогда как в надземных органах наиболее общими являются: изокверцитрин (236), рутин (238), а также некоторые диглюкозиды или глюкорамнозиды.
Гликофлавоноиды (С-гликозиды) флавонов солодки делятся на моно- (157-162) и ди- С-(163-168) гликозиды. С-монозиды представлены исключительно С-глюкозидами и выделены из надземных органов. С - дигликозиды представлены - ди-С-глюкозидами, ди-С-глюкоарабинозидами и ди-С-глюкорамнозидами и одной ацилированной формой (168) и, как правило, были выделены из подземных органов.
В других классах флавоноидов солодки С-гликозиды пока не обнаружены.
Углеводные компоненты О-гликозидов широко представлены: D-глюкозой, D-галактозой, D-апиозой, L-рамнозой, L-арабинозой, D-галактуроновой и D-глюкуроновой кислотами. В сочетании с агликоном они образуют определенный химический тип гликозидов: для халконов-флаванонов – 7 и 4’-гликозиды, (один 5-глюкозид), для флавонолов – исключительно 3-гликозиды (один 5-глюкозид), у изофлавонов-7-гликозиды, для птерокарпанов-3-глюкозиды, у дигидростильбенов - 5-глюкозид, а для С-гликозидов – С-6- и С-8- или 6,8-ди-С-гликозиды.
Монозиды относятся к наиболее простым образованиям гликозидов, исключительно с “бета“-связью с агликоном. Биозиды при одном и том же наборе моносахаров образуют ряды соединений, различаю-щихся порядком связей между сахарами, величиной окисных циклов и конфигурацией гликозидных связей. Например, у халкон-флаваноновых пар: ликуразид-лакрозид связь между апиозой и глюкозой 1→2, в паре изоглаброзид-глаброзид- 1→4, а изоуралозид-уралозид - 1→6. Кстати, в халконах, выде-ленных за рубежом (063, 064) , флаваноне (120), флавоне (184) и изофлавоне (315) связь в биозе между апиозой и глюкозой – 1→2, но у (520) - 1→6. У флавоноловых биозидов связь в биозе в основ-ном 1→6, реже 1→2 с конфигурацией «бета» и только в изомерах (198 и 206) – «бета» и «альфа».
Из главных структурных особенностей флавоноидов солодки следует отметить наличие прени-льных (аллильных) форм заместителей: у флавоноидов (45 %), у изофлавоноидов (65%), у птерокар-паноидов (65%), у представителей других классов –60 соединений, а в общем у более 250 соединений. Все это в определенной мере согласуется с выводами, изложенными в недавнем обзоре по пренилиро-ванным биофлавоноидам, характеризующем в химическом плане в целом семейство бобовых [5]. Поэтому, вероятно, род солодка в этом отношении не является исключением. Подтверждением этому является большая и подробная работа по изопреноидным флавоноидам, выделенным из 5-и видов солодки [178].
Упомянутые выше 2’-гидроксипроизводные изофлавоноидов, являющиеся вероятным источни-ком при циклическом образовании нового гетероцикла между гидроксигруппами В- и С-колец, с образо-ванием уже выделенных птерокарпанов-куместанов. Что потенциально возможно и для образования еще необнаруженных в солодках ротеноидов. Такие вещества могут являться общими для рода, хотя и выделены в основном пока из 2-х видов: с.голой и с.уральской.
Итак, высокий процент выделенных из видов рода солодка и раздельнолодочник флавоноидов –40%, изофлавоноидов - 39%, еще раз подтверждает тезис [4] о том, что около 28 % всех флавоноид-ных и 95 % изофлавоноидных агликоновых структур в растительном мире производится бобовыми.
Переходя к рассмотрению взаимосвязей и различий видов солодки между собой по химическим признакам, следует обратить внимание на то, что проведенное еще в 1955 году Е.А Кругановой [1], разделение видов рода солодка на две секции - настоящие и ложные, в основу которого автор поло-жила кроме филогенетических признаков и химический (по основному тритерпеновому сапонину – глицирризиновой кислоте) и позже по другим тритерпеновым кислотам [141], а в представленном здесь анализе фенольных соединений такое разделение также в некоторых случаях находит свое подтверждение для этих таксонов.
Кратко рассмотрим распределение выделенных фенольных соединений по органам растений в видах двух секций и особенности этого распределения. Такое рассмотрение опирается,как правило, исключи-тельно только на представленный здесь состав соединений, что не может быть абсолютно категорич-ным и адекватным с точки зрения присутствия их в напивном виде в том или ином таксоне.
Халконы
Уже давно, выделенные из с.голой изоликвиритигенин и его глюкозид изоликвиритин, обнаружены только в подземных органах видов настоящих и ложных солодок. Другие халконы обнаружены, напри-мер, пренилированные производные – у с.голой и с.вздутой, а промежуточные соединения биосинтеза – пропан-1,3-дионы (или дибензоилметаны или кето-енольные таутомеры) - только у с.вздутой и недавно у с.голой, в ложных солодках – у с.щетинистой, с. бледноцветковой и с.канальцеплодной. А также два отличных от других халкона : эхинатин (005) и (011), у которых необычны заместители в кольцах А и В.
В кольце А отсутствуют гидроксилы при С-2 -атоме. Авторы, описавшие халкон (011), считают его первым из природных халконов в растениях такого строения [242]. Биозиды халконов – исключительно у 4-х видов настоящих солодок: с.голой, с.уральской,с. Коржинского и с.шиповатой. По два ацилирован-ных монозида и биозида у с.уральской и с.шиповатой. Дигидрохалконы - у ложных солодок: с. щетинис-той, с. бледноцветковой, с. македонской, с. чешуйчатой, а α и β- гидроксидигидрохалконы – только у с. голой.
Все халконовые формы присущи только подземным органам, за исключением изоликвиритигенина и ликохалкона В, которые обнаружены и в надземных органах (они, возможно, выделены из столонов, так называемых подземных стеблей, а не из корней и корневищ). Среди гикозидных форм недавно об-наружены по два ацелированных по 6”-0-ацетилглюкозиды изоликвиритигенина и неоизоликвиритиге-нина и сложных эфира по 5’” - (ферулоил) и 5’” –(4-гидроксициннамоил) у апиозы в биозиде изоликвири-тигенина.
Ауроны
Сравнительно недавно было опубликовано сообщение о выделении из корней (корневых волосков) солодки голой нескольких ауронов и биауронов, которые образуются при циклизации пропанового фрагмента халконов [197,206].
Фаваноны
Ликвиритигенин и его глюкозид ликвиритин - выделены из подземных органов как настоящих, так и ложных солодок. Агликон обнаружен и в надземных органах у с. голой и с. уральской. Некоторые агли-коны: пиноцембрин, нарингенин, глабранин, сигмоидин и ганкаонин Е и другие – только в надземной части у с. голой и с. уральской, а канзонол S – в надземной части у с. канальцеплодной (новый вид из Китая). Монозид ликвиритин обнаружен в подземных органах у всех видов настоящих солодок, а у ложных найден у с.щетинистой, а также с. канальцеплодной (широкоплодной). Остальные гликозидные формы, в том числе и биозиды - только у 3-х видов настоящих солодок: с. голой, с. уральской, с. Коржинского. Единственный цис-изомер флаванонола (фолерогенин) обнаружен в надземной части только у видов настоящих солодок, а выделенный за рубежом 3-гидроксиглаброл – в корнях с. голой. Один ацелированный по 6”-0-ацетилглюкозид ликвиритигенина и 6 сложных эфирных форм ацелиро-ванных биозидов ликвиритигенина.
Флавоны
Распространенный в природе апигенин обнаружен в надземной части всех изученных видов солодки и раздельнолодочника, кроме с. чешуйчатой (вид не изучался ввиду отсутствия такового в нашем распоряжении).
Генкванин, ганкаонины О и Q, куванон S - найдены в надземной части с. голой и с. уральской, а другие флавоны в надземной части других видов. Хотя ликофлавоны В и С, пренилликофлавон - найдены и в корнях с. вздутой или в культуре корневой ткани у с. щетинистой, что необычно для флавонов солодки.
С-гликозидные формы обнаружены только у флавонов. Причем, моно-С-глюкозиды - только в надзем-ной части двух видов: с. голой и с. уральской, а такой С-глюкозид – фолерозид еще и у 4-х видов лож-ных солодок. С-Дигликозиды, например, виолантин – в корнях у с. щетинистой. Ацилированный произ-водной глутаровой кислоты ди-С-гликозид (168) из корней с. широкоплодной – пока единственно выделенное такого рода соединение.
У нас (ГНЦЛС) подробно изучалось явление ротационной изомерии с выделением пар изомеров С-гликозидов: син -и анти-изомеров гликофлавоноидов [88,140].
Недавно выделены из корней с. шиповатой пока единственный апиоглюкозид флавона. и две ацилированные глюкуроновой кислотой гликозидные формы - глихиониды А и В (155,156)..
Флавонолы
Кемпферол и кверцетин, широко известные среди природных флавонолов, обнаружены в надзем-ной части у большинства видов солодки и раздельнолодочника. Хотя ряд их метокси-производных вы-делены из коры корней с. голой и с. уральской. Гликозидные формы флавонолов разнообразны по мно-гим параметрам: по набору углеводных остатков, моно-и биозиды с «альфа» и «бета» (α и β) связями между сахарами и агликонами. Они выделены в основном только из надземной части почти у всех ви-дов солодки и раздельнолодочника.
Изофлавоноиды
Эта группа природных флавоноидов представлена почти исключительно агликоновыми формами, выделенными из подземных и очень редко из надземных органов видов настоящих и ложных солодок.
Внутри подгруппы классы изофлавоноидов распределены: изофлаваноны, изофлавоны (формо-нонетин), изофлаваны (веститол) - обнаружены в видах настоящих и ложных солодок. Остальные пред-ставители классов изофлавоноидов - только в видах настоящих солодок. Изофлавоноиды солодок ве-сьма разнообразны по своей химической структуре и количеству соединений: изофлаваноны -18, изо-флавоны -92, изофлаваны -43, изофлавены -6, 3-арилкумарины -15, птерокарпаны -24 и куместаны -14.
Выделено пока всего 20 О-гликозидов: 15 в классе изофлавонов, 1 в классе изофлаванов и 4 в классе птерокарпанов, в том числе один ацилированный.
Соединения других классов
Из подгруппы бифлавоноидов и ряда бихалкалоидов обнаружены только три соединения: в кор- нях с. щетинистой - димер-халконы А и В (473,474) и недавно в корнях с. уральской из Китая – нео-бычный ликобихалкон (475). По мнению авторов-исследователей, это соединение, состоящие из двух молекул ликохалкона В, связанных -С-С- связью между пропановыми фрагментами халкона-дигидро-халкона с образованием дополнительного шестичленного цикла. Тогда как у выделенных нами димер-халконах А и В халконовые фрагменты связаны между собой тоже –С-С-связью, но аромати-ческими кольцами. Выделенные биауроны связаны между собой тоже –С-С-связью В- и С- кольцами и другими кольцами (476,477). Кстати, в последнее время в литературе все чаще встречаются сооб-щения о выделении различных бифлавоноидов из растительных объектов. По-видимому, в роде солодка такие соединения тоже не являются исключением.
Определенный интерес представляют, так называемые бибензилы: дигидростильбены – 17 веществ из надземных частей солодок: голой, уральской, вздутой и чешуйчатой и стильбены- 14 веществ, последние выделены только из корней с.желтоватой, а также бензофураны -12 веществ.
Из классов веществ-предшественников в биосинтезе основных соединений и обособленных классов следует отметить в порядке усложнения их структур прежде всего: простые бензолы и фено-лы, их производные, фенолокислоты и фенолоэфиры из корней с. голой и два их гликозида из корней с. уральской (527,528), четыре из корневых волосков с.голой (529-532).
Интересны необычные производные пренилированного резорцина из листьев и верхушек веточек с.иглоплодной, идентичных по структуре соединениям, выделяемых из конопли (487-489 и 496-498).
Из этилфлавоноидов – недавно выделены три ацетофенона, а из фенилпропаноидов – окси-коричные кислоты, простые и фуранокумарины в траве с. голой. Из усложненных по структуре гете-роциклов – дигидрофенантрены из надземной части с. уральской, и дигидростильбены из надземной части с. голой, а также c.голой, культивируемой в Сицилии (Италия), с. уральской и с. чешуйчатой.
Любопытны выделенные недавно японскими учеными из подземных органов солодки желтовaтой разнообразные по структуре стильбены (447-460) [195].
Весьма интересна, отнесенная к отдельному классу смесь необычных этерифицированных нео-лигнанов с длинными цепочками липидных эфиров из жирных кислот и спиртов (533-535) [210].
Несмотря на трудности в хроматографической идентификации, они структурно вполне были оха-рактеризованы, с использованием спектральных и химических методов. HRESI-TOF-масс спектр исход-ной смеси показал три ионных пика натриевых солей молекул состава С61Н100О8 Na, С63Н104О8 Na и С65Н108О8 Na, представляющих этот конгломерат- определенный смесью 3-х соединений с эфирными единицами имеющими дифференцирующие по длине цепочки жирных кислот.
В подтверждение длинных цепочек жирных кислот и единиц спирта проведен ступенчатый гид-ролиз (см. рис.14).
При ступенчатом гидролизе компонентов смеси с последующей очисткой и выделением на силикагеле продуктов гидролиза с установлением их химического состава. Первая ступень гидролиза смеси (А) раствором карбоната калия в смеси растворителей (хлороформ-метанол-вода) - выделены соединения “а” и “b”. Установлено, что “a” – метиловый эфир докосаноиковой кислоты (С23 Н46 О2) и метиловый эфир лигноцериковой кислоты (С25 Н50 О2). При второй ступени гидролиза “b” раствором гидрооксида калия в смеси тех же растворителей – выделено конечное соединение “c”. При GC-MS -анализе этого соедине-ния (спирта), установлено два пика, которые были идентифицированы как, эфирные компоненты- 1-эйкосанол (С20 ) и 1-докосанол (С22 ), соответственно.
Тщательный анализ молекулярных ионов этого комплекса соединений и GC-MS данные эфиров жирных кислот и спиртов привели к окончательному выводу по этой смеси (А), вклющающей в себя ядра 3-х молекул неолигнана с С22 жирной кислотой и С20 спиртом, С22 жирной кислотой и С22 спиртом и С24 жирной кислотой и С22 спиртом в соотношении 11:33:6, соответственно. НВМС - спектром была установлена финальная структура полулигнана (неолигнана), как (3-метокси-4,9-дигидрокси-7,3’-эпокси-8,4’-оксинеолигн-7’-ен-9’-овая кислота).
По мнению авторов этого сообщения, неолигнанлипидные эфиры такого типа прежде не появлялись среди природных продуктов и это первое сообщение об идентификации такого лигнана у солодки.
Биосинтетические особенности образования фенольных соединений
За последние 15-25 лет появилась большая серия работ по выделению из видов рода солодка так называемых „минорных" фенольных соединений. Минорные соединения - это соединения, выделя-емые из растительного материала в очень малом количестве - в сотых или в тысячных долях процента от массы сухого сырья (это отражает их малое содержание в растении). Как правило, эти соединения с необычной химической структурой, содержащие метильные, пренильные, хромановые заместители в основном ядре соединений. Такие соединения прослеживаются по всей биохимиче-ской цепочке - от простых фенолов до сложных соединений.
Привлекает также внимание выделение, так называемых, „ретрофлавоноидов".
Обычные „мажорные" соединения - это соединения, образующиеся по общепринятым биосинте-тическим схемам и характеризующиеся довольно высоким содержанием (до нескольких процентов) в растительном материале. Для видов солодки это соединения флавоноидной природы, которые четко распределены по органам растений. Так, в подземных органах (корни, корневища, столоны) это - 5-дезокси (5-дегидрокси) производные халконов-флаванонов с переходом к 5-окси (5-гидрокси) замещенным флавонам, флавонолам в надземной части (или отдельно в стеблях, листьях, цветках) [40,155, 138].
Кратко рассмотрим особенности биохимических схем их образования в растениях солодки.
С точки зрения общепринятых путей биосинтеза фенольных соединений, выделяемых из солодок, по их химическим группам они кратко охарактеризованы гипотетической схемой, составленной нами на основе работ [7,8] и представленной на рисунке 13 .
Традиционный путь биосинтеза флавоноидов представлен схемой (см. рис.4)
Особый интерес и внимание привлекают схемы биосинтеза ретрофлавоноидов солодки.
Так, интересна серия работ японских исследователей по выделению, установлению химической структуры, биосинтезу и встречному синтезу такого известного „ретрохалкона", как эхинатин [41]. Это первый природный халкон с заместителями у С-2' и С-4' кольца-В и отсутствием гидроксигрупп у С-2 и С-6 кольца А. Затем [145] был прослежен биосинтетический путь образования эхинатина с помощью введения радиоактивных меток-маркеров в предшественники: у С-1 и С-3 остатков коричной кислоты и у С-3', 5' изоликвиритигенина.
При этом установлено появление в субстрате как обычного халкона - изоликвиритигенина, так и его изомера - эхинатина, кольцо-А которого произошло как бы из кольца- В изоликвиритигенина путем миг-рации карбонильной группы, смотри схему (рис. 5).
Наряду с эхинатином было выделено новое дибензоилметановое производное, названное ликодио-ном [55]. Особенностью ликодиона является катализируемая слабыми кислотами (или энзимами) легкая способность к циклизации с последующей дегидратацией в 7,4'-диоксифлавон. Что касается образова-ния ликодиона [84], то было высказано предположение, что в растительной клетке он может быть синте-зирован прямо из изоликвиритигенина путем окисления халкона с образованием промежуточных про-дуктов - эпоксида или пероксида. Эти же авторы рассматривают также возможность образования 2-оксифлаваноновой структуры путем гидратации двойной связи С-2→С-3 у 7,4'-диоксифлавонола, при которой образуется промежуточный дибензоилметан, см. схемы (рис. 6-7).
Кроме того, выделен целый ряд дибензоилметановых соединений, т.е. пропан-1,3-дионов, которые образуют кето-енольные таутомерные формы ( α-и-β-дионхалконы и β- гидроксихалконы) . Например, канзонол А образует равновесную смесь при соотношении кето-енольных таутомеров около 2:3 [215], где соответствующее соотношение глицирдиона А и В около 2:1 [56].
Японские ученые детально изучили ход биосинтеза эхинатина и обычного флавоноида -
изофлавона формононетина [144].
На рис. 8 представлена схема биосинтеза ретрохалкона и „обычных" флавоноидов в культуре клеток корней солодки щетинистой по данным этих авторов. По этой схеме по сравнению с халконом (4) необычна схема образования „ретрохалкона" эхинатина (1), в котором кольцо - А формируется из цин-намильного фрагмента, а кольцо - В образуется по ацетатно-малонатному пути. Халкон (4) способен к циклизации во флаванон (3) и параллельно при гидратации дает C-2-гидроксифлаванон – промежуточ-ное соединение, переходящее в 7,4'-диоксифлавон (5) или в новое промежуточное дибензоилметано-вое соединение - ликодион (2). Последнее соединение при C-2'-метилировании и последующем вос-становлении 1-кетогруппы способно к превращению в гипотетический кетоспирт (7), который, по-види-мому, после заключительной дегидратации приводит к эхинатину (1). Авторам указанного сообщения удалось проследить эти пути с помощью введения различных радиоактивных меток в исходные сое-динения, а также в результате обработки нескольких клеточных линий в культуре тканей с. щетинистой сильным мутагеном N-метил-N ‘-нитро-N-нитрозо-гуанидином. При этом были получены две серии веществ: М-1 и М-2. Смесь М-1 - желтая, преимущественно содержит эхинатин (1) и флавон (5); смесь М-2 – бесцветная, богата формононетином (3), но харатеризуется низким содержанием эхинатина (1) и флавона (5). Щелочное расщепление эхинатина (1), помеченного изотопом 14C по карбонильной группе, приво-дит к альдегиду (9), преимущественно содержащему радиоактивную метку. Этот факт является главным доказательством предлагаемой схемы биосинтеза „обычных" и ретрохалконов. Перечисленные особенности позволяют предположить, что ретрохалконы и флавоны биосинтетически тесно связаны, в то время как изофлавоновый путь отделяется на ранней стадии биосинтеза по прос-той схеме: халкон → изофлавон. Тем самым, была установлена необычность пути биосинтеза флаво-ноидов у бобовых, и в частности, у представителей рода солодка.
Однако нам кажется, все же более вероятным путь образования „ретрохалконов" как своеобраз-ный „искаженный тип биосинтеза" через 2-оксифлаваноновую – дибензоилметановую форму с превра-щением в различные 2'-замещенные халконы.
В последнее время из ряда видов солодки выделены фенольные соединения с пренильными (аллильными) заместителями. В слабокислой среде (или под действием энзимов) у них происходит образование диметилхромановых колец за счет фенольных гидроксилов, расположенных в С-2-положениях относительно пренильных радикалов. Обнаружение таких соединений в растительном материале в нативном состоянии спорно, так как они могут быть артефактами, возникающими при вы-делении соединений из этого материала, например, схема (см. рис. 9). Весьма показательна и инте-ресна схема перехода выделенного из солодки изофлавена глабрена в птерокарпан (см. рис.10).
Остановимся более подробно на этих отличиях (в их сопоставлениях и сравнениях) по видам растений.
Например, пока только (в основном) в видах ложных солодок обнаружены: дигидрохалконы (048, 049), димер-хаконы А и В (473,474) и такой распространенный ретрохалкон – эхинатин (005), изомер изоликвиритигенина, а α и β – гидроксидигидролхалконы - в корнях с.голой (050, 070,071).
Недавно выделен необычный ликобихалкон (475) из корней с. уральской, выращиваемой во Внутренней Монголии Китая и некоторые другие соединения, в том числе и эхинатин [168]. Авторы этой работы приводят гипотетическую схему биосинтеза образования ликобихалкона из ликохалкона В (см. рис.11).
Интересно сообщение о выделении из культуры волосков корней с. голой эхинатина, афромозина, канзонола D, одоратина, фазеола и новых пренильных биауронов – ликоагрона и ликоагродина (476, 477), ранее не выделяемых из обычной массы взрослых корней с. голой [197,206]. По-видимому, эти соединения из начальной фазы общего биосинтеза, а биаурон (477) – одна из трансформаций халкона (изоликвиритигенина), смотри схему биосинтеза (рис.12) [206].
Рекомбинантный мутант с.голой (культура клеточной ткани) продуцирует хроменоизофлавоны (304,
305) и ганкаонин С (283). Культурой ткани корня с.голой продуцируются нетипичные для нативного растения производные дибензоилметана и димерные биауроны. Обработка клонов корней с.голой с помощью Agrobacterium rhizogenes позволила получить культуру, продуцирующую халконы , отличаю-щиеся по структуре от соединений этого типа, выделенных из нативного растения (015,016,017,023, 026,027). В Украине также проверяли действие Ri-плазмид, выделяемых из Agrobacterium stains на выход вторичных метаболитов (фенольных соединений и глицирризина) из культуры клеток корней с.голой и с.уральской [214].
Из корневых волосков с.бледноцветной выделены соединения (286,287), представленные как “агросоединения“, нехарактерные для нативных взрослых растений [119].
Авторы этих работ приводят интересные гипотетические схемы путей образования этих соединений [119,206]. Отмечают, что изучали химический состав культуры корневых волосков пяти видов солод-ки: голой, уральской, шиповатой, широкоплодной и бледноцветной [119].
Следует заметить, что фенольные метаболиты с.уральской отличаются большим, чем у с.голой, разнообразием структурных типов и выше по общему содержанию фенольных соединений.
Наше раннее утверждение о наличии такой распространенной пары соединений изоликвирити-генин-ликвиритигенин (002, 074) и их гликозидных форм только в видах настоящих солодок в послед-нее время не нашло своего подтверждения – эти соединения обнаружены в видах ложных солодок, кроме видов раздельнолодочника.
По-видимому, ряд минорных соединений и ретросоединений, выделенных из солодок, являются фрагментами в общей цепи биосинтеза фенольных (флавоноидных) соединений и присущи для всех видов. Подобное явление выявлено при выделении минорных тритерпеноидов из корней с. ура-льской, агликоновой частью этих соединений служит не глицирретиновая кислота, а другие производ-ные олеананового ряда [141].
Итак, теперь между видами солодок обнаруживается больше общих химических признаков, чем прослеживалось ранее. Общими для видов солодок двух секций и видов раздельнолодочника могут служить некоторые, так называемые, химические вещества-маркеры, представленные в данном сооб-щении. С некоторой долей допущения и по использованной нами биохимической классификации для рядов и классов соединений общими для видов рода солодка могут быть: например, в ряду халкано-идов - изоликвиритигенин (002), изоликвиритин (052) и ликодион (034), в ряду флаваноидов – ликвиритин (109), в ряду изофлавоноидов - формононетин (239) и некоторые другие.
Важной биосинтетической особенностью таксонов солодки является обнаружение ретрохалкона эхинатина (005) - изомера изоликвиритигенина и других ретросоединений, а также промежуточных продуктов биосинтеза – пропан-1,3-дионов (дибензоилметанов) (034-046).
В начале таких исследований эти соединения были обнаружены только в корнях (культура тканей корней) с. щетинистой, а в последнее время и в видах настоящих солодок - с. голая, с. вздутая. Кстати, ликодион является, по-видимому, в какой-то мере единым промежуточным продуктом в об-щей цепи биосинтеза флавоноидов и не только у солодки, а, например, и у люцерны, что еще раз подчеркивает вероятную биохимическую общность среди таксонов семейства бобовых [146].
В ряду флаваноидов таких объединяющих веществ-маркеров еще больше. Так, в классе флава-нонов - это ликвиритигенин (074), ликвиритин (109), у флавонов - апигенин (137), а у С-гликозидов, например, изовиолантин (164) и виценин-2 (167), у флавонолов – кемпферол (170) и кверцетин (174), из гликозидов – астрагалин (194), никотифлорин (197), изокверцитрин (203), рутин (205) и некоторые другие.
В подгруппе изофлавоноидов, интенсивно изучаемых в последнее время, вещества-маркеры, являющиеся общими хемотаксономическими признаками бобовых, в видах солодки также находят свои объединяющие тенденции. Так, в наиболее представительном из изофлавоноидов классе изофлавонов – это формононетин (239) и его гликозид ононин (313), среди изофлаванов – веститол (327). Тогда как представители других классов изофлавоноидов выделены пока всего из одного, реже сразу из трех видов, и поэтому с достоверностью нельзя судить о наличии или отсутствии их в расте-ниях других видов. Однако, некоторые вещества могли бы служить общими отличительными марке-рами-признаками для рода солодки.
Например, 2-метилизофлавоны (308-312) с удлиненным до бутанового пропановым фрагмен-том, из которых, по-видимому, могут образоваться вещества своеобразного ряда гомоизофлаво-ноидов, например, недавно выделенный гомоизофлаванон - ганкаонин К (429).
Далее, ретросоединения с 2’-замещением в кольце-В, могут служить показателем особого био-генетического пути у некоторых видов солодки: например, с. голой, произрастающей в Индии, [111] или у с.вздутой в пренилированных халконах (ликохалконы А-Е) [51].
Нами отмечается наличие в подземных органах изученных таксонов, преимущественно (по кольцу–В) производных В – замещенных флавоноидов и изофлавоноидов, а в надземной части поровну В-замещенных и В-незамещенных только у флаванонов и флавонов, с переходом к В-замещенным у остальных классов фенольных соединений, выделяемых из всех органов растений.
Итак, констатировать четкое хемотаксономическое разделение между видами солодок двух секций на основании имеющихся материалов, вероятно, нельзя и, напротив, приведенные выше соединения являются общими для большинства видов. В данном сообщении приведены сведения обо всех 5-и видах, отнесенных к секции настоящих солодок, а из видов ложных солодок у нас пол-ностью отсутствуют данные о с. иглоплодной и с. астрагаловидной, хотя, по некоторым косвенным источникам литературы, они тоже изучались [27,169].
Недавно появились сведения о новых видах солодки, обнаруженных в Китае – с. юннанская и с. широкоплодная (канальцеплодная) и другие виды (в России) - возможно, это всего лишь гибриды или расы (формы) уже известных, или новые виды - около 8, а в мировой флоре счет видов уже доходит до 30 и более [46, 59, 92, 182, 185]. Необходимы аргументированные результаты исследований.
Этот факт подтверждает суждение в пользу явления полиморфизма у солодок [147-149].
Поэтому, на наш взгляд, для химического скрининга (одновременного изучения) следовало бы отбирать точно систематизированный по видовому составу рабочий растительный материал, а не просто “коммерческие образцы”. Кстати, для уточнения химической структуры ряда выделенных фенольных соединений солодки помимо использования современных физико-химических и инстру-ментальных методов [150-152], исследователи прибегают к методам встречного синтеза [153,154] и биосинтетического анализа получаемых результатов [6,8].
Так, недавно проведен встречный синтез ликохалкона Е и его регио-(транс-) изомера ликохал-кона F, который отличается от природного ликохалкона Е только местоположением пренильного (α,β-диметилаллильного) заместителя и транс-структурой [202,202a,b],смотри последние работы, при-веденные в [202а], а также другие работы [119,206,207]
Из наиболее изученных видов в секции настоящих солодок следует отметить безусловных лиде-ров – с. голую, с. уральскую, с. Коржинского. Достаточно интенсивно в последнее время изучаются с. вздутая и с. шероховатая (шиповатая). В секции ложных солодок таковыми являются – с. щетинис-тая, с. бледноцветковая, с. македонская, с. чешуйчатая (“американcкая солодка”), в меньшей степени – с. чешуйковатая, с. дурнопахнущая и некоторые другие (виды из Китая).
Виды раздельнолодочника изучались исключительно только в СНГ (СССР).
Обобщения
Завершая краткое рассмотрение химических и биосинтетических особенностей фенольных соединений обоих родов, можно сделать ряд интересных обобщений:
На примере приведенных фенольных соединений, выделенных из солодок более убедительно
представляется действие как закона множественности, а также и связи метаболизма с филогенети-ческим статусом растений. По сравнению с общим количеством тритерпеноидов флавоноиды солодки значительно объемнее и разнообразнее и на этом основании у исследователей появляется возмож-ность более детального рассмотрения действия этих законов на примере солодок.
Все это, в определенной мере, способствует более полному пониманию биохимических процессов образования химических структур и в конечном итоге усиливает фармакологический вес солодки, как лекарственного растительного сырья.
Приведенные обобщенные результаты по фенольным соединениям солодки укрепляют мысль о связи метаболизма и филогенетического статуса, а также подтверждают тезис о том, что эволюционно более древние виды солодки обнаруживают сдвиг своего метаболизма в сторону специализированного (отличающегося) обмена веществ (например, у ретросоединений и части минорных соединений).
Все вышесказанное еще раз подтверждает обоснованность повышенного интереса и перспекти-ву продолжения углубленного и всестороннего изучения химического состава фенольных соединений у видов небольших родов солодка и раздельнолодочника из семейства бобовых.
Хемосистематика солодки и раздельнолодочника (по флавоноидам)
Предлагаемый вниманию читателей материал - это всего лишь попытка сбора и системати-зация определенных разрозненных данных, а также некоторые собственные небольшие приклад-ного характера изыскания, несомненную возможность использования всего набора выделенных и представленных фенольных соединений для проведения хемосистематики, все же отнюдь не-претендующий на полноту и абсолютность.
Ранее начатые у нас фрагментарные работы по хемосистематике родов солодка и раздель-нолодочник с использованием выделенных флавоноидов в качестве хемопризнаков [37,138,155, 156] и известные нам общие сведения в целом по семейству бобовых [4, 5, 6] –показывают перспективность и обоснованность таких исследований.
К тому же, сравнительно небольшой видовой состав этих двух родов и возможное рассмот-рение особенностей химического состава других классов соединений, например, тритерпеноидов [161] – все это позволило бы обобщить и более конкретизировать весь материал по хемосистема-тике этих близких родов.
В плане прикладной хемосистематики можно упомянуть, например, разработанные нами мето-дики дифференциального качественного и количественного анализа флавоноидного состава (по халконам, 7- и 4’-гликозидам халконов и флаванонов [138, 244]. Используя разработанные методы дифференциальной УФ-спектрофотометрии, хроматографии на бумаге и известные методы нуме-рической таксономии, нами проведен хеморесурсоведческий анализ на образцах подземных орга-нов трех промышленно заготовляемых видах солодки из различных популяций (70 образцов из 7 популяций отечественной и зарубежной флоры).
Полученные результаты послужили основанием по распределению отдельных флавоноидов и их групп (12 веществ флавоноидной природы: классов флаванонов и халконов) в образцах изучен-ных таксонов и построения дендрограмм сходства и различия по химическим признакам. Это позво-лило провести меж - и -внутрипопуляционный анализ на уровне вида и выявить определенные межвидовые и внутривидовые отличия в трех видах солодки ( с.голой, с. уральской и с. Коржин-ского) по флавоноидному составу [138,155,156].
Итогом этих работ стало возможным обнаружение различия суммарного количественного содержания между 7- и 4’-гликозидами халконов-флаванонов в образцах популяций из западных и восточных районов ареала с. голой (уральской) и сделать практические рекомендации по исполь-зованию этих видов для производства конкретных флавоноидных препаратов-субстанций (напри-мер, субстанция ликвиритина из сырья с.уральской, заготовленного в районах Западной Сибири, Восточного Казахстана, Алтая, Бурятии и Монголии). .
Полученный нами результат находит свое зримое подтверждение при сравнительном рассмот-рении данных количественного и качественного анализа флавоноидов из подземных органов с. голой, собранной в провинции Хиньянь (Китай) и с.уральской, приведенных в работах зарубежных исследователей [49,64].
Следует заметить, что даже в одном виде растения находят различие в химическом составе в зависимости от места (обитания) сбора. Так, например, отличают два типа с. голой из Турции, в провинции Анатолии: с западного побережья и в середине или на востоке, из листьев которых в западных образцах выделен (обнаружен) вигтеон, а в восточных - люпивигтеон [189].
Всё же пока, несмотря на наличие обширного фактического материала, скорее проссматри-вается определенная тенденция хемотаксономического родства между различными видами этих родов, нежели их различия, хотя и они имеют место. Для однозначного ответа (исключения оши-бок), на наш взгляд, все-таки надо выполнить ряд непременных общих требований: следовало бы собирать четко систематизированный по видовому составу, местам сбора (ареалам) и другим общим показателям гербарно-сырьевой материал. На основе его можно было бы провести одно-временно всеобъемлющий скрининг сразу всех видов по выбранным веществам-маркерам, опреде-ляющим хемосистематические признаки и с помощью современных (инструментально-генетиче-ских) методов провести более подробную и достоверную хемосистематику этих двух близких родов семейства бобовых.
Так, заслуживает определенного внимания работа по использованию набора выделяемых из корней с.бледноцветковой различных флавоноидов и изофлавоноидов, значимых в хемосисте-матике, как этого вида, так и близких между собой с.щетинистой и с.вздутой , а также дискусси-руется значение ретрохалконов в хемотаксономии видов секций Echinatae и Bucharicae в роде Glycyrrhiza [212]. Например, при количественном анализе выделяемых 12 флавоноидов и по ним уже установили видовую принадлежность с.голой и с.уральской [237].
В качестве необходимости такого подхода, на наш взгляд, обращает на себя внимание недав-но опубликованная пионерская работа японских исследователей [101]. В ней прослежена филогене-тическая связь шести видов солодки на основе сравнения нуклеотидных последовательностей генов хлоропластов для большой подгруппы рибулоза-1,5-бифосфат карбоксилазы / оксигеназы (rbcL) и обнаруживаемых с помощью ВЭЖХ в образцах корней и листьев изученных таксонов химических компонентов. Образцы растительного материала 6 видов солодки были выращены на коллекционном участке фармацевтического колледжа в г. Ниигате и авторами разделены на две группы. Три вида – с. голая, с. уральская и с. вздутая – вырабатывающие в корнях основной сапо-нин глицирризин и три вида - с. щетинистая, с. македонская и с. бледноцветковая – вырабатыва-ющие в корнях основной сапонин македонозид С (диглюкуронид мацедониковой кислоты). В качестве химических компонентов-маркеров авторы избрали флавоноидные компоненты. Для корней: халкон (ликохалкон А), изофлаван (глабранин) и 3-арилкумарин (глицикумарин), а для листьев: С-гликозиды (виценин-2 и шафтазид), моногликозиды флавонолов (астрагалин, изоквер-цитрин, кактицин) и биозиды флавонолов (никотифлорин, рамногалактозид кемпферола, рутин, нарциссин), агликонами которых служат кемпферол, кверцетин и изорамнетин.
В результате филогенетических и химических сравнений авторами было установлено, что филогенетическая связь, выявленная на основе последовательностей (rbcL), соответствует сходству в их химическом составе. Последовательность (rbcL) является хорошим маркером для идентификации видов солодки, не вырабатывающих глицирризин. Хотя и трудно различить отдельные линии (подвиды), производящие глицирризин с помощью этой последовательности, поскольку она очень мало отличается у всех них. Тем не менее, авторы установили близкое родство между собой с. уральской и с. вздутой, а также с. щетинистой и с. македонской.
Недавно подобную углубленную работу провели японские ученые с использованием маркеров флавоноидов и сапонинов (тритерпеноидов) для образцов с. голой и с. уральской, а также солодок щетинистой, македонской и бледноцветковой и, используя последовательности (rbcL), уточнили филогенетические типы изученных видов солодок [195].
Продолжая такие исследования с североамериканским видом с. чешуйчатой, установили с помощью последовательностей (rbcL) и с применением маркеров-флавоноидов: пиноцембрина, глабранина и стильбенов, а также сапонинов: ГК, мацедонозидов А и С и ликорицы-сапонина Н2, выделенных из этого вида, что этот вид, по-видимому, является интермедиальным (промежу-точным) между настоящими и ложными солодками [181].
Это, на наш взгляд, еще раз подтверждает обоснованность необходимости разделения рода солодки на две секции: настоящие и ложные, а может быть и более дифференцированное разде-ление в этом плане (см.например, работы В.П.Гранкиной и др. авторов).
В недавно опубликованных совместных работах японских и казахских исследователей на образцах с. голой и с. уральской, собранных в районах южного Казахстана с использованием тех же последовательностей (rbcL) в хлоропластах листьев и с применением маркеров-флавонои- дов: пиноцембрина, изокверцитрина, рутина и ликофлаванона установлены интермедиальные типы среди этих видов солодок [162]. Для уточнения интермедиальных типов среди этих двух видов использовали как вновь выделенные соединения (ликолеафол и уралстильбен), так и “старые”, известные (пиноцембрин, нарингенин, 6-и 8-пренилэриодиктиолы, софорафлаванон В, ганкаонины R и D, глабранин и др.). Установили, что для интермедиальных типов, примыкающих к с.голой характерными являются соединения: нарингенин, ликофлаванон и глабранин, а для примыкающих к с.уральской: ликолеафол, 6-и 8-пренилэриодиктиолы и уралстильбен [166].
Немного позже японские и узбекские исследователи привели данные по образцам G.glabra: var.glabra и var.glandulifera, собранных в Узбекистанe, и для примера-сравнения по образцам из Казахстана, а также из Италии, Испании и Турции с выделением из листьев ряда флавоноидов. В качестве веществ-маркеров использовали два гликозида флавонола: рутин и изокверцитрин. Авторы связали морфологию плода солодки с преимущественным содержанием рутина или изокверцитрина в образцах, отнеся их к типу-рутина или типу-изокверцитрина. Установили, что образцы узбекской с. глабра относятся исключительно к типу-рутина, а с. гландулифера – к типу-изокверцитрина, в то же время оба подвида из Казахстана – к типу-рутина, а из Италии, Испании и Турции с. голая – к типу-изокверцитрина [167].
Интересен методический подход исследования при дифференциальном анализе солодкового сырья – корней (с. уральской и с. вздутой из Китая) с технологическим получением отдельно фрак-ций: флавоноидов агликонов и гликозидов (образец А), а также сапонинов (образец В). С помощью методов ВЭЖХ количественно определены отдельные вещества (компоненты), находящиеся в подготовленных образцах А и В, полученных отдельно из коры и ксилемы корней с. уральской.
Установлено, что флавоноидные гликозиды (6 соединений) в коре и ксилеме находятся в соотношении 1:5 и в суммарном количестве до 3 %, тогда как агликоны (6 соединений - халконы, куместаны и птерокарпаны) содержатся исключительно в коре до 1,5 %, а в ксилеме - в следовых количествах. Количественно проанализированы (оценены) 9 из 15 сапононов-гликозидов с содер-жанием в коре и ксилеме в соотношении 1:2 и общей суммой до 5 % [186].
Следует отметить и одну из немногих отечественных работ по локализации в тканях под-земных органов с. уральской суммы флавоноидов (без их конкретизации по соединениям), про-веденную с использованием ликуразида-стандарта для количественной оценки фотоколометри-ческим методом в сравнении с результатами люминесцентно-микроскопического и гистохими-ческого исследования корней и столонов [196].
Так, с помощью выделяемых флавоноидов была в определенной мере установлена локали-зация и накопление веществ по морфологическим органам растения. Где, большая часть глабри-дина, пренильных флавоноидов была обнаружена исключительно в коре и распадающейся (гни-ющей) части растущих корней. Бòльшее количество флавоноидных гликозидов, ликвиритигенин-изоликвиритигениновых гликозидов было распределено в древесинной части растущих корней. С другой стороны, бòльшее количество флавоноидов, таких как пиноцембрин и ликофлаванон при-сутствуют в наружной части поверхности молодых листьев, тогда как изокверцитрин, общий флаво-ноловый гликозид, был обнаружен внутри паренхимы листа. В культуре клеточного продуцента с. голой не обнаружено такого количества: глабридина, пиноцембрина, ликофлаванола и других выше перечисленных соединений, но продуцируeтся формононетин, изофлавоноид, который превалирует в растениях сем. бобовых, в подземных и надземных живущих (органах) частях с. голой [191].
Предварительные исследования в этом плане были проведены и нами [138].
Так, исследовали молекулярную и биохимическую характеристику 2-гидроксиизофлаванон дегид-ратазы при биосинтезе изофлавонов у бобовых, на примере специфики их у сои и с.щетинистой. Полученные данные представляют интересный пример познания набора ферментов первичного метаболизма и их действия на течение молекулярной эволюции вторичного метаболизма у расте-ния [207].
Также стало возможным, например, с помощью довольно быстрого анализа образцов выращи-ваемого сырья растений 3-х видов (с. голой, с. уральской и с. вздутой) проследить накопление флавоноидов в корнях по пяти месяцам вегетации. В качестве веществ - маркеров использовали: ликохалкон А, ликуразид, инфлакумарин А и ликвиритин и специально приготовленные извлечения из сырья, с использованием метода определения – микроэмульсионной тонкослойной хромато-графии (МЭ-ТСХ или ME-TLC) [192]. Так, проведено сравнительное обследование корней солодки (ресурсы из Монголии) с помощью их химической оценки подземных частей с.уральской и сравне-ние с солодковым корнем из Китая [201].
Из всех приведенных примеров вытекает очевидный вывод - ботаническая систематика уже не может обойтись без привлечения данных по химическому составу БАВ. Только корреляция между собой получаемых данных по ботанике (морфологии), биосинтезу, химической структуре выделяе-мых соединений и других методов анализа возможно более полно охарактеризовать видовой ста-тус растения и его биологическую (фармакологическую) принадлежность.
Приведенные выше фрагментарные данные, по-видимому, обязывают исследователей следо-вать такому принципу.
О постоянном интересе исследователей к солодке говорит хотя бы и тот факт, что нами собран и частично опубликован обзорный материал по использованию солодки в мировой практике на базе анализа охранных (патентных) документов на глубину основных последних 70 лет, и насчи-тывающий свыше 4180 источников информации, где на долю фенольных соединений приходится лишь около 275 источников [157,158,243]
Разнообразно медицинское применение солодки и препаратов из нее, в котором солодка вышла на первое место среди цветковых растений [68]. Она нашла свое применение порядка в 12-и фар-мако-терапевтических группах для профилактики и лечения различных заболеваний [159,160]. Исследованы многие аспекты биологической активности ряда флавоноидов, например, в последних работах зарубежных авторов [21,48,163, 164, 193, 194].
В ГП ГНЦЛС накоплен определенный опыт по изучению солодки, что позволило разрабо-тать технологии получения и предложить медицинской промышленности несколько оригинальных флавоноидных препаратов (таблетки ликвиритона, гранулы флакарбина, капсулы лавалона, выделение ликвиритина, ликвиритигенина, ликуразида) [170] Ряд других препаратов из солодки выпускается или выпускался фармацевтической промышленностью, например, в странах СНГ [165,244,245].
Общие выводы
Из около 30 видов рода солодка и 3-х видов рода раздельнолодочника мировой флоры [178, 185] в обзоре представлены и обобщены данные по 11 видам первого рода, кроме видов с. иглоплодная (частично), с. желтоватая (частично) и с. астрагаловидная и других новых, еще химически неизучен-ных видов. А также 2-х видов второго рода, кроме вида р. малоцветкового. И по 2-м новым видам из Китая (с. юннанская и с. канальцеплодная) – всего 17 видам.
В результате исследований, проведенных фитохимиками бывшего СССР (стран СНГ), Японии, Китая, Индии и других стран, выделено и охарактеризовано, а нами представлено 535 индивидуа-льных соединений фенольной природы.
Впервые, согласно биохимической классификации природных флавоноидов, эти вещества нами сгруппированы и отнесены к 4 подгруппам, 7 рядам и 36 классам. Построены и представлены гистограммы распределения приведенных веществ по подгруппам, рядам и классам как элементам данной классификации. Описанные и приведенные соединения нами систематизированы в рамках биохимической классификации, сведены в таблицу и определены химические вещества-маркеры для предварительного хемосистематического анализа.
Предпринята скромная попытка проведения сравнительного хемосистематического анализа изученных таксонов на основании построенных гистограмм распределения порядков замещения в ядре главных структурных типов в классах фенольных веществ. Определены и выделены элементы химического сходства и различия между видами на основе анализа хемопризнаков с использованием обнаруженных веществ-маркеров.
Представленный в обзоре обобщенный материал может быть использован в будущем при воз-можном проведении всеобъемлющего сравнительного скрининга при условии наличия у исследо-вателей сразу всех образцов растительного сырья (ботанически точных видов) и хемосистематическое изучение на новом уровне. Это помогло бы в определении более подробно и точно места и роли представителей одного из древнейших родов в семействе бобовых на путях их природной эволюции и полезного применения.
Отмечен постоянно возрастающий и поддерживаемый интерес фитохимиков и других специалистов к углубленному, всестороннему изучению всех видов рода солодка и разде-льнолодочник, выделению из них различных фенольных БАВ и их практического применения в жизнедеятельности людей.