Laktonit kasveissa ja ravintolisissä - tyypit, ominaisuudet ja lääketieteelliset näkökulmat.
Aivan kuten kehossamme kiertää lukuisia terveyteen vaikuttavia aineita, sama pätee myös kasveihin. Monilla kasvien ainesosilla on myönteinen vaikutus paitsi itseensä myös meihin, kun kulutamme niitä. Polyfenolien, flavonoidien, alkaloidien ja sterolien kaltaiset ainesosat ovat hyvin tunnettuja. Laktoneista puhutaan vähemmän, mutta tämän ei pitäisi vähentää niiden ominaisuuksia. Laktonit ovat jo pitkään innoittaneet tutkijoita kehittämään uusia lääkkeitä, jotka auttavat potilaita monissa vaivoissa. Myös joissakin hyvin suosituissa ravintolisissä, kuten Ginkgo bilobassa tai Ashwagandhassa, on laktoneja, jotka ovat vastuussa niiden terveyttä edistävistä vaikutuksista. Tässä artikkelissa käsittelemme , minkälaisia laktoneja luonnossa esiintyy, missä niitä esiintyy ja mistä ne ovat vastuussa sekä mitä voimme odottaa niiltä tulevaisuudessa. Lue loppuun asti!
- Mitä laktonit ovat? Määritelmä ja ominaisuudet
- Esimerkkejä ravintolisissä käytettävistä luonnollisista laktoneista
- Laktonien jako ja luokittelu
- Laktonien teolliset sovellukset
- Yhteenveto
Mitä laktonit ovat? Määritelmä ja ominaisuudet
Laktonit ovat biologisesti aktiivisia yhdisteitä, joita esiintyy monissa kasveissa, mutta myös sienissä, bakteereissa, merisienissä ja muissa eliöissä. Monet niistä ovat aromaattisia aineita, jotka antavat kasveille hajun ja joskus maun. Ne eivät kuitenkaan ole yhtä pieniä ja haihtuvia kuin eteeristen öljyjen sisältämät aineet. Niissä voi olla vain pieniä määriä laktoneja, koska niiden massa on hiukan liian suuri, jotta ne eivät kulkeutuisi tehokkaasti tislauksen aikana. Sen sijaan laktonien aromista voi nauttia valitsemalla tislattujen sijaan absoluutteja (esim. jasmiini) tai puristettuja eteerisiä öljyjä (esim. bergamotti).
Kemiallisesti ne voidaan luokitella intramolekulaarisiksi syklisiksi hydroksihappoestereiksi, joilla on eri kokoiset renkaat[1]. Rengasrakenteen vakauden vuoksi viisi- ja kuusirenkaiset γ- ja δ-laktonit ovat yleisimpiä. Kreikkalaisia kirjaimia käytetään vain merkitsemään laktonirenkaan kokoa. Näin ollen esimerkiksi kaikilla γ-laktoneilla on viisirenkaiset renkaat ja kaikilla ε-laktoneilla on seitsenrunkoiset renkaat.
Yhdisteillä, joissa on laktonifragmentti, voi olla täysin erilainen hiilirunko, ja ne voidaan luokitella eri yhdisteluokkiin, kuten seskitereenilaktoneihin, kumariineihin tai steroidirunkolaktoneihin.
Kemialliset rungot ovat peräkkäin α-, β-, γ-, δ-laktoneja.
Tämän luokan pienimmät yhdisteet ovat α-, β-, γ-, δ- ja ω-laktoneja. Ne sisältävät 3-, 4-, 5-, 6- ja 7-jäsenisiä renkaita. Laktonirenkaiden suuri stabiilisuus määrittelee γ- ja δ-laktonien laajan esiintymisen luonnossa. On arvioitu, että luonnossa esiintyy yli 3000 γ-laktonia. α-laktoneja sen sijaan voidaan saada vain synteettisesti[2].
Moninaisuus tekee tästä ryhmästä erittäin mielenkiintoisen, sillä sillä on useita tärkeitä kemiallisia ja biologisia ominaisuuksia[1]. Näistä toiminnoista yleisimmin mainittuja ovat:
- sytotoksiset,
- anti-inflammatoriset,
- malarialääkkeet,
- viruslääkkeet,
- mikrobilääkkeet.
Laktoneja ja niiden johdannaisia pidetään ehdokkaina täyttämään farmakologian aukko, joka on syntynyt tavanomaisille antibiooteille vastustuskykyisten patogeenisten bakteerien leviämisen seurauksena. Tässä yhteydessä on syytä mainita, että laktonit ovat olleet lääketieteessä jo pitkään. Esimerkiksi antibiootti erytromysiinissä on muiden funktionaalisten ryhmien lisäksi 14-jäseninen laktonirengas.
Esimerkkejä ravintolisissä käytettävistä luonnollisista laktoneista
Aloitetaan käytännön tiedoista, eli siitä, mitä laktoneja voit ottaa ravintolisien muodossa, jotta voisit todella vaikuttaa terveyteesi. Luokittelun ja kemialliset yksityiskohdat opit myöhemmin tässä artikkelissa.
Terpeenilaktonit
Ginkgo biloba -uutteet ovat yksi tärkeimmistä laktonien lähteistä lisäravinteena. Standardiuutteet on standardoitu sisältämään 6 % terpeenilaktoneja. Nämä laktonit koostuvat bilobalidista ja ginkgolidista, jotka ovat ginkgon tärkeimmät aktiiviset aineet, jotka ovat vastuussa suurimmasta osasta sen terveysominaisuuksista[3]. Ginkgolidit ovat diterpeenilaktoneja, kun taas bilobalidi on triterpeenilaktoni (tarkemmin sanottuna seskviterpeenitrilaktoni). Laktonien kokonaismäärästä ginkgolidien osuus on 3,1 prosenttiyksikköä ja bilobalidin 2,9 prosenttiyksikköä.
Vitanolidit
Tämä on kuuluisan adaptogeenisen Vitania sluggishis -kasvin, joka tunnetaan nimellä Ashwagandha, aktiivisten aineiden pääryhmä. Sen pääalueena on adaptogeeninen vaikutus eli stressinsietokyvyn lisääminen. Terveyttä edistävien toimien kirjo on kuitenkin paljon laajempi.
Vitanolidit ovat ryhmä luonnossa esiintyviä laktonititerpenoideja[4]. Ashwagandhasta peräisin olevien laktonien terveyttä edistävät ominaisuudet ovat niin arvokkaita, että niitä yritetään syntetisoida ja luoda entistäkin potentiaalisempia johdannaisia.
Artemisiini
Artemisiini on seskviterpeenilaktoni, joka on eristetty mukulakukasta(Artemisia annua). Sitä käytetään lisäravinteissa immuunijärjestelmän tukemiseen ja tulehduskipulääkkeenä.
Tutkimusten mukaan artemisiiniini on tehokas sekä lääkkeille vastustuskykyisiä että aivokantoja vastaan malariaa aiheuttavaa Plasmodium falciparum -bakteeria vastaan[5].
Asterikasvien heimossa, erityisesti Artemisia-suvun lajeissa[6], on monia muitakin erilaisia seeskitterpeenilaktoneja kuin vain artemisiiniini. Seskviterpeenien antimikrobinen aktiivisuus voi liittyä proteiinisynteesin muutoksiin, solujen muuttuneeseen läpäisevyyteen tai vuorovaikutukseen soluseinän fosfolipidien kanssa, jotka häiritsevät kalvon eheyttä[1].
Ekdysteroidit
Ajuga turkestanican, Leuzea carthamoidesin tai Spinacia oleracean (eli tavallisen pinaatin) kaltaiset kasvit sisältävät ekdysteroideja, joilla on laktonirakenne. Esimerkkejä ovat ajugalaktoni tai kartamosteroni[7].
Graafinen lähde - doi: 10.1016/B978-0-444-63473-3.00005-8.
Kavalaktonit
Nämä ovat metystiinipippurin eli kava-kavan sisältämiä vaikuttavia aineita. Puolassa kava-kavaa ei valitettavasti ole hyväksytty käytettäväksi elintarvikkeissa, mutta esimerkiksi Yhdysvalloissa on myynnissä kapseleissa olevia kava-kavauutteita, joissa on standardoituja kavalaktoneja[8]. Niiden joukossa on monia eri aineita, mutta 6 on lueteltu tärkeimpinä - niiden luurankoja on esitetty alla olevassa kuvassa.
Kuvion lähde - doi: 10.3390/nu12103044
Monakoliini K
Kemiallisesti monakoliini K:lla on laktonirakenne, joka sisältää esterirenkaan. Sen vaikutus on analoginen synteettisten statiinien kanssa, ja kun se muunnetaan aktiiviseen happomuotoonsa, siitä tulee elimistön kolesterolisynteesistä vastaavan entsyymin estäjä (se on HMG-CoA-reduktaasin estäjä)[9]. EFSAn lautakunta katsoi, että monakoliini K laktonimuodossa on identtinen lowastatiinin kanssa, joka on vaikuttava aine useissa lääkkeissä, jotka on hyväksytty hyperkolesterolemian hoitoon EU:ssa. Tästä syystä säädöksissä on rajoitettu monakoliini K:n sallittu päivittäinen saanti ravintolisistä alle 3 mg:n annoksiin.
Laktonien jako ja luokittelu
Käsittelemme lyhyesti laktonien lukuisimpia ja yleisimpiä ryhmiä.
[tämä osio on hieman tylsä, mutta lyhyesti sisällytetty kemiallisia tietoja, ja täällä on runsaasti tyypillisiä avainsanoja; tekisin sen pudotettavan harmonikan muodossa, kuten faq-osioissa tehdään].
γ-laktonit
Nämä ovat 5-jäsenisiä laktoneja. γ-laktoneja esiintyy useiden luonnontuotteiden rakenteessa, kuten γ-tyydyttyneiden butyrolaktonien ja α-β-tyydyttymättömien butenolidien. Butenolideilla on kiehtovia biologisia ominaisuuksia, esimerkiksi[2]:
- metyyli-2H-furo[2,3-c]pyran-2-one osoittaa voimakasta rikkakasvien torjunta-aktiivisuutta,
- flupiradifuroni on tehokas hyönteismyrkky,
- rubrolidium M:llä ja basidaliinilla on syöpää ehkäiseviä ominaisuuksia,
- 5-oktyylifuraani-2(5H)-onilla on antifouling-aktiivisuutta.
Butenolidit ja butyrolaktonit tunnetaan myös niiden ominaishajusta, minkä vuoksi niitä käytetään paljon elintarvike- ja hajusteollisuudessa.
δ-laktonit
6-jäseniset laktonit. Niitä esiintyy luonnossa laajalti. γ-laktonien tavoin δ-laktonit voidaan jakaa tyydyttyneisiin ja α-β-tyydyttymättömiin laktoneihin, joista jälkimmäiset ovat yleisimpiä. δ-laktonifragmentti on yleinen useissa luonnollisissa yhdisteissä, joilla on erilaisia biologisia vaikutuksia[2], kuten:
- HIV-proteaasin esto,
- apoptoosin indusointi (goniotalamiini ja rasfoniini),
- antileukeeminen aktiivisuus (diktyopyroni C),
- syöpälääkkeet (pyronetiini),
- leishmanisidinen,
- trypanisidinen,
- sienilääkkeet (argentilaktoni),
- antimikrobinen,
- tulehduskipulääkkeet.
Keskikokoiset laktonit
Nämä laktonit sisältävät renkaita, joissa on 8-11 jäsentä. Luonnossa esiintyy eniten 10-jäsenisiä dekalaktoneja. Luonnossa esiintyvistä 8-jäsenisistä laktoneista erotetaan oktalaktonit A ja B. Niillä on potentiaalinen sytotoksinen aktiivisuus melanooma- ja paksusuolen kasvainsoluja vastaan. Kefalosporolidit ja solandelaktonit ovat muita esimerkkejä luonnossa esiintyvistä 8-jäsenisistä laktoneista[2].
Oksilipiinit, halikolaktoni, neohalikolaktoni ja topsentolidit ovat joitakin 9-jäsenisten laktonien edustajia. Seitsemän topsentolidia (A1, A2, B1, B2, B3, C1 ja C2) osoittivat kohtalaista sytotoksista aktiivisuutta ihmisen syöpäsolulinjoja vastaan. Antimysiinidilaktonit tunnetaan antibiootti- ja sienilääkkeistä sekä niiden kyvystä indusoida syöpäsolujen apoptoosia. Dekalaktonit eli nonanolidit ovat parhaiten tutkittuja luonnollisia keskikokoisia laktoneja, ja niillä on monia biologisia ominaisuuksia. Dekarektiinin erityispiirteenä on sen kolesterolin biosynteesiä estävä vaikutus.
Ftalidit
Ftalidit ovat kaksisyklisiä molekyylejä, jotka muodostuvat γ-laktonin ja bentseenirenkaan yhdistelmästä. Ne ovat tärkeitä orgaanisia molekyylejä, joita tuottavat useat Apiaceae-sukuun kuuluvat kasvisuvut. Näitä yhdisteitä esiintyy myös Asteraceae-, Acanthaceae-, Amaranthaceae- ja Magnoliaceae-suvuissa.
Tätä yhdisteryhmää on tutkittu 1700-luvulta lähtien, ja kirjallisuudessa on lukuisia raportteja sen moninaisista etnobotaanisista käyttötarkoituksista ja biologisista vaikutuksista. Esim:
- (S)-3-n-butyyliftalidia markkinoidaan kouristuksia ehkäisevänä lääkkeenä aivojen iskemiaa hoidettaessa,
- isopestasiinilla on sienilääkkeellisiä ja antioksidanttisia ominaisuuksia,
- fussiinariinilla on amnesiaa ehkäiseviä vaikutuksia,
- (±)-konentrikolidilla on viruslääkkeisiin liittyvää vaikutusta.
Ftalideilla on myös antimikrobisia, verihiutaleiden muodostumista estäviä ja kipua lievittäviä ominaisuuksia.
Kumariinit
Nämä ovat kasvien ja sienten sekundaarisia aineenvaihduntatuotteita. Nämä heterosykliset yhdisteet sisältävät bentseenirenkaan, joka on yhdistetty α-pyroniin. Ne herättävät huomiota viruslääkkeiden, syöpälääkkeiden, Alzheimerin taudin ehkäisyn, masennuslääkkeiden, antibioottien (armillariini), tulehduskipulääkkeiden (skopoletiini) ja veren hyytymistä estävien aineiden (varfariini ja dikumaroli) vaikutustensa vuoksi.
Kumariineja käytetään laajalti kosmetiikka-, väri- ja elintarviketeollisuudessa sekä luminesenssimateriaaleina.
Furanokumariineja
Yhdisteet, joissa furaanirengas on yhdistetty kumariinirunkoon. Kasvit tuottavat niitä vasteena stressiin ja suojaksi saalistajia, kuten sieniä, bakteereja ja hyönteisiä vastaan. Furanokumariineja käytetään ihosairauksien hoitoon.
Spirolaktonit
Ne ovat luonnossa esiintyviä yhdisteitä, jotka muodostavat suuren perheen rakenteellisesti erilaisia molekyylejä, joilla on monenlaisia biologisia vaikutuksia:
- Antimikrobiset (spiroindikumidi A),
- sienilääkkeet (perrenniporidi A),
- tulehduskipulääkkeet (abiespirosidi A),
- loislääkkeet (plumerisiini),
- viruslääkkeet (biyouyanagin B),
- sytotoksinen (yaoshanenolidi A).
Luonnossa esiintyvien yhdisteiden lisäksi spirolaktonit sisältävät synteettisiä steroideja, joita kutsutaan 17α-spirolaktoniksi. Tämän luokan tunnetuin jäsen on spironolaktoni, koska se on aldosteronin antagonisti, joka on reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmän hormoni, joka liittyy verenpainetautiin, sydämen hypertrofiaan sekä sydämen ja verisuonten fibroosiin.
Strigolaktonit
Nämä ovat Striga- ja Orobanche-sukujen kasveista eristettyjä fytohormoneja. Strigolaktonit stimuloivat loiskasvien siementen itämistä isännän havaitsemisen jälkeen, säätelevät kasvien kasvua, estävät itämistä ja välittävät maanalaista kemiallista viestintää kasvien ja viereisten organismien välillä. Tunnetuimmilla luonnollisilla esimerkeillä on trisyklinen ABC-ydin, jonka yhtenä renkaana on γ-laktoni, ja eksosyklinen D-rengas butenolidi. Tällainen rakenne on 5-deoksistrigolissa.
Strigolaktoneja käytetään maaperän lisäaineina rikkaruohojen torjuntaan, mikä vähentää rikkaruohojen aiheuttamia maataloustappioita. Nämä yhdisteet aiheuttavat itsemurhaa aiheuttavaa itämistä. Toisin sanoen eristettyjen ritsosfääriyhdisteiden tai niiden synteettisten vastineiden läsnäolosta peräisin olevat signaalit saavat aikaan loissiementen itämisen ilman isäntäkasvin läsnäoloa, mikä johtaa rikkakasvien kuolemaan.
Makrolaktonit
Makrolaktonit tai makrosykliset laktonit sisältävät renkaita, joissa on 12 tai jopa enemmän jäseniä. Ne voidaan luokitella oliideiksi tai dioksiideiksi.
Kukuolidit toimivat feromonina, ja monet eläimet käyttävät niitä kemialliseen viestintään. Kukuolid X on tunnistettu feromoniksi, joka houkuttelee naaraspuolista kuoriaista Oryzaephilus surinamensis-nimistä maissin ja riisin tuholaista.
Makrolaktiinit ovat Bacillus- ja Actinomadura-bakteerikannoista eristettyjä makrolideja. Tällä hetkellä kirjallisuudessa on kuvattu 19 makrolaktiinia (A-S). Niiden biologinen aktiivisuus vaihtelee viruslääkkeistä sienilääkkeisiin. Esimerkiksi makrolakin A vaikuttaa voimakkaasti herpes simplex -virusta vastaan ja voi hillitä HIV:n lisääntymistä ihmisissä. Makrolaktiinit T ja B puolestaan kykenevät estämään sieniä Alternaria solani ja Pyricularia oryzae sekä Staphylococcus aureus-bakteeria. Sitten on kinolidomysiinejä A1, A2 ja B1, joista kinolidomysiinit A1 ja B1 estävät erilaisten syöpäsolujen, myös lääkkeille vastustuskykyisten, kasvua.
Lukuisat esimerkit luonnossa esiintyvistä laktoneista ja niiden monenlaiset biologiset vaikutukset ovat motivoineet orgaaniseen kemiaan liittyviä kemistejä, jotka ovat kiinnittäneet huomionsa laktonirenkaiden suunnitteluun.
Laktonien teolliset sovellukset
Laktonit ovat niin mielenkiintoisia aineita, että olisi karhunpalvelus olla hyödyntämättä niiden mahdollisuuksia. Tästä syystä niitä käytetään monilla teollisuudenaloilla.
Laktonit ovat aromaattisia yhdisteitä, joten hajuvesiteollisuus on yksi voimakkaimmista hyötyjistä. Laktonien aistittavien ominaisuuksien ansiosta saadaan aikaan epätavallisia tuoksuja, kuten jasmiinin, vaniljan tai kissanminttujen tuoksu. Erilaisia laktonirakenteisia aineita löytyy hajusteiden ja hajustetun kosmetiikan etiketeistä.
Laajamittaista käyttöä on havaittu myös maataloudessa ja puutarhaviljelyssä. Joillakin laktoneilla on erittäin tehokas vaikutus hyönteisiä, loisia tai rikkaruohoja vastaan.
Yhteenveto
Laktoniperheeseen kuuluu tuhansia erilaisia aineita. Vaikka niiden rakenteessa on yhteinen tekijä (laktonirengas), ne voivat erota toisistaan huomattavasti vaikutuksiltaan. Niihin ei kiinnitetä populaaritieteellisissä teksteissä yhtä paljon huomiota kuin esimerkiksi polyfenoleihin, mutta silti on monia laktoneja, joilla on erinomaisia vaikutuksia ihmisten terveyteen. Laktonien ansiosta voimme kiittää Ashwagandhan tai Gingo biloban kaltaisten yrttien etuja. Laktonien esiintyminen luonnossa ja niiden tutkiminen lisää avaavat tutkijoille mahdollisuuden saada uusia välineitä uusien ja parempien lääkkeiden kehittämiseksi ihmisten elämän pelastamiseksi. Pidämme peukkuja, että voimme hyötyä laktonien voimasta mahdollisimman paljon!
Lähteet:
⮜ Edellinen artikkeli
Miten motivoida itseäsi - 5 todistettua temppua
Seuraava artikkeli ⮞