Laktoner i planter og kosttilskud - typer, egenskaber og medicinske perspektiver

08 Okt 2024

Indsendt af: Łukasz Szostko Gange læst: 894 Kommentarer: 0

Ligesom der cirkulerer et væld af stoffer i vores kroppe, som påvirker helbredet, gælder det samme for planter. Mange af planternes bestanddele har ikke kun en positiv effekt på sig selv, men også på os, når vi spiser dem. Ingredienser som polyfenoler, flavonoider, alkaloider og steroler er velkendte. Laktoner taler man mindre om, men det bør ikke forringe deres egenskaber. Forskere har længe været inspireret af laktoner til at udvikle nye lægemidler, der kan hjælpe patienter med mange lidelser. Også i nogle meget populære kosttilskud som Ginkgo biloba eller Ashwagandha finder vi laktoner, som er ansvarlige for deres sundhedsfremmende virkninger. I denne artikel vil vi diskutere , hvilke typer laktoner der findes i naturen, hvor de forekommer, og hvad de er ansvarlige for, samt hvad vi kan forvente af dem i fremtiden. Læs med til sidst!

Hvad er laktoner? Definition og egenskaber

Laktoner er biologisk aktive forbindelser, der findes i mange planter, men også i svampe, bakterier, havsvampe og andre organismer. Mange af dem er aromatiske stoffer, som giver planterne lugt og nogle gange smag. De er dog ikke så små og flygtige som de stoffer, der findes i æteriske olier. De kan kun indeholde små mængder laktoner, da deres masse er en smule for stor til at passere effektivt under destillation. I stedet kan man nyde duften af laktoner ved at vælge absolutter (f.eks. jasmin) eller pressede æteriske olier (f.eks. bergamot) i stedet for destillerede.

Kemisk set kan de klassificeres som intramolekylære cykliske estere af hydroxysyrer med forskellige ringstørrelser[1]. På grund af ringstrukturens stabilitet er γ- og δ-laktoner med fem- og seksleddede ringe de mest almindelige. De græske bogstaver bruges bare til at angive størrelsen på laktonringen. Således har for eksempel alle γ-laktoner femleddede ringe, og alle ε-laktoner har syvleddede ringe.

Forbindelser med et laktonfragment kan have helt forskellige kulstofskeletter og kan henføres til forskellige klasser af forbindelser, f.eks. sesquiterpenlaktoner, coumariner eller steroide skeletlaktoner.

Szkielety chemiczne
De kemiske skeletter er successivt α-, β-, γ-, δ-laktoner.

De mindste forbindelser i denne klasse er α-, β-, γ-, δ- og ω-lactoner. De indeholder henholdsvis 3-, 4-, 5-, 6- og 7-ledede ringe. Laktonringenes høje stabilitet definerer den udbredte forekomst af γ- og δ-laktoner i naturen. Det anslås, at mere end 3000 γ-laktoner forekommer naturligt. α-laktoner kan på den anden side kun fremstilles syntetisk[2].

Mangfoldigheden gør dette til en ekstremt interessant gruppe, der udviser en række vigtige kemiske og biologiske egenskaber[1]. Blandt disse aktiviteter er de mest almindeligt nævnte:

cytotoksiske,
antiinflammatoriske,
antimalaria,
antivirale,
antimikrobielle.

Lactoner og deres derivater ses som kandidater til at udfylde det hul i farmakologien, som spredningen af patogene bakterier, der er resistente over for konventionelle antibiotika, har skabt. I den forbindelse er det værd at nævne, at laktoner har eksisteret i lang tid inden for medicin. For eksempel har antibiotikummet erythromycin en 14-leddet laktonring ud over andre funktionelle grupper.

Eksempler på naturlige laktoner, der bruges i kosttilskud

Lad os starte med praktiske oplysninger, dvs. hvilke laktoner du kan tage i form af kosttilskud for at gøre en reel forskel for dit helbred. Du får mere at vide om klassificeringen og de kemiske detaljer senere i denne artikel.

Terpen-laktoner

Ginkgo biloba-ekstrakter er en af de vigtigste kilder til laktoner i kosttilskud. Standardekstrakter er standardiseret til at indeholde 6 % terpenlaktoner. Disse laktoner består af bilobalid og ginkgolider, de vigtigste aktive stoffer i ginkgo, som er ansvarlige for de fleste af dens sundhedsmæssige egenskaber[3]. Ginkgolider er diterpenlaktoner, mens bilobalid er en triterpenlakton (mere specifikt en sesquiterpen trilakton). I den samlede pulje af laktoner udgør ginkgolider 3,1 og bilobalid 2,9 procentpoint.

Vitanolider

Dette er den vigtigste gruppe af aktive stoffer i den berømte adaptogene plante Vitania sluggishis, kendt som Ashwagandha. Dens hoveddomæne er adaptogen virkning, dvs. øget modstandsdygtighed over for stressende forhold. Men spektret af sundhedsfremmende aktiviteter er meget bredere.

Vitanolider er en gruppe af naturligt forekommende laktontritterpenoider[4]. De sundhedsfremmende egenskaber ved laktonerne fra Ashwagandha er så værdifulde, at der gøres mange forsøg på at syntetisere dem og skabe derivater med endnu større potentiale.

Artemisinin

Artemisinin er en sesquiterpen-lakton, der er isoleret fra gråbynke(Artemisia annua). Det bruges i kosttilskud til at støtte immunforsvaret og som et antiinflammatorisk middel.

Ifølge undersøgelser er artemisinin effektivt mod både lægemiddelresistente og cerebrale stammer af Plasmodium falciparum, der forårsager malaria[5].

Der findes mange flere forskellige sesquiterpenlaktoner i asterfamilien, især i arter af Artemisia-slægten [6], ikke kun artemisinin. Den antimikrobielle aktivitet af sesquiterpener kan være relateret til ændringer i proteinsyntesen, ændret cellepermeabilitet eller interaktion med cellevægsfosfolipider, der forstyrrer membranintegriteten[1].

Ecdysteroider

Planter som Ajuga turkestanica, Leuzea carthamoides eller Spinacia oleracea (dvs. almindelig spinat) indeholder ecdysteroider, som har en lactonstruktur. Eksempler er ajugalacton eller cartamosteron[7].

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

Kavalaktoner

Dette er de aktive stoffer i methystinpeber eller kava kava. I Polen er kava kava desværre ikke godkendt til brug i fødevarer, men i USA kan man f.eks. købe kava kava-ekstrakter i kapsler med standardiserede kavalaktoner[8]. Der er mange forskellige stoffer blandt dem, men 6 er listet som de vigtigste - deres skeletter er vist i grafikken nedenfor.

Wzory chemiczne kavalaktonów
Kilde til grafikken - doi: 10.3390/nu12103044

Monakolin K

Kemisk set har monacolin K en laktonstruktur, der indeholder en esterring. Dets virkning er analog med syntetiske statiner, og når det omdannes til sin aktive syreform, bliver det en hæmmer af det enzym, der er ansvarligt for kolesterolsyntesen i kroppen (det er en HMG-CoA-reduktasehæmmer)[9]. EFSA-panelet mente, at monacolin K i laktonform er identisk med lowastatin, den aktive ingrediens i flere lægemidler, der er godkendt til behandling af hyperkolesterolæmi i EU. Af denne grund har lovgivningen begrænset det tilladte daglige indtag af monacolin K fra kosttilskud til doser på mindre end 3 mg.

Opdeling og klassificering af laktoner

Vi vil kort diskutere de mest talrige og almindelige grupper af laktoner.

[dette afsnit er lidt kedeligt, men den korte beskrivelse indeholdt kemiske oplysninger, og der er en kraftig mætning af karakteristiske nøgleord her; jeg ville gøre det i form af en drop-down harmonika, sådan som faq-afsnit gøres].

γ-laktoner

Disse er 5-ledede laktoner. γ-laktoner er til stede i strukturen af flere naturlige produkter, såsom γ-mættet butyrolakton og α-β-umættede butenolider. Butenolider udviser fascinerende biologiske egenskaber, for eksempel[2]:

3-methyl-2H-furo[2,3-c]pyran-2-on viser stærk herbicid aktivitet,
flupiradifuron er et effektivt insekticid,
rubrolidium M og basidalin udviser kræfthæmmende egenskaber,
5-octylfuran-2(5H)-one viser antifouling-aktivitet.

Butenolider og butyrolactoner er også kendt for deres karakteristiske lugt, hvilket gør dem meget anvendte i fødevare- og parfumeindustrien.

δ-laktoner

6-ledede laktoner. De har en bred repræsentation i naturen. Ligesom γ-laktoner kan δ-laktoner opdeles i mættede og α-β-umættede laktoner, hvor sidstnævnte er de mest almindelige. δ-laktonfragmentet er almindeligt i flere naturlige forbindelser med forskellige biologiske aktiviteter[2], f.eks:

HIV-proteasehæmning,
induktion af apoptose (goniotalamin og rasfonin),
antileukæmisk aktivitet (dictyopyrone C),
anticancer (pyronetin),
leishmanicid,
trypanicid,
svampedræbende (argentilacton),
antimikrobiel,
anti-inflammatorisk.

Mellemstore laktoner

Disse laktoner indeholder ringe med 8 til 11 medlemmer. Decalactonerne med 10 medlemmer er de mest udbredte i naturen. Af de naturlige 8-ledede laktoner skelner vi mellem oktalaktonerne A og B. De har potentiel cytotoksisk aktivitet mod melanom- og kolorektale tumorceller. Cephalosporolider og solandelaktoner er andre eksempler på naturligt forekommende 8-ledede laktoner[2].

Oxylipiner, halicholacton, neohalicholacton og topsentolider er nogle repræsentanter for 9-ledede laktoner. Syv topsentolider (A1, A2, B1, B2, B3, C1 og C2) viste moderat cytotoksisk aktivitet mod humane kræftcellelinjer. Antimycin-dilactoner er kendt for deres antibiotiske og svampedræbende egenskaber og deres evne til at fremkalde apoptose af kræftceller. Decalactoner, eller nonanolider, er de bedst undersøgte naturlige mellemstore laktoner og udviser en række biologiske egenskaber. DecaRectin udmærker sig ved sin hæmmende effekt på kolesterolbiosyntesen.

Phthalider

Phthalider er bicykliske molekyler, der dannes ved kombinationen af en γ-lacton og en benzenring. De er vigtige organiske molekyler, der produceres af flere planteslægter i Apiaceae-familien. Disse forbindelser findes også i Asteraceae, Acanthaceae, Amaranthaceae og Magnoliaceae.

Denne klasse af forbindelser er blevet undersøgt siden det 18. århundrede, og der er adskillige rapporter i litteraturen om deres forskellige etnobotaniske anvendelser og biologiske aktiviteter. F.eks:

(S)-3-n-butylphthalide markedsføres som et antikonvulsivt lægemiddel til behandling af cerebral iskæmi,
isopestacin har svampe- og antioxidantegenskaber,
fuscinarin har antiamnesiske virkninger,
(±)-concentricolid har antiviral aktivitet.

Phthalider har også antimikrobielle, blodpladehæmmende og smertestillende egenskaber.

Kumariner

Dette er sekundære metabolitter fra planter og svampe. Disse heterocykliske forbindelser indeholder en benzenring, der er knyttet til en α-pyron. De tiltrækker sig opmærksomhed på grund af deres antivirale, anticancer-, Alzheimers-forebyggende, antidepressive, antibiotiske (armillarin), antiinflammatoriske (scopoletin) og antikoagulerende (warfarin og dicoumarol) virkninger.

Kumariner bruges i vid udstrækning i kosmetik-, farve- og fødevareindustrien og som selvlysende materialer.

Furanocoumariner

Forbindelser, der indeholder en furanring knyttet til kumarinskelettet. De produceres af planter som reaktion på stress og som beskyttelse mod rovdyr som svampe, bakterier og insekter. Furanocoumariner bruges til at behandle hudsygdomme.

Spirolactoner

Dette er naturligt forekommende forbindelser, der udgør en stor familie af strukturelt forskellige molekyler med en bred vifte af biologiske aktiviteter:

antimikrobielle (spiroindicumid A),
svampedræbende (perrenniporide A),
anti-inflammatorisk (abiespiroside A),
antiparasitisk (plumericin),
antiviral (biyouyanagin B),
cytotoksisk (yaoshanenolid A).

Ud over naturligt forekommende forbindelser omfatter spirolactoner syntetiske steroider kendt som 17α-spirolactoner. Det mest kendte medlem af denne klasse er spironolacton på grund af dets antagonisme over for aldosteron, et hormon i renin-angiotensin-aldosteronsystemet, der er forbundet med forhøjet blodtryk, hjertehypertrofi og hjerte- og karfibrose.

Ilustracja mikroskopowej struktury mikroorganizmu

Strigolaktoner

Dette er fytohormoner, der er isoleret fra planter af slægterne Striga og Orobanche. Strigolaktoner stimulerer frøspiring af parasitære planter, når de opdages af værten, regulerer plantevækst, hæmmer spiring og formidler underjordisk kemisk kommunikation mellem planter og naboorganismer. De bedst kendte naturlige eksempler har en tricyklisk ABC-kerne med γ-lacton som en af ringene og en exocyklisk D-ring af butenolid. Denne struktur findes i 5-deoxystrigol.

Strigolactoner bruges som jordtilsætningsstoffer til at kontrollere ukrudt og dermed reducere landbrugets tab i forbindelse med ukrudtsskader. Disse forbindelser fremkalder selvmorderisk spiring. Det vil sige, at de signaler, der udsendes ved tilstedeværelsen af isolerede rhizosfæreforbindelser eller syntetiske ækvivalenter, fremkalder spiring af parasitære frø uden tilstedeværelse af en vært, hvilket fører til ukrudtets død.

Makrolactoner

Makrolaktoner eller makrocykliske laktoner indeholder ringe med 12 eller endnu flere medlemmer. De kan klassificeres som olider eller diolider.

Kukuolider fungerer som feromoner og bruges af mange dyr til kemisk kommunikation. Kukuolid X er blevet identificeret som et feromon, der tiltrækker hunbillen Oryzaephilus surinamensis, som er et skadedyr i majs og ris.

Makrolaktiner er makrolider, der er isoleret fra Bacillus- og Actinomadura-bakteriestammer. I øjeblikket er 19 makrolactiner (A-S) beskrevet i litteraturen. Deres biologiske aktivitet spænder fra antiviral til svampedræbende. F.eks. viser makrolaktin A en kraftig aktivitet mod herpes simplex-virus og kan kontrollere HIV-replikation hos mennesker. Macrolactin T og B er på den anden side i stand til at hæmme svampene Alternaria solani og Pyricularia oryzae og bakterien Staphylococcus aureus. Så er der quinolidomyciner A1, A2 og B1, hvoraf quinolidomyciner A1 og B1 hæmmer væksten af forskellige kræftceller, herunder lægemiddelresistente.

Motiveret af de mange eksempler på naturligt forekommende laktoner og deres brede vifte af biologiske aktiviteter har kemikere med tilknytning til organisk kemi vendt deres opmærksomhed mod design af laktonringe.

Industrielle anvendelser af laktoner

Laktoner er så interessante stoffer, at det ville være en bjørnetjeneste ikke at udnytte deres potentiale. Derfor bruges de i en række forskellige industrier.

Laktoner er aromatiske forbindelser, så parfumeindustrien er en af de stærkeste modtagere. Laktonernes sensoriske egenskaber gør det muligt at opnå usædvanlige aromaer som f.eks. duften af jasmin, vanilje eller katteurt. Forskellige stoffer med en laktonstruktur kan findes på etiketterne på parfumer og parfumeret kosmetik.

Der er også fundet omfattende anvendelse inden for landbrug og gartneri. Nogle af laktonerne har en meget effektiv virkning mod insekter, parasitter eller ukrudt.

Sammenfatning

Laktonfamilien består af tusindvis af forskellige stoffer. Selv om de har et fælles element i deres struktur (laktonringen), kan de variere drastisk med hensyn til deres virkning. De får ikke så meget opmærksomhed i populærvidenskabelige tekster som f.eks. polyfenoler, men der er stadig mange laktoner, som har fremragende effekter på menneskers sundhed. Det er takket være laktoner, at vi har fordelene ved urter som Ashwagandha eller Gingo biloba. Tilstedeværelsen af laktoner i naturen og mere forskning i dem åbner døren for, at forskere kan få nye værktøjer til at udvikle nye og bedre lægemidler, der kan redde menneskers liv. Vi krydser fingre for, at vi kan nyde godt af laktonernes kraft så meget som muligt!

Kilder: