PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF FLAVONOIDS

Флавоноиды являются одними из наиболее многочисленных и распространенных натуральных продуктов, содержащихся в растениях, и обладают множеством разнообразных применений и свойств. На протяжении многих лет сообщалось о широком спектре полезных свойств, связанных со здоровьем человека. К ним относятся эффекты, связанные с онкологией, сердечно-сосудистыми заболеваниями, включая ишемическую болезнь сердца и атеросклероз; противовоспалительные эффекты и другие заболевания, в которых было задействовано усиление окислительного стресса. Ряд исследований показал, что потребление фруктов и овощей может снизить риск сердечно-сосудистых заболеваний и рака, потенциально за счет биологического действия фенольных компонентов, таких как флавоноиды

Различные классы флавоноидов неодинаково физиологически активны, вероятно, потому, что они различаются по структуре. Несмотря на огромный интерес к флавоноидам и другим полифенольным соединениям в качестве потенциальных средств защиты от развития заболеваний человека, реальный вклад таких соединений в поддержание здоровья и механизмы, посредством которых они действуют, все еще неясны. Соотношения структурной активности представляют собой попытку соотнести физико-химические или химическую структуру с их биологической активностью или физическими свойствами. Молекулярные дескрипторы обычно включают параметры, учитывающие гидрофобность, топологию и стерические эффекты

В настоящее время обнаружено большое количество флавоноидов, открываются новые механизмы действия и дополняются физико-химические свойства. В связи с этим необходимо обобщение научных исследований с обобщением физико-химических свойств и химической структуры флавоноидов.

Флавоноиды представляют собой группу фенольных соединений, которые имеют общие структурные особенности и физико-химические свойства, которые важны для определения их биологических эффектов. Метаболизм фенилпропаноидов, который охватывает уникальные для растений пути метаболизма натуральных продуктов, превращает фенилаланин в различные растительные вторичные метаболиты, включая лигнины, сложные эфиры синапата, стильбеноиды и флавоноиды. Флавоноидам (C6-C3-C6) в последние несколько десятилетий уделяется значительное внимание, поскольку они, по-видимому, выполняют различные функции в защитных системах растений и оказывают воздействие на здоровье человека, такое как противоаллергическое, противовоспалительное, антитромботическое, противоопухолевое и антиоксидантное действие. Флавоноиды представляют собой относительно разнообразное семейство ароматических молекул, которые получают из фенилаланина с помощью промежуточной стадии п-кумаровой кислоты (С6-С3)

Флавоноиды различаются расположением гидроксильных, метокси- и гликозидных боковых групп, а также конфигурацией C-кольца, которое соединяет A- и B-кольца. Они приводят к образованию множества различных соединений. В растениях большинство флавоноидов содержится в виде гликозидов с различными сахарными группами, связанными с одной или несколькими гидроксильными группами. Они в основном содержатся во внешних частях растений, таких как листья, цветы и плоды, тогда как содержание в стеблях и корнях обычно снижено. Флавоноиды, расположенные на верхней поверхности листа или в клетках эпидермиса, играют важную роль в физиологическом выживании растений. Они способствуют устойчивости растения к болезням либо в качестве конститутивных противогрибковых средств, либо в виде индуцированных фитоалексинов. Многочисленные комбинации гидроксильных групп, сахаров, атомов кислорода и метильных групп, присоединенных к основному кольцевому структурному каркасу, создают различные классы флавоноидов

Флавоны и флавонолы содержатся в пищевых продуктах в виде агликонов. Эти соединения обладают двойной связью между С2 и С3. Флавоны – это класс флавоноидов, в основе лежит 2- фенилхромен-4-он, основными представителями являются: хризин, апигенин и лютеолин. Флавонам не хватает 3-ОН- группы в основной части. Флавоны обычно содержатся в кожуре фруктов, сельдерее и петрушке

Флавонолы – это класс флавоноидов, которые используют основу 3-гидроксифлавона (3-гидрокси- 2-фенилхромен-4-он). Флавонолы отличаются от флавонов тем, что они обладают гидроксильной группой в 3-м положении и могут рассматриваться как 3-гидроксифлавоны. Образование флавонола и флавоновых гликозидов зависит от действия света; поэтому они содержатся в основном в листьях и кожуре плодов и лишь в незначительных количествах в частях растений, расположенных ниже поверхности почвы. Как правило, флавонолы встречаются в рационе в виде гликозидов. Флавонолы, такие как: галангин, кемпферол, кверцетин, морин, рутин, мирицетин и изокверцетин, содержатся в растительных продуктах, причем самые высокие концентрации содержатся в луке, яблоках, ягодах, капусте и брокколи. Флавонолы присутствуют в основном в виде моно-, ди- и тригликозидов. Моногликозиды встречаются главным образом в виде 3-О-гликозидов. В случае дигликозидов две сахарные группы могут быть связаны с одним и тем же или двумя разными атомами углерода

Среди флавоноидов антоцианы и флаванолы известны под общим названием флаваны из-за отсутствия карбонильной группы в 4-м положении. Флаванолы – это класс флавоноидов, которые используют скелет 2-фенил-3,4-дигидро-2Н-хромен-3-ола. Эти соединения включают катехин, эпикатехин и его производные. Флаванолы являются строительными блоками для проантоцианидинов

Проантоцианидины состоят из мономерных звеньев флаванов, соединенных С-С и эфирными связями. Было идентифицировано пятнадцать подклассов проантоцианидинов, однако, по-видимому, только три из них присутствуют в продуктах растительного происхождения для человека: процианидины (эпикатехиновые или катехиновые полимеры), проделефинидины (эпигаллокатехиновые или галлокатехиновые полимеры) и пропеларгонидины (эпиафселехиновые или афселехиновые полимеры). Название проантоцианидины, ранее называвшееся лейкоантоцианидинами, подразумевает, что это бесцветные предшественники антоцианидинов. При нагревании в кислых растворах образовавшаяся связь С-С, расщепляется, и концевые флавановые звенья высвобождаются из олигомеров в виде карбокатионов, которые затем окисляются кислородом воздуха до окрашенных антоцианидинов. Антоцианидины – это природные окрашенные соединения, встречающиеся в форме гликозидов (антоцианов), самой большой группы водорастворимых пигментов в царстве растений. Они ответственны за большую часть красного, синего и фиолетового цветов фруктов, овощей, цветов и других растительных тканей

Антоцианидины характеризуются наличием основной структуры катиона флавилия и различных заместителей в кольце В. Недостаток электронов в их структуре делает антоцианидины высокореактивными, а их стабильность зависит как от рН, так и от температуры. Их гликозиды обычно гораздо более стабильны, чем агликоны. Все антоцианы химически основаны на структуре цианидина, и все они получены из этой базовой структуры путем добавления или вычитания гидроксильных групп, в зависимости от степени метилирования этими гидроксильными группами, а также природой и количеством сахаров и их положением на агликоне. В водных средах большинство природных антоцианов ведут себя как индикаторы рН, будучи красными при низком рН, голубоватыми при промежуточном рН и бесцветными при высоком рН

3.1. Исследования флавоноидов методом УФ-спектрофотометрии

Флавонолы демонстрируют два основных пика поглощения в области 240-400 нм, в которой считается, что 300-380 нм (полоса I) связаны с поглощением из-за B-кольцевой циннамоильной системы, и 240– 280 нм (полоса II) с поглощением, включающим бензоильную систему A-кольца. Функциональные группы, присоединенные к флавоноидному каркасу, могут вызывать сдвиг в поглощении, например, с 367 нм в (3,5,7,4'-гидроксиле группы), до 371 нм в кверцетине (3,5,7,3',4'-гидроксильные группы) и до 374 нм в мирицетине (3,5,7,3',4',5'- гидроксильные группы). Отсутствие 3-гидроксильной группы во флавонах отличает их от флавонолов. Таким образом, полоса I возникает на длине волны, меньшей на 20-30 нм, например, 337 нм, показанные для апигенина. Флаваноны имеют насыщенное гетероциклическое С-кольцо, без конъюгации между Кольца A и B, определенные по их УФ-спектральным характеристикам

Флаваноны и флаванонолы демонстрируют очень сильный максимум поглощения в полосе II между 270 и 295 нм, а именно 288 нм (нарингенин) и 285 нм (таксифолин), и только плечо для Полоса I при 326 и 327 нм. Поскольку антоцианы демонстрируют характерные пики полосы I в области 450-560 нм из-за гидроксилциннамоильной системы B-кольца и пики полосы II в области 240-280 нм из-за бензоильной системы A-кольца, цвет антоцианов меняется в зависимости от количества и положения гидроксильных групп

3.2. Физические свойства флавоноидов

Теоретические параметры, используемые для характеристики активности флавоноидов по удалению радикалов, могут быть сгруппированы в следующие классы: 1 – показатели, отражающие энтальпию диссоциации связи O–H, где относительно низкое значение облегчает реакцию выделения H между антиоксидантом и радикалом; 2 – параметры, представляющие способность отдавать электроны, такие как потенциал ионизации или относительный адиабатический потенциал ионизации, и энтальпия одиночного перенос электрона (также определяется как энергия активации промежуточного катиона); 3 – факторы, стабилизирующие соответствующий радикал после выделения водорода; 4 – электрохимические свойства, такие как окислительно-восстановительные потенциалы; 5 – растворимость, которая контролирует подвижность антиоксиданта между липидными мембранами, например липофильность

3.3. Липофильность

Липофильность соединений, представляющих биологический интерес, является важным параметром в понимании процессов переноса через биологические барьеры. Липофильность антиоксиданта определяется его распределением между фазами, различающимися по полярности. Силы взаимодействия между молекулами, возникающие в результате притяжения различных функциональных групп, могут приводить к различному поведению при разделении. Можно количественно оценить степень, в которой действие антиоксиданта смягчается, по его способности попадают в очаг аутоокисления. Поступление большинства органических химических веществ к месту воздействия происходит путем пассивной диффузии и лучше всего моделируется липофильностью. Липофильность характеризует тенденцию молекул (или частей молекул) избегать контакта с водой и перемещаться в липофильную среду

Коэффициент распределения молекулы в системе растворителя n-октанол/вода имитирует перенос молекулы через биологические мембраны, основной величиной для измерения липофильности был логарифм коэффициента распределения, log P. Коэффициент разбиения (P) определяется в соответствии с законом распределения Нернста как отношение равновесных концентраций (С) растворенного вещества в двухфазном система, состоящая из двух практически несмешивающихся растворителей, например n-октанола и воды. Таким образом, коэффициент распределения является безразмерным, являясь частным от двух концентраций, и обычно их выражают в логарифмической форме. Логарифм коэффициента распределения, log P, был успешно использован в качестве гидрофобного параметра

Профилактика и лечение заболеваний с использованием фитохимических веществ, особенно флавоноидов, хорошо известны. Фрукты и овощи являются природными источниками флавоноидов. Разнообразие флавоноидов, встречающихся в природе, обладает своими собственными физическими, химическими и физиологическими свойствами. Взаимосвязь структуры и функций флавоноидов является воплощением основных биологических активностей. Лекарственная эффективность многих флавоноидов в качестве антибактериальных, гепатопротекторных, противовоспалительных, противоопухолевых и противовирусных средств хорошо известна. С использованием биотехнологии теперь стало возможным производить флавоноиды в больших масштабах. Дальнейшие достижения позволят получить более новое представление и, несомненно, приведут к появлению новых фармацевтических средств на основе флавоноидов для лечения многих инфекционных и дегенеративных заболеваний.