се знают, что в растениях содержатся разнообразные сложные вещества, в том числе придающие им запах. Но мало кто знает, что у открытия подобных соединений достаточно страшная история, не лишённая жертв: некоторые растительные вещества – причина световых ожогов, дерматитов и нарушений в структуре ДНК, которые могут вести к раковым опухолям.
Что же содержится в этих на первый взгляд безобидных растениях? Читайте в нашей статье.
Как еда стала и погибелью
В начале XX века из некоторых штатов на севере США и из нескольких провинций Канады поступили сообщения о случаях ранее не выявленного заболевания коров. По непонятным причинам у них возникали внутренние кровотечения, которые в конце концов приводили к летальным исходам.
елом занялся канадский ветеринар-патологоанатом Фрэнк Шофилд. Он определил, что все коровы перед смертью ели заплесневелый силос из донника (Melilotus sp.), называемого в народе сладким клевером. Шофилд решил провести эксперимент на кроликах, который показал, что причиной смертей стали как раз испорченные растения. Позднее, в 1929 году, ветеринар Северной Дакоты Л.М. Родерик продемонстрировал, что такое состояние связано с недостаточным функционированием одного из факторов свёртываемости крови – протромбина.
Достаточно долго не удавалось понять, какое же вещество, содержащееся в доннике, и каким образом нарушает функционирование протромбина. В итоге только в 1941 году была опубликована статья, в которой объяснялась причина подобного эффекта на животных: это был 3,3'-метиленбис-(4-гидроксикумарин), который затем был назван дикумаролом (он же дикумарин).
Позднее выяснилось, что дикумарол – всего лишь продукт димеризации кумаринов, содержащихся во многих растениях вторичных метаболитов, служащих растениями для защиты от поедания насекомыми. Сам по себе кумарин не влияет на свёртывание крови, но может быть метаболизирован различными грибами в дикумарол, который обладает антикоагулянтными свойствами.
Механизм действия дикумарола
Такое действие дикумарола связано с химическими превращениями витамина К, который участвует в карбоксилировании остатков глутаминовой кислоты (Glu) в полипептидных цепях некоторых белков, активируя их. Это карбоксилирование приводит к образованию остатков гамма-карбоксилглутаминовой кислоты (сокращенно Gla), которая способна связывать кальций. В такой форме протромбин, связавшись с кальцием и ещё двумя факторами свёртываемости крови (Xa и Va), способен превращаться в тромбин, необходимый для свертывания крови.
Но в присутствии дикумарина витамин К не может вернутся в активную форму (гидрохинонную), в связи с чем не может активировать протромбин. Кровь не сворачивается, раны не затягиваются. Это и приводит к кровотечениям, от которых умирали коровы и кролики.
Можно ли обернуть вред во благо?
Подглядев подобный эффект этого природного соединения, люди решили создать полусинтетические аналоги для своих целей.
В 1948 году был синтезирован варфарин, зарегистрированный как эффективный яд для грызунов. Такое соединение не было оставлено без внимания, и некоторые призывники армии США пытались использовать варфарин с губительными намерениями, пытаясь покончить с собой. Многих из них удавалось спасти введением витамина К, что навело учёных на мысль о том, что варфарин можно использовать в качестве терапевтического средства. ⠀⠀⠀⠀
⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀Тогда медики приступили к исследованиям, и уже в 1954 году варфарин был одобрен как медицинское средство. В 1955 году его использовали для восстановления после сердечного приступа президента США Д. Эйзенхауэра.
Кто вообще такие эти ваши «кумарины»?
Кумарины – это фенольные соединения, производные коричных кислот. А коричные кислоты в свою очередь – важные предшественники таких веществ, как лигнин, необходимый для одревеснения клеточных стенок растений.
Кумарины знакомы читателю гораздо ближе, чем может показаться, ведь именно они придают скошенной траве её запах. Эти вещества никогда не накапливаются в растениях в свободной форме, оттого обычная трава в поле и не имеет запаха как скошенная. В вакуоли растительных клеток накапливается орто-кумаровая кислота, соединенная с остатком глюкозы.
Что происходит, когда мы косим траву?
Нарушается целостность растительных клеток, при этом гликозилированная орто-кумаровая кислота высвобождается из вакуоли и гидролизуется, то есть реагирует с водой, распадаясь на свободную глюкозу и орто-кумаровую кислоту. Затем полученное соединение как бы сворачивается (этот процесс называется внутримолекулярной конденсацией), и образуется летучий кумарин, который придает воздуху приятный запах.
Чего еще ждать от кумаринов?
Кумарины могут вступать в самые различные взаимодействия. Помимо димеризации, кумарины могут присоединять к себе изопреноидные остатки. В таком состоянии они вновь сворачиваются и превращаются опасные фуранокумарины.
Одним из наиболее распространенных фуранокумаринов является псорален, именно он вызывает световые ожоги при контакте с борщевиком, в частности, с Борщевиком Сосновского (Heracleum sosnowskyi).
Псорален и другие фуранокумарины защищают растения от действия патогенов (являются фитоалексинами), ведь подобный механизм универсален и способен повреждать ДНК и бактерий, и вирусов, и грибов.
Человек также нашел этому веществу полезное применение. В частности, псорален применяется в ПУФА-терапии для лечения различных кожных заболеваний. Также псорален применяется в фотофорезе, основанном на введении биологически активных продуктов фотоокисления псоралена, обладающих иммуномодулирующим действием. Этот метод применяется при широком спектре заболеваний, среди которых псориаз, ревматоидный артрит, опухолевые заболевания.
Кумарины сейчас используются для лечения различных проблем со здоровьем. Польза кумаринов велика, но нельзя забывать и о вреде, который они могут причинить при неосторожном использовании.
Источники
- Stahmann M.A., Huebner C.F., Link K.P. «Studies on the hemorrhagic sweet clover disease». V. Identification and synthesis of the hemorrhagic agent (англ.) // J Biol Chem : journal. — 1941. — 1 April (vol. 138, no. 2). — P. 513—52.
- Lowenthal J, Birnbaum H. «Vitamin K and coumarin anticoagulants: dependence of anticoagulant effect on inhibition of vitamin K transport.» Science. 1969;164(3876):181-183. doi:10.1126/science.164.3876.181
- Seigler D. S. «Plant secondary metabolism» — Kluwer Academic Publishers, 1998. — С. 133. — 759 с. — ISBN: 0-412-01981-7
- Потапенко А. Я. «Псоралены и медицина — 4000-летний опыт фотохимиотерапии» // Соросовский образовательный журнал : журнал. — 2000. — Т. 6, № 11. — С. 22—29.