Строение и классификация фенольных соединений.
Полифенольные соединения представляют собой широкую группу органических соединений, которые являются вторичными метаболитами растений.
Ранее считавшиеся антипитательными веществами, в настоящее время они вызывают растущий интерес главным образом из-за их значительной и разнообразной биологической активности [1].
Полифенольные соединения также участвуют в защите от патогенов, паразитов и травоядных животных [2]. К настоящему времени идентифицировано более 8000 полифенольных структур [3].
Биохимия
Строение полифенольных соединений может быть как в виде простых молекул (например, фенольных кислот), так и в виде высокополимеризованных молекул (конденсированных дубильных веществ) [2]. Характерной особенностью структурного строения полифенольных соединений является наличие одного или нескольких ароматических колец и от одной до нескольких гидроксильных групп, придавая им кислый характер [1].
Пониженная электронная плотность на атоме кислорода фенольной группы приводит к тому, что энергия связи водорода значительно ниже, чем в случае гидроксильной группы, встречающейся в алифатических соединениях. Фенольные соединения легко отдают водород и плавятся с образованием семихинонов, которые полимеризуются с образованием цветных соединений и непосредственно с кислородом не реагируют.
Эффективность полифенольных соединений во многом зависит от молекулярной массы, структуры и концентрации [4]. Полифенольные соединения образуются из первичных метаболитов путем трансформации шикимат/фенилпропанового или поликетидного путей [2].
Полифенольные соединения представляют собой широкую и разнородную коллекцию фитохимически активных соединений. В зависимости от количества фенольных колец и способа их соединения можно выделить основные группы, такие как флавоноиды (флавонолы, флаванолы, флавоны, флаваноны, изофлавоны, антоцианы) и нефлавоноиды (фенольные кислоты, лигнаны, дубильные вещества, стильбены, ксантоны). ) [5]. Самую большую группу соединений, относящихся к полифенольным соединениям, составляют флавоноиды [6]. К настоящему времени известно около 6000 различных флавоноидных структур [7].
Основной структурной единицей флавоноидов является дифенилпропан С6-С3-С6, структура которого состоит из двух ароматических колец, соединенных тремя атомами углерода, образующих обычно кислородсодержащий гетероцикл, а отдельные группы флавоноидов различаются по типу заместителя у бензойной и фенильные кольца, положение фенильного кольца или степень окисления пирана [6].
Фенольные кислоты (или фенолкарбоновые кислоты) представляют собой соединения, состоящие из ароматического кольца, карбоксильных групп и гидроксильных групп. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле фенольные кислоты можно разделить на несколько основных групп [8].
К одним относятся гидроксильные производные бензойной кислоты, которые состоят из углеродного скелета C6-C1 с метоксилированиями и гидроксилированиями в ароматическом кольце. Производные гидроксибензойной кислоты включают, например, сиреневую кислоту и п-гидроксибензойную кислоту. Гидроксикоричные кислоты имеют углеродный скелет, состоящий из девяти атомов углерода (С6-С3) и двойной водородной связи в боковой цепи. Природные феноловые кислоты в основном являются производными коричной кислоты; примерами являются кофейная кислота, хлорогеновая кислота, феруловая кислота, орто-метапаракумаровая кислота [9]. Лигнаны представляют собой димерные структуры, образованные путем связывания β-β' между двумя единицами фенилпропана. Отдельные группы лигнанов различаются по степени окисления в боковой цепи и замещения в ароматических образованиях [10].
Примеры в жизни
Таннины представляют собой полифенольные производные соединений, имеющих высокую молекулярную массу, т. е. от 500 Да до более 3000 Да.
Танины по химическому строению делятся на гидролизующиеся (галотанины) и негидролизующиеся (конденсированные). Танины, обладающие гидролизной способностью, состоят из эфиров галловой кислоты и гликозидов эллаговой кислоты. Такие молекулы образуются из шикимата, в котором гидроксильно-сахарные группы этерифицированы фенольными кислотами [11].
Другая группа соединений, относящаяся к группе полифенольных соединений, — это стильбены. Это соединения, в которых две молекулы фенила соединены связями S-S [12]. В рационе человека они присутствуют в достаточно небольшом количестве, а их основным представителем является ресвератрол (3,4',5-тригидроксистильбен) в форме как цис, так и транс [13].
Основная химическая структура выбранных полифенолов показана на рисунке
Выводы
Многочисленные исследования сообщают, что фенольные соединения оказывают благотворное влияние на организм человека [14]. Тем не менее, реальные молекулярные взаимодействия полифенолов с биологическими системами остаются в основном спекулятивными. Существуют потенциальные подтвержденные механизмы действия, а также те, которые могут возникнуть in vivo.[15] неспецифические механизмы включают полифенолы в качестве антиоксидантов (удаление свободных радикалов и секвестрация металлов), а также взаимодействие с мембранами.
- Специфическими механизмами действия полифенолов являются взаимодействие с ферментами, факторами транскрипции и рецепторами. Полифенолы также действуют в биологических процессах посредством других механизмов, которые невозможно классифицировать по вышеуказанным критериям [15]
- Многие научные исследования показывают, что употребление диеты, богатой полифенолами, снижает риск хронических заболеваний [16]. Фенольные группы в полифенольных соединениях способны принимать электроны, в результате чего образуются относительно стабильные феноксильные радикалы. Это вызывает нарушение цепных реакций окисления в клеточных компонентах [12]. Благодаря способности инактивировать или предотвращать образование реактивных свободных радикалов полифенольные соединения обладают антиоксидантными свойствами .
- Потребление соединений, принадлежащих к обсуждаемой группе, обладает способностью повышать антиоксидантную способность плазмы. Это может быть связано с наличием в плазме восстанавливающих полифенолов и их метаболитов, которые могут изменять концентрации других восстанавливающих агентов (щадящее воздействие полифенолов на другие эндогенные антиоксиданты). Другая возможность состоит в том, что они влияют на степень всасывания прооксидантных веществ, содержащихся в потребляемых продуктах питания, например железа [12].
- Окислительное повреждение клеточных компонентов, ДНК, липидов и белков накапливается с возрастом и способствует дегенерации соматических клеток и патогенезу этих заболеваний. Непосредственно воздействуя на активные формы кислорода или стимулируя эндогенные защитные системы, антиоксидантные соединения из рациона могут способствовать уменьшению этих повреждений [16].
- Дегенеративные заболевания, такие как сердечно-сосудистые заболевания, остеопороз и рак, связаны с процессом старения. Рак становится все более распространенным заболеванием. В 2020 году во всем мире было диагностировано 19,3 миллиона новых случаев рака. Кроме того, отмечено 10,0 миллионов смертей от рака. Число случаев рака легких увеличилось на 2,21 миллиона, рака молочной железы – на 2,26 миллиона, желудка – на 1,089 миллиона, печени – на 0,96 миллиона и рака толстой кишки – на 1,93 миллиона. Ожидается, что в 2040 году во всем мире произойдет около 28,4 миллиона случаев рака [17].
- Потенциал пищевых полифенолов оказывать терапевтический эффект можно, по крайней мере частично, объяснить двунаправленной связью с микробиомом кишечника. Это связано с тем, что полифенольные соединения влияют на состав микробиома кишечника таким образом, что приводит к сохранению гомеостаза в организме человека. В частности, микробиом кишечника превращает полифенолы в биологически активные соединения, обладающие терапевтическим эффектом даже в случаях предотвращения образования раковых клеток [17].
1. Ignat I., Volf I., Popa V.I. A Critical Review of Methods for Characterisation of Polyphenolic Compounds in Fruits and Vegetables. Food Chem. 2011;126:1821–1835. doi: 10.1016/j.foodchem.2010.12.026. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
2. Tresserra-Rimbau A., Lamuela-Raventos R.M., Moreno J.J. Polyphenols, Food and Pharma. Current Knowledge and Directions for Future Research. Biochem. Pharm. 2018;156:186–195. doi: 10.1016/j.bcp.2018.07.050. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
3.Ali A., Riaz S., Sameen A., Naumovski N., Iqbal M.W., Rehman A., Mehany T., Zeng X.-A., Manzoor M.F. The Disposition of Bioactive Compounds from Fruit Waste, Their Extraction, and Analysis Using Novel Technologies: A Review. Processes. 2022;10:2014. doi: 10.3390/pr10102014. [CrossRef] [Google Scholar]
4.Gumul D., Korus J., Achremowicz B. Wpływ Procesów Przetwórczych Na Aktywność Przeciwutleniającą Surowców Pochodzenia Roślinnego. ŻNTJ. 2005;4:41–48. [Google Scholar]
5.Vivarelli S., Costa C., Teodoro M., Giambò F., Tsatsakis A.M., Fenga C. Polyphenols: A Route from Bioavailability to Bioactivity Addressing Potential Health Benefits to Tackle Human Chronic Diseases. Arch. Toxicol. 2023;97:3–38. doi: 10.1007/s00204-022-03391-2. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
6.Bravo L. Polyphenols: Chemistry, Dietary Sources, Metabolism, and Nutritional Significance. Nutr. Rev. 1998;56:317–333. doi: 10.1111/j.1753-4887.1998.tb01670.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
7.Rana A., Samtiya M., Dhewa T., Mishra V., Aluko R.E. Health Benefits of Polyphenols: A Concise Review. J. Food Biochem. 2022;46:e14264. doi: 10.1111/jfbc.14264. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
8.Caruso G., Godos J., Privitera A., Lanza G., Castellano S., Chillemi A., Bruni O., Ferri R., Caraci F., Grosso G. Phenolic Acids and Prevention of Cognitive Decline: Polyphenols with a Neuroprotective Role in Cognitive Disorders and Alzheimer’s Disease. Nutrients. 2022;14:819. doi: 10.3390/nu14040819. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
9.Manach C., Scalbert A., Morand C., Rémésy C., Jiménez L. Polyphenols: Food Sources and Bioavailability. Am. J. Clin. Nutr. 2004;79:727–747. doi: 10.1093/ajcn/79.5.727. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
10.Teponno R.B., Kusari S., Spiteller M. Recent Advances in Research on Lignans and Neolignans. Nat. Prod. Rep. 2016;33:1044–1092. doi: 10.1039/C6NP00021E. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
11.De Jesus N.Z.T., Falcão H.d.S., Gomes I.F., Leite T.J.d.A., Lima G.R.d.M., Barbosa-Filho J.M., Tavares J.F., Silva M.S.d., Athayde-Filho P.F.d., Batista L.M. Tannins, Peptic Ulcers and Related Mechanisms. Int. J. Mol. Sci. 2012;13:3203–3228. doi: 10.3390/ijms13033203. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
12.Pandey K.B., Rizvi S.I. Plant Polyphenols as Dietary Antioxidants in Human Health and Disease. Oxidative Med. Cell Longev. 2009;2:270–278. doi: 10.4161/oxim.2.5.9498. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
13.Teka T., Zhang L., Ge X., Li Y., Han L., Yan X. Stilbenes: Source Plants, Chemistry, Biosynthesis, Pharmacology, Application and Problems Related to Their Clinical Application-A Comprehensive Review. Phytochemistry. 2022;197:113128. doi: 10.1016/j.phytochem.2022.113128. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
14.Higbee J., Solverson P., Zhu M., Carbonero F. The Emerging Role of Dark Berry Polyphenols in Human Health and Nutrition. Food Front. 2022;3:3–27. doi: 10.1002/fft2.128. [CrossRef] [Google Scholar]
15.Fraga C.G., Galleano M., Verstraeten S.V., Oteiza P.I. Basic Biochemical Mechanisms behind the Health Benefits of Polyphenols. Mol. Asp. Med. 2010;31:435–445. doi: 10.1016/j.mam.2010.09.006. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
16.Scalbert A., Manach C., Morand C., Rémésy C., Jiménez L. Dietary Polyphenols and the Prevention of Diseases. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2005;45:287–306. doi: 10.1080/1040869059096. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
17.Ali A., Manzoor M.F., Ahmad N., Aadil R.M., Qin H., Siddique R., Riaz S., Ahmad A., Korma S.A., Khalid W., et al. The Burden of Cancer, Government Strategic Policies, and Challenges in Pakistan: A Comprehensive Review. Front Nutr. 2022;9:940514. doi: 10.3389/fnut.2022.940514. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]