Молекулярные механизмы мембранотропного действия сапонинов. Стероидные сапонины Отличительными свойствами сапонинов от гликозидов являются

Проведено сравнительное изучение механизмов мембранотропного действия сапонинов различного строения. Методом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии показано, что взаимодействие сапонинов с мембранами, локализация и ориентация молекул в мембране определяются структурными особенностями агликона, строением углеводных цепей, их количеством и местом присоединения в агликоне. C помощью техники БЛМ показано, что механизм изменения проницаемости мембран сапонинами заключается в образовании ими ион-селективных каналов или неселективных пор в зависимости от концентрации, параметры которых зависят от структуры и концентрации молекул сапонинов, структуры и количественного содержания мембранных стеринов. Показана связь между структурой и каналообразующей активностью сапонинов и предложена молекулярная модель их действия на проницаемость стеринсодержащих мембран, объясняющая особенности действия низких и высоких концентраций гликозидов. Согласно этой модели сапонины, сорбируясь на мембране, образуют в ней двумерные смешанные сапонин-стериновые мицеллы таким образом, что агликон взаимодействует с молекулами стерина, углеводная цепь направлена в водную фазу и проводящая ионы структура состоит из комплексов, образованных агликонной частью сапонина с мембранным стерином. С увеличением концентрации сапонина увеличивается число субъединиц в мицелле или канале, селективность исчезает и ион-селективный канал превращается в неселективную водную пору, а при высоких концентрациях сапонина наблюдается структурный переход бислойных мембран в небислойные структуры с высокой проницаемостью. При действии на клетки в низких концентрациях сапонины образуют дополнительные ионные каналы, проницаемые в основном для K + , Na + и Cl - , которые близки по своим свойствам к природным ионным каналам и могут быть сигналом к стимуляции клеточных процессов. При более высоких концентрациях сапонины образуют каналы, проницаемые для ионов кальция, и в зависимости от интенсивности входа Ca 2+ , могут приводить как к стимулирующему, так и ингибирующему действию на клетки. Дальнейшее увеличение концентрации гликозидов приводит к нарушению барьерных свойств плазматических мембран для неэлектролитов, ингибированию внутриклеточных процессов и коллоидно-осмотическому лизису клеток. Предложен новый подход к регуляции проницаемости клеточных и модельных мембран с помощью рН-регулируемых сапониновых пор, размером и работой которых можно управлять, изменяя рН среды. Показано, что гликозиды даммаранового ряда в зависимости от концентрации могут проявлять как про-, так и антиоксидантное действие, аналогичное действию ацетата токоферола, и могут выступать в роли мембранных биоантиоксидантов. Работа выполнена при частичной поддержке грантов РФФИ № 96-04-51016 и № 99-04-48058.

Гликозидный « Saponin » природное вещество.

Сапонины довольно странные вещества, попадая в кровь они вызывают гемолиз (разрушение эритроцитов - красных кровяных телец), обладают высокой токсичностью для хладнокровных (рыбы, лягушки, черви), вызывая их гибель даже в миллионном разведении.

Действие сапонинов весьма разнообразно, они обладают мягчительным и отхаркивающим свойством, что позволяет применять их при легочных заболеваниях, мочегонным, успокаивающим, стимулирующим и тонизирующим. Как и все гликозиды, молекула сапонина состоит из углеводной части и агликона, получившего название САПОГЕНИН.

В растительном мире сапонины не то чтобы были весьма распространены, но все же встречаются как в подземных так и в наземных частях растений. Синюха, солодка, первоцвет, диоскорея, растения семейства аралиевых, патриния накапливают сапонины в корневой части, наперстянка в листве, а коровяка в цветах. Встречаются сапонины также у пчел, пиявок и очковых змей.

Время сбора разнообразно, корневища с корнями диоскореи заготавливают осенью или весной (до цветения), заманихи - осенью, корень солодки - весной и летом (лучше во время цветения).

Сапонины, как и все гликозиды нестойки, и при заготовки подвергаются принудительной сушки, температуре 55-60|С, с хорошей вентиляцией.

Помимо лечения сапонины широко используются в пищевой промышленности (солодка - для производства пива и шипучих напитков, мочения яблок и брусники, в производстве халвы), быту (для стирки тонких окрашенных тканей вместо мыла, так как пена не содержит щелочей и не разъедает красок), текстильной промышленности (для фиксации красок). Маглы умудряются применять сапонины при пожаротушении, они входят в состав противопожарных смесей как пенообразующие вещества (в частности в пенных огнетушителях используется солодка).

Поробнее о Сапонине.

Название "сапонин" (от лат. sapo - мыло) впервые появилось в 1819 г., когда из мыльнянки (растения семейства гвоздичных, с розоватыми душистыми цветками) было выделено вещество образующее с водой обильное количество пены. Сапонины - высокомолекулярные сложные органические соединения гликозидного характера, обладающие специфическими свойствами: водные растворы из сырья, содержащие сапонины, образуют обильную пену; попадая в кровь, вызывают гемолиз эритроцитов; токсичны для холоднокровных (лягушек, рыб, червей), вызывая их гибель даже в разведении 1:1000000. Подобно гликозиду, молекула сапонинов состоит из углеводной части и агликона, называемого сапогенином.

Классификация (характеристика агликона сапогенина).

Сапонины по строению их агликонов делятся на две группы: стероидные и тритерпеновые.

Стероидные сапонины (гликозиды). Сапогенины этих сапонинов являются производными циклопентанопергидрофенантрена, как и агликоны сердечных гликозидов.

Стероидные сапонины встречаются редко, преимущественно в растениях тропического климата. В семействах диоскорейных, норичниковых, спаржевых, амариллисовых стероидные сапонины часто встречаются совместно с сердечными гликозидами (наперстянка, ландыш и др.).

Тритерпеновые сапонины (гликозиды). У многих тритерпеновых сапонинов сапогенином является олеаноловая кислота.

В молекуле сапогенина имеются 5 конденсированных циклогексановых колец, образующих соединение с общей формулой С 30 Н 98 и 1-2 карбоксильные группы. Растения, содержащие тритерпеновые сапонины, распространены довольно широко (семейства синюховых, астровых, гвоздичных, яснотковых, валериановых, аралиевых, бобовых).

Способы получения.

Для выделения сапонинов из растительного сырья пользуются водой или разбавленными спиртами. Агликоны сапонинов хорошо растворяются в органических растворителях. Растворимость в воде зависит от количества моносахаридов и увеличивается с их возрастанием.

В последнее время для обнаружения сапонинов в сырье начали использовать хроматографию на бумаге и в тонком слое сорбента.

Количественное определение.

Используют весовой метод (осаждением сапонинов с последующим взвешиванием остатка), гемолитический и рыбный индексы, пенное число и химические методы.

Распространение.

Сапонины встречаются в растительном и животном мире.

Обнаружены у растений различных климатических зон, в подземных (синюха, солодка, первоцвет, диоскорея, растения семейства аралиевых, патриния)

и надземных (листья наперстянки, цветки коровяка) органах, в растворенном состоянии, в клеточном соке. Среди животных сапонины встречаются у пчел, змей очковых, пиявок.

Факторы, влияющие на накопление сапонинов.

Среди таких факторов можно выделить следующие:

1) Географический - преимущественно у южных растений;

2) Освещенность - положительно влияет на накопление (однако женьшень требует затемнения);

3) Почвенный - внесение удобрений увеличивает содержание сапонинов;

4) Возраст растения - у диоскореи на второй год развития сапонинов в 2 раза меньше, чем на четвертый.

Заготовка.

Сбор производят в определенную фазу накопления БАВ. Корневища с корнями диоскореи заготавливают осенью или весной (до цветения), заманихи - осенью, корень солодки - весной и летом (лучше во время цветения).

Техника сбора.

Корневища выкапывают, культивируемые выпахивают плугом или трактором (солодку). Быстро промывают (сапонины) в проточной воде, режут на куски. Некоторые виды сырья подвяливают (синюха, солодка, первоцвет).

Сушка.

Раскладывают тонким слоем, ворошат. Сушат быстро в сушилках с искусственным обогревом при температуре 55-60°С, с хорошей вентиляцией. Корень женьшеня требует особой обработки.

Хранение.

В упакованном виде как гликозидное сырье. Женьшень хранят особо в сухих хорошо проветриваемых помещениях. Сроки годности указаны на каждое сырье, в отдельных статьях.

Применение.

Усиливают секрецию бронхиальных желез, возбуждают кашлевой центр - используются как отхаркивающие средства. Как адаптогенные средства (женьшень, аралия). Регулируют водно-солевой и минеральный обмен (солодка). Усиливают деятельность гормонов, ферментов за счет эмульгирующего действия. Оказывают противовоспалительное действие (солодка). Стероидные сапонины за рубежом являются источником синтеза кортикостероидов (гормональный препарат кортизона), также применяются при атеросклерозе (поражение артерий, сопровождающееся накоплением на их внутренней поверхности жировых веществ в виде желтоватых бляшек, что уменьшает просветы артерий). Многие сапонины используют как мочегонные и слабительные средства.

Применение в народном хозяйстве.

Тритерпеновые сапонины широко используются в пищевой промышленности (солодка - для производства пива и шипучих напитков, мочения яблок и брусники, в производстве халвы), быту (для стирки тонких окрашенных тканей вместо мыла, так как пена не содержит щелочей и не разъедает красок), текстильной промышленности (для фиксации красок). Сапонины входят в состав противопожарных смесей как пенообразующие вещества (в огнетушителях используется солодка).

Сырьевая база.

Лекарственные растения - диоскорея японская, аралия маньчжурская - преимущественно дикорастущие дальневосточные виды. Женьшень обычно собирают с плантаций. В настоящее время изучаются надземные виды сырья - листья и плоды, что будет способствовать восстановлению зарослей женьшеня, аралии. Сырьевая база солодки не очень значительна. Потребность в корне этого растения велика как в медицине, так и в других отраслях народного хозяйства. Кроме того, Россия - крупнейший поставщик этого сырья на мировом рынке.

Сапонинами (от лат. Sapo - мыло) называют гликозиды растительного и животного происхождения, большая часть которых обнаруживает поверхностную, гемолитическую активностью и токсичность по отношению к холоднокровным животным.

Молекулы сапонинов, как и других гликозидов, состоят из сахарной части и агликона, который называют сапогенином. По типу агликона тритерпеновые сапонины разделяют на группы дамарана, циклоартана, лупан,а фриделана, урсана, олеанана и др. Гликозиды содержат один или два углеводные цепи линейной или разветвленной структуры.

Чаще всего углеводная цепь находится в положении С-3, но встречаются вещества, содержащие углеводный остаток по карбоксильной группе агликона.

В углеводной цепи может находиться от 1 до 11 моносахаридов D-глюкоза, D-галактоза, D-ксилоза, L-арабиноза, L-рибоза, D-фукозы, L-рамноза и Д-глюкуроновая кислота. В состав некоторых гликозидов входят остатки органических кислот, например ангеликовая, тиглиновая, коричная, уксусная и др.

Распространение и биологические функции в растениях

Сапонины обнаружены в 900 видах растений, относящихся к 90 семействам. Тетрацикличные тритерпеновые сапонины содержит ограниченная группа семейств - Araliaceae, Cucurbitaceae и некоторые др. Пентациклическая группа широко распространена в природе в растениях 40 семейств, в частности Fabaceae, Caryophyllaceae, Asteraceae, Araliaceae, Polygalaceae, Lamiaceae и тому подобное. Из высших споровых растений тритерпеновые сапонины содержат некоторые виды папоротников. Очень редко сапонины всречаются в организме животных.

Наличие сапонинов обнаружено во всех частях растений, но накапливаются они преимущественно в корнях, корневищах, клубнях, плодах, значительно меньше в коре и наземной части.

В растениях сапонины находятся в свободном состоянии или в сочетании с другими веществами. Чаще всего их бывает несколько, причем один или два доминируют по количественному содержанию. При изучении сапонинов в растениях были обнаружены некоторые особенности в их накоплении.

Несмотря на широкое распространение тритерпеновых сапонинов в природе и древнее использования человеком, изучены они недостаточно вследствие сложности химической и стереохимической строения. Их исследовало много зарубежных и отечественных ученых (Л. Ружичка с соавторами, С. Черникова, А. Хорлин, Ю. Оводом, Г. Еляков и др.).

Существует три точки зрения на роль сапонинов в жизни растений: сапонины -промежточное звено между низкомолекулярными и полимерными веществами, содержащими углерод; они - резервные вещества (содержат много сахаров); защищают растение (их поедают насекомые).

Тритерпеновые сапонины влияют на проницаемость растительных клеток, что связано с их поверхностной активностью. Незначительные концентрации сапонинов ускоряют, а концентрированные - замедляют прорастание семян, рост и развитие растений.

Олеаноловая кислота

Растения, содержащие тритерпеновые сапонины, распространены довольно широко (семейства синюховых, астровых, гвоздичных, яснотковых, валериановых, аралиевых, бобовых). Тритерпеновые гликозиды состоят из агликона (генина) тритерпеновой природы и углеводной части. По характеру агликона они могут относиться к - или -амириновому, лупановому, гопановому, даммарановому, ланостановому и голостановому рядам. В составе углеводной части найдены следующие моносахариды: D -глюкоза, 3-О -метил-О -глюкоза, D -галактоза, D -ксилоза, D -хиновоза, L -арабиноза, L -рибоза, D -фукоза, L -рамноза, ликсоза и D -глюкуроновая кислота и другие . Они образуют одну или две углеводные цепи линейной или разветвленной структуры. В настоящее время предложено несколько вариантов классификации тритерпеновых гликозидов, учитывающих те или иные особенности углеводной части. Так, вещества, содержащие углеводную цепь по карбоксильной группе агликона, Л.Г. Мжельская и Н.К. Абубакиров (1968 г.) предлагают называть ацилозидами. Выделяют бисдесмозидные и монодесмозидные гликозиды. В состав некоторых гликозидов входят остатки органических кислот (например, ангеликовой, тиглиновой, коричной, уксусной и др.), этерифицирующих преимущественно агликоны.

Установление полной структуры тритерпеновых гликозидов долгое время было невозможным из-за отсутствия этих веществ в чистом виде. В 60-е годы под руководством Н. К. Кочеткова были разработаны аналитические и препаративные методы разделения довольно сложных смесей гликозидов. Благодаря этому удалось установить структуру тритерпеновых гликозидов с большой молекулярной массой, получивших название олигозидов. Первым представителем этого класса веществ оказался гипсозид .

Достижения советской школы химиков позволили поставить на научную основу исследование гликозидов и занять лидирующее положение в мире в этой области химии природных соединений. Так, если к 1960 г. в литературе было описано строение лишь четырех гликозидов тритерпеновой природы, то через 20 лет их число приблизилось уже к 200, причем более 150 из них изучены советскими учеными . Эти соединения в подавляющем большинстве содержат в качестве агликонов хедерагенин, гипсогенин, олеаноловую и эхиноцпстовую кислоты, относящиеся к β-амириновому ряду.

Можно считать установленным, что наличие тритерпеновых гликозидов в растениях отдельных семейств может служить хемотаксономическим признаком. Наиболее богаты этими веществами следующие семейства: гвоздичные, лютиковые, бобовые, аралиевые, сложноцветные, сапиндовые и др.

1.1.3. Характеристика углеводной части. В состав углеводной части входят следующие сахара: D -глюкоза, D-галактоза, L -рамноза, L -арабиноза, D -ксилоза, L -фруктоза, D -глюкуроновая и D -галактуроновая кислоты. Многие сапонины содержат в углеводной части несколько остатков моносахаридов. Углеводная часть чаще присоединяется к гидроксильной группе при углеродном атоме С -3 кольца А углеродного скелета. У некоторых тритерпеновых гликозидов углеводная цепь присоединяется к углеродному атому С -28 посредством O -ацилгликозидной связи. По количеству молекул моносахаридов сапонины, как и гликозиды, подразделяются на монозиды, биозиды, триозиды, тетразиды, пентозиды и олигозиды. Тритерпеновые сапонины имеют до 10 и более моносахоридных остатков, которые могут образовывать две сахарные цепочки. Сахарная цепочка бывает линейной (у большинства гликозидов) или разветвленной (например, у аралозида В ).

1.1.4. Физико-химические свойства. Бесцветные, реже желтоватые аморфные или кристаллические вещества (в основном стероидные сапонины). Сапонины оптически активны. Растворимость зависит от числа моносахаридных остатков: при 4 и более - хорошо растворимы в воде; при 2-4 - плохо растворимы в воде, но хорошо в метаноле. Понижают поверхностное натяжение. Легко гидролизуются ферментами и кислотами.

1.1.5. Тритерпеновые гликозиды в организме-продуценте. Показано, что тритерпеновые гликозиды локализуются в жизненно важных органах и тканях. В больших количествах они обнаружены в листьях, цветках, семенах, плодах, корнях, корнеплодах и стеблях .

Выявлена общая закономерность локализации гликозидов в листьях растений рода Hedera . Эти соединения обнаруживаются в основном в полисадной части мезофилла листа и эпидермальных клетках вдоль главных жилок. Внутри клетки они локализуются на поверхности хлоропластов в виде пятнышек различного размера. По данным Педерсена, тритерпеновые гликозиды преимущественно концентрируются в наружном слое коры корней проростков люцерны. Показано, что содержание и скорость биосинтеза тритерпеновых гликозидов изменяются в широких пределах в зависимости от возраста и физиологического состояния организма-продуцента. Так, уровень гликозидов в люцерне Medicago sativa L. существенно связан с сортом, сроком уборки урожая и долей листьев в общей растительной массе. В люцерне трех сроков сбора содержание гликозидов составило 1.55; 3.04 и 2.97 %, причем концентрация в листьях была выше, чем в стеблях (соответственно 2.26-3.43 и 1.11-1.33 %) .

При развитии подсолнечника содержание тритерпеноидов в верхних листьях возрастает, а в нижних листьях и корнях падает .

Несколько иная закономерность выявлена М.К. Яворской и А.Д. Хоменко (1973 г.), которые установили, что в онтогенезе концентрация гликозидов в листьях сахарной свеклы изменяется незначительно. Наиболее высокий уровень этих веществ обнаружен в черешках 45-дневных растений и по мере их роста он постепенно снижается.

Значительные колебания в содержании тритерпеноидов наблюдаются в семенах тропического растения Balanites aegyptiaca в период первых девяти дней прорастания. Максимальная концентрация сапогенинов отмечается к пятому дню прорастания семян, минимальная - к девятому.

Интересные данные получены при изучении содержания отдельных тритерпеноидов и стероидов в цветках ноготков Calendula officinalis на протяжении шести стадий их развития: от бутона (5 дней) до увядания цветка (27 дней). Начиная с 12 дня развития, чашелистники изучались отдельно от самого цветка. Показано, что на протяжении всего периода развития цветка вплоть до его полной зрелости содержание всех форм тритерпеноидов и стеринов увеличивается. Биосинтез свободных -амирина, эритродиола и гликозидов олеаноловой кислоты, а также -ситостерина, стигмастерина и изофукостерина происходит как в самом цветке, так и в зеленых растениях. При увядании цветка концентрация тритерпеноидов и стеринов уменьшается. Как полагают авторы, это связано с перемещением гликозидов олеаноловой кислоты в корневую часть растения. В цветках календулы присутствуют пять гликозидов олеаноловой кислоты, для биосинтеза которых в качестве предшественника использовалась уксусная кислота.

При изучении скорости биосинтеза тритерпеноидов в различных органах календулы лекарственной обнаружено, что включение 1-14O -ацетата в тритерпеноиды составило (%): корни 0,023, листья 0,14, цветки 0,51 . Высокая скорость биосинтеза тритерпеновых гликозидов обнаружена у молодых растений и в прорастающих семенах календулы. Примечательно, что в зародыше синтезируются тритерпеноиды только олеаноловой кислоты, а семядолях - только урсановой и лупановой групп. Как показали дальнейшие исследования, формирование углеводной цепи у C -3-атома олеаноловой кислоты происходит независимо от того, свободна или гликозилирована COOH-группа в положении C -17 .

На биосинтез тритерпеноидов в растениях большое влияние оказывает интенсивность света, при этом обнаруживается прямая зависимость между интенсивностью фотосинтеза и скоростью синтеза тритерпепоидов. Между жирными кислотами и тритерпеноидами существует конкуренция за предшественник, который образуется в процессе фотосинтеза .

Значительные колебания в содержании тритерпеновых гликозидов отмечены в организме голотурий. Показано, например, что наиболее высокая концентрация гликозидов у Holothuria leucospilota B. выявлена в кювьеровой железе и яйцеклетках. По мере созревания последних уровень гликозидов увеличивается, причем в яйцеклетках максимум приходится на май - июль, а в кювьеровой железе - на март - июль .

В.С. Левин и В.А. Стоник изучали изменение уровня тритерненовых гликозидов у Cucumaria traudatrix в зависимости от возраста животного и сезона года. Установлено, что количество гликозидов у молодых неполовозрелых особей относительно невелико. В период роста голотурий до достижения половозрелости оно резко увеличивается, а при дальнейшем росте животных остается почти постоянным. Содержание гликозидов в стенках тела голотурий Cucumaria fraudatrix осталось в период с декабря по май на одном уровне, тогда как в гонадах значительно уменьшилось. Авторы не исключают возможность участия гликозидов в процессе размножения.

Гликозиды в изучаемых объектах представляют собой сложные смеси веществ, которые по своей структуре весьма близки. Чаще всего различие состоит в длине углеводной цепи по гидроксильной группе. При переходе от простых гликозидов к более сложным происходит ее удлинение на один моносахарид, в то время как O -ацилозидная часть во всех соединениях одна и та же (или полностью отсутствует). На основании большого фактического материала было сделано предположение, что биосинтез углеводной цепи по гидроксильной группе генина протекает благодаря ее постепенному удлинению, а по карбоксилу агликоиа разовым присоединением целого фрагмента .

Сапонинами называют группу природных соединений растительного или животного происхождения, обладающих поверхностной активностью и способных вызывать гемолиз эритроцитов. Молекулы сапонинов, как и других гликозидов, состоят из агликона, который носит название “сапогенин”, и углеводной части.

Впервые эта группа веществ была выделена в 1811 г. Шнайдером из мыльнянки, а термин “сапонины” ввел в 1819 г Мэлон на основании того, что растворы этих веществ при встряхивании способны образовывать обильную пену (“Sapo” в переводе с латинского означает мыло).

Установить полную структуру сапонинов долгое время не удавалось и с момента открытия сапонинов и до 60-х годов XX века, т.е. почти за 150 лет удалось изучить химическую структуру только четырех гликозидов сапонинового ряда. В 60 -х годах под руководством акад. Кочеткова были разработаны аналитические и препаративные условия исследования сапонинов, что позволило российским ученым занять лидирующее положение в области химии этой группы природных соединений. Так, в настоящее время известно более 200 тритерпеновых сапонинов с установленной структурой и более 150 из них изучены отечественными учеными.

Роль сапонинов в растениях. Сапонины находятся в клетках растений в растворенном виде. Эти соединения в больших количествах обнаруживаются в тех органах и тканях, которые интенсивно функционируют или содержат большое количество активно делящихся клеток: хлоропласты, меристематические участки, семена растений и т.д. В зависимости от состояния растительного организма содержание и скорость биосинтеза сапонинов изменяются в достаточно больших пределах, что указывает на значительную роль этих соединений в обмене веществ. Предполагается, что сапонины включаются в основной метаболизм в период роста растений, выполняя еще не изученные до настоящего времени регуляторные функции. Доказано, что сапонины используются растительными организмами для борьбы за существование и поддержания равновесия при антагонистических взаимоотношениях биологических систем, в частности, служат факторами невосприимчивости растений к грибковым заболеваниям.

Классификация сапонинов. Сапонины классифицируют в зависимости от химического строения агликона (сапогенина). По этому признаку все сапонины подразделяются на следующие группы:

1. Стероидные - при гидролизе распадаются на моносахариды и агликоны, содержащие 27 углеродных атомов в молекуле и имеющие в основе структуру циклопентанпергидрофенантрена.

В свою очередь стероидные сапонины подразделяются на гликозиды спиростенолового ряда с 6 циклами в стероидной части молекулы (I) и гликозиды фуростенолового ряда, у которых одно их колец раскрыто и боковая цепь в них содержит глюкозу (II):

2. Тритерпеновые - в основе лежит шестикратно повторяющаяся молекула изопрена, образуя соединение с суммарной формулой С 30 Н 48 .

Тритерпеновые сапонины по характеру агликона могут относиться к a- или b-амиринового ряду, лупановому или фриделиновому ряду:

3. Близкие к тритерпеновым сапонинам сапонины с агликоном тетрациклической стероидной структуры (в изучаемых нами растениях представлены производными дамарана - панаксатриолом панаксадиолом):

Распространение в растительном мире. Cапонины достаточно широко распространены в растениях: их присутствие достоверно установлено в 40 семействах.

Стероидные сапонины содержатся в растениях разных семейств, но преимущественно в семействах Liliaceae, Dioscoreaceae, Fabaceae, Ranunculaceae и Scrophulariaceae. Всего до настоящего времени известно около 150 стероидных гликозидов, из них более 100 спиростеноловых и около 40 - фуростеноловых. Сахарные компоненты стероидных сапониновых гликозидов по сравнению с другими гликозидами имеют более сложное строение. Они могут содержать от 1 до 9 моносахаров, соединенных между собой как линейно, так и с разветвлением цепи.

Тритерпеновыми сапонинами наиболее богаты семейства Caryophyllaceae, Ranunculaceae, Fabaceae и Asteraceae. В сахарных компонентах тритерпеновых сапонинов может находиться от 1 до 10 различных моносахаров и их присоединение может быть в одном или нескольких местах. Помимо этого сахарные компоненты могут иметь раздвоение цепей. В состав углеводного компонента тритерпеновых сапонинов кроме обычных моносахаров могут входить глюкуроновые или галактуроновые кислоты, а также остатки органических кислот - коричной, уксусной и др., что придает молекуле кислый характер,

Сапониновые гликозиды с агликоном тетрациклической стероидной структуры широко распространены в семействе Araliaceae. Яркими представителями являются сапонины жень-шеня, представленые так называемыми панаксозидами - производными панаксодиола и панаксотриола. В сахарных компонентах панаксозидов содержатся от 3 до 6 моносахаридных остатков в 2-х углеводных цепях, связанных О-гликозидными связями.

Биогенез сапонинов в растениях. Тритерпеновые и стероидные сапонины синтезируются в растениях по изопреноидному пути. Их биогенетическим предшественником является сквален, который образуется путем соединения «хвост к хвосту» двух молекул фарнезилпирофосфата (см. «Биосинтез терпеноидов», «Биосинтез сердечных гликозидов»).

Физико-химические свойства сапонинов . Свойства сапонинов зависят как от структуры сапогенина, так и от строения углеводного компонента. Гликозиды сапонинов, как правило, аморфные вещества. Их кристаллизуемость зависит от длины углеводного компонента: имеющие в своем составе до 4-х монозидов могут быть получены в кристаллическом виде. Сапогенины же, как правило, являются кристаллическими соединениями с четко выраженной температурой плавления. Сапонины являются поверхностно активными веществами и обладают оптической активностью.

Сапонины не растворимы в хлороформе, ацетоне, петролейном эфире, но растворимы в низших спиртах. Растворимость сапонинов в воде определяется длиной углеводного компонента: гликозиды, имеющие менее 5-ти углеводных остатков плохо растворимы в воде.

Из водных или водно-спиртовых растворов сапонины можно осадить добавлением водоотнимающих агентов (эфира, ацетона) или добавлением солей тяжелых металлов.

Тритерпеновые сапонины и, в меньшей степени, стероидные, способны образовывать комплексы с фенолами, высшими спиртами и стеринами. На этом основана гемолитическая активность сапонинов. Механизм гемолиза эритроцитов заключается в следующем. Вначале образуется прочный комплекс сапониновых гликозидов с компонентами эритроцитарных мембран, содержащих остатки жирных кислот. Под действием ферментов происходит гидролиз гликозидов до свободных сапогенинов. В свою очередь, образовавшиеся сапогенины становятся способными к конкуренции со структурными белками мембраны за липопротеины. В итоге происходит ее разрушение и происходит выход гемоглобина и другого содержимого из эритроцитарных клеток.

Тритерпеновые сапонины могут быть нейтральными или кислыми, что обусловлено наличием в агликоне карбоксильной группы или присутствием уроновых и органических кислот в углеводном компоненте.

Кислые сапонины образуют растворимые соли с одновалентными металлами и нерастворимые - с двухвалентными.

Многие сапонины способны образовывать молекулярные комплексы с белками, липидами и дубильными веществами.

Все сапонины неустойчивы в кислой среде, поскольку в этих условиях происходит расщепление гликозидных связей.

Выделение сапонинов из растительного сырья . Выделение сапониновых гликозидов включает в себя получение из растительного материала суммарного экстракта, его очистку от балластных веществ и последующее разделение смеси на индивидуальные компоненты.

Наиболее распространенным методом выделения сапониновых гликозидов является экстракция водным метиловым, этиловым или изопропиловым спиртами с предварительным обезжириванием сырья петролейным, диэтиловым эфирами или другими гидрофобными растворителями. Необходимость этой операции связана с присутствием в растениях жироподобных веществ, прежде всего стеринов, с которыми большинство сапонинов способны образовывать нерастворимые в водных спиртах комплексные соединения.

При экстракции сапонинов водными спиртами необходимо соблюдать ряд предосторожностей. Так, например, наличие в растениях органических кислот может привести к их деструкции (кислотному гидролизу) сапоновых гликозидов. Для устранения этого нежелательного эффекта в экстрагент добавляют небольшое количество пиридина, связывающего органические кислоты.

Подбор растворителя для экстракции зависит от строения извлекаемых веществ. Высокополярные гликозиды обычно экстрагируют водным бутиловым спиртом.

Для извлечения тритерпеновых сапонинов кислого характера используют разбавленный водный аммиак или водный раствор соды, так как эти соединения, содержащие небольшую углеводную составляющую, хорошо растворимы в щелочах и выпадают в осадок при подкислении.

Гликозиды, содержащие небольшое количество моносахаридных остатков, могут быть очищены переосаждением из спиртовых растворов водой.

Полярные сапонины, плохо растворимые в метаноле или этаноле, выпадают в осадок при охлаждении или длительном стоянии концентрированных спиртовых экстрактов.

Некоторые гликозиды, содержащие глюкуроновую кислоту, могут осаждаться гидроокисью бария или свинца, ацетатом свинца, а осадки затем разлагают серной кислотой, углекислотой или сероводородом.

Разделение и очистку сапонинов осуществляют самыми различными приемами (осаждением ацетоном или другими водоотнимающими агентами, гель-фильтрацией, хроматографией на колонках с оксидом алюминия или силикагелем, ионообменной хроматографией и др.), что зависит от химического строения сапонинового гликозида.

Качественный анализ сапонинов . Обычно для качественных реакций готовят водный настой 1:10, нагревая измельченное растительное сырье на водяной бане в течение 10 мин.

Для обнаружения сапонинов в растительном сырье пользуются реакциями, основанными на физико-химических, химических и биологических свойствах этих веществ.

К первой группе относится реакция пенообразования. Это не только чувствительная, но и довольно характерная проба, так как других веществ, обладающих способностью к пенообразованию, в растениях не встречается.

Реакцией пенообразования можно дифференцировать присутствие в сырье либо стероидных, либо тритерпеновых сапонинов. Для этого в две пробирки помещают 0,1 Н хлороводородную кислоту или 0,1 Н раствор натрия гидроксида. При наличии в сырье тритерпеновых сапонинов в обеих пробирках образуется пена, равная по объему и устойчивости. Если сырье содержит сапонины стероидной группы, то в среде щелочи образуется пена, в несколько раз больше по объему и устойчивости.

Ко второй группе относятся реакции осаждения и цветные реакции.

1. Из водных растворов сапонины осаждаются гидрооксидом бария или магния, солями меди, ацетатом свинца. При этом тритерпеновые сапонины осаждаются средним ацетатом свинца, а стероидные - основным.

2. Из спиртовых извлечений стероидные и тритерпеновые сапонины выпадают в осадок в виде холестероидов при добавлении спиртового раствора холестерина.

3. Стероидные сапонины дают реакцию Либермана-Бурхарда: растворенные в ледяной уксусной кислоте, при добавлении смеси уксусного ангидрида и концентрированной серной кислоты, образуют окраску от розовой до зеленой и синей.

4. Тритерпеновые сапонины обнаруживаются реакцией с уксусным ангидридом и концентрированной серной кислотой в хлороформной среде - развивается оранжевое окрашивание.

К биологическим методам обнаружения сапонинов относится реакция гемолиза эритроцитов . К настою, приготовленному на изотоническом растворе, прибавляют 2% взвесь эритроцитов - образуется “лаковая” кровь.

Следует иметь в виду, что существуют сапонины, практически не проявляющие гемолитических свойств. Поэтому для определения неизвестных веществ всегда дополнительно пользуются реакциями, основанными на химических свойствах.

Количественное определение сапонинов . Для количественного определения сапонинов в растительном сырье используются биологические и физико-химические методы.

К биологическим методам относится определение гемолитического индекса. Гемолитический индекс - это минимальная концентрация сапонина, выражаемая в микрограммах на литр, которая вызывает полный гемолиз 2% суспензии дефибринированной плазмы крови. Следует иметь в виду, что различные сапонины при одинаковой концентрации имеют разный гемолитический индекс. Поэтому каждое сырье должно иметь свой стандарт - раствор соответствующего чистого сапонина.

Общих физико-химических методов определения сапонинов в сырье не существует. В некоторых случаях может быть применен гравиметрический способ, основанный на весовом определении сапогенина после кислотного гидролиза суммы сапониновых гликозидов. Широко применяются фотоэлектроколориметрические методы после проведения химической реакции, в результате которой образуются устойчивые окрашенные продукты.

Поскольку сапонины поглощают свет в области 260-280 нм, к ним применимы прямые спектрофотометрические методы количественного анализа.

Сапонины, являющиеся производными спиростана, флуоресцируют в УФ свете. Их можно определять флуориметрическими методами.

Некоторые сапонины, имеющие кислый характер, определяют титриметрическим способом. Наибольшее распространение получил метод нейтрализации в неводной среде.