только для медицинских специалистов
Консультант врача. Электронная медицинская библиотека

Консультант врача

Электронная медицинская библиотека

Доступ к библиотеке Версия для слабовидящих
Раздел 1 / 3
Страница 5 / 23

Раздел IV. Качество, технологии и безопасность пищи

Фитотоксины

Рассмотрим основные классы фитотоксинов. В связи с чрезвычайным разнообразием данных соединений как по химической структуре, так и по механизму их токсического действия, все фитотоксины разделяются на две большие группы — содержащие и не содержащие азот.

Токсины, содержащие азот. Данные токсины состоят не менее чем из 7 семейств: небелковые аминокислоты, цианогенные гликозиды, глюкозинолаты, изобутиламиды ненасыщенных алифатических кислот, алкалоиды, пептиды, белки [1–19].

Небелковые аминокислоты. Примерами могут быть следующие.

  • 3,4-Диоксифенилаланин (L-ДОФА). Эта аминокислота токсична для насекомых, значительно менее токсична для млекопитающих. В семенах Mucuna (бобовые) содержание ее достигает до 9%. Нарушает активность фермента тирозиназы, трансмембранного медьсодержащего фермента, участвующего в окислении фенолов, а также тирозина, что приводит к нарушению синтеза меланина.
  • β-Цианоаланин. Встречается в семенах Vicia (бобовые). Токсичен для млекопитающих: вызывает у крыс конвульсии и смерть при введении в концентрации 200 мг/кг веса тела. Механизм его действия сводится к блокированию цистатионин-γ-лиазы — фермента, играющего значимую роль в эфферентном проведении возбуждения в нервно-мышечном синапсе.
  • Канаванин. Встречается в семенах канавалии мечевидной — Canavalia ensiformis (4–6% сырой массы), Dioclea megacarpa (до 7–10% сырой массы). Для человека и млекопитающих является токсичным веществом. Механизм токсичности данного соединения сводится к тому, что он способен встраиваться вместо L-аргинина в первичную структуру синтезируемого белка в процессе трансляции на рибосомах. Это приводит к синтезу функционально неактивных белков, в том числе важнейших ферментов в организме (в том числе скорость-лимитирующих ферментов биохимических цепей).
  • Азетидин-2-карбоновая кислота из растений семейств бобовых и лилейных. Так же как и канаванин, способна встраиваться в состав синтезируемых белков в процессе трансляции.

Цианогенные гликозиды. Сами по себе не токсичны, но энзиматически разрушаются и образуют цианистую кислоту (HCN). Цианид подавляет активность цитохромоксидазы дыхательной цепи митохондрий, что вызывает тканевую гипоксию с возможным летальным исходом [1–5]. Следует отметить, что если заместителями R являются две метальные группы, то этот цианоген называют линамарином. Он встречается у льна и других родов [2–7]. Если одна из замещающих групп — метил, а другая — этил, то цианоген называют лотаустралином. В семенах горького миндаля содержится амигдалин. Образование цианогенных гликозидов и фермента, необходимого для его расщепления с образованием HCN, контролируется двумя генами: G и Е [1–9]. Природные популяции растений распадаются на четыре генотипа: GE, Ge, gE и ge. При отравлении цианидами существуют биохимические пути их детоксикации, выработанные у некоторых животных. Существует фермент — роданеза, посредством которого происходит превращение цианида в тиоцианат [3–12]. В этом процессе участвует сера, поступающая от p-меркаптопирувата (HSCH2CОCО2H), который превращается в пируват. Цианогены имеются у центральноамериканских видов акаций, не образующих мутуализма с муравьями.

Глюкозинолаты. Встречаются у растений 10 семейств, в том числе Brassicaceae (синигрин) [5–7]. Токсичность связана с выделением изотиоцианатов (горчичных масел). Кроме того, что изотиоцианаты токсичны, они могут подвергаться дальнейшему превращению с образованием соответствующих тиоцианатов. Вызывают у млекопитающих заболевание — гипертиреоидизм. Глюкозинолаты токсичны и для насекомых, и для крупного рогатого скота [1].

Изобутиламиды ненасыщенных алифатических кислот. Выделены из растений семейств сложноцветных и рутовых [1]. Примерами являются пеллиторин из корней Anacyclus pyrethrum DC.; спилантол (аффинин) из стебля Spilanthes oleracea Jacq. и из корней Heliopsis longipes (A. Gray) Blake, а также Н. scabra Dunal.; эхинацеин из корней Echinacea angustifolia DC., плодов и корней Zanthoxylum piperitum DC. и коры Z. clava-herculis L.; анациклин из корней Anacyclus pyrethrum DC [30–49]. Общий механизм токсического действия сводится к изменению нативной структуры клеточных мембран и внутриклеточных мембранных компартментов соответствующими фитотоксикантами, что приводит к нарушениям функционирования ряда молекулярных механизмов различных тканей организма [1].

Алкалоиды (по-видимому, более 7–8 тыс.). Обнаружены во многих растениях и включают следующие основные группы:

  1. Производные пиридина и пиперидина. Например, н-холиномиметик никотин (из Nicotiana spp.), анабазин (из Anabasis aphyllaL., и из Nicotiana spp.). Оба алкалоида применялись как инсектициды. Еще пример — кониин из болиголова Conium maculatum L. (более подробно рассматривается в главе «Ядовитые растения»).
  2. Производные пирролидина и тропана. Например, стахидрин, гигрин, кокаин, гиосциамин, м-холиноблокатор атропин (из красавки Atropa belladonna L.) (более подробно рассматривается в главе «Ядовитые растения»).
  3. Производные хинолина и изохинолина. Например, морфин, кодеин (из опийного мака Papaver somniferum L.), тубокурарин (блокатор н-холинорецепторов скелетных мышц; один из многих алкалоидов некоторых видов яда кураре), пеллотин, норлауданозолин, барберин [1–7]. Следует отметить некоторые важные фармакологические эффекты морфина, который является полным агонистом мю-опиоидных рецепторов, действуя на оба их подтипа.
  4. Производные индола. Например, стрихнин (из Strychnos mix-vomica), хинамин (из хинного дерева Cinchonaspp.), виндолин (из Vinca sp.), серпентин (из Rauwolfia serpentina Benth. et Kurz.), свыше 60 алкалоидов яда кураре [5–14]. По своим фармакологическим и токсикологическим эффектам стрихнин приводит к резкому повышению возбудимости ЦНС, прежде всего повышает рефлекторную возбудимость. В результате многие рефлекторные реакции становятся генерализованными, а при передозировках это приводит к появлению тетанических судорог. Во многом этот определяется тем, что стрихнин блокирует действие ряда аминокислотных медиаторов, прежде всего глицина в тормозных синапсах.
  5. Производные пурина: кофеин, теобромин, различные производные ксантинов [1]. Оказывают стимулирующее действие на ЦНС, постольку выступают в качестве конкурентных антагонистов аденозина для Р1-рецепторов. Кроме того, кофеин влияет на центры продолговатого мозга — дыхательный и сосудодвигательный центры. Возникает учащение и углубление дыхания. Кроме того, кофеин возбуждает центры блуждающего нерва. Следует отметить его прямое стимулирующее влияние на миокард. При передозировках возможны аритмии. Отмечается значительное накопление цАМФ в гладких и поперечнополосатых мышцах, поскольку он является ингибитором фосфодиэстеразы.
  6. Стероидные алкалоиды. К ним относят соланин (Salanum tuberosum L. — из картофеля, а-томатин — из томата) [1]. Есть данные, что соланин может вызывать тератогенез у млекопитающих и снижать выживаемость потомства особей. Механизм токсического действия соланина определяется его особенностями взаимодействия с биологическими мембранами. Прежде всего, соланин способен разрушать эритроциты (вызывает гемолиз) в силу существенного изменения критической константы мицелообразования липидов биологических мембран. Этим же механизмом обусловлено его влияние на нервную систему — приводит к парабиозу, а затем некрозу нейронов. Также оказывает токсическое влияние на слизистую желудочно-кишечного тракта. При выведении с мочой оказывает токсическое действие на ткани почек.
  7. Производные имидазола. Например, высокотоксичный м-холиномиметик (мускариномиметик) пилокарпин (из Pilocarpus pinna-tifolius Jaborandi, Южная Америка) [10–19].
  8. Ациклические алкалоидные амины: эфедрин, антимитотические токсины колхицин и колхамин (из безвременника Colchicumspp.) и др. [1]. Механизм действия колхицина сводится к нарушению образованию веретена деления при митозе, а также деполимеризации тубулина. Эфедрин представляет собой индуктор высвобождения катехоламинов (адреналина и норадреналина), прежде всего вне ЦНС, а также является ингибитором моноаминооксидазы — МАО.
  9. Аконитовые алкалоиды. Например, обладающий курареподобной активностью метилликаконитин (из живокости Delphinium spp.) [18].
  10. Пирролизидиновые алкалоиды. Пирролизидиновые (и некоторые другие) алкалоиды накапливаются некоторыми растительноядными насекомыми, что повышает их защиту от различных хищников [18]. Следует отметить, что были установлены растительные алкалоиды, близкие по своей структуре к некоторым видам сахаров, что приводит к ингибированию ферментов, участвующих в метаболизме углеводов. Некоторые токсичные алкалоиды, такие как свайнсонин из Swainsona sp. и кастаноспермин из Castanospermum australe, способны влиять на процесс полимеризации тубулина [1].

Пептиды. Примерами токсичных пептидов могут служить вискотоксин из омелы белой Viscum album, а также некоторые токсины грибов [18].

Белки. Примерами токсичных белков являются лектины. В семенах африканского растения Abrus precatorius L. (бобовые) содержится абрин [1–19]. Летальная доза его для человека около 0,5 мг. В семенах клещевины Ricinus communis L. содержится токсичный рицин (более подробно рассматривается в главе «Ядовитые растения»). Содержащиеся в семенах покрытосеменных другие лектины также могут быть токсичны для фитофагов. В семенах сои Glycine max (L.) Merr. и ряда других растений найдены белки — ингибиторы протеаз [18].

Группа негликозидных токсинов. Простейшим примером может служить монофторуксусная кислота CH2FCО2H [1]. Она встречается в некоторых южноафриканских растениях (например, Dichapetalum cymosum Engl.). Этот яд ингибирует цикл Кребса. Для человека летальная доза 2–5 мг/кг веса тела. Еще одним простым по структуре, но эффективным токсином оказался 2-тридеканон. Содержание 2-тридеканона в диком виде томата Lycopersicon hirsutum f. glabratum С. H. Mull примерно в 70 раз превышает его концентрацию в тканях культивируемого томата L. esculentum Mill [1–19].

Токсины растений, не содержащие азот. В эту разнообразную группу токсинов входят соединения, относящиеся к различным по классам веществам: гликозиды, сапонины, терпеноиды, флавоноиды, хиноны, полиацетилены (полиины), пиретрины и др. [1–19].

Большой группой веществ, среди которых есть токсичные соединения, являются терпеноиды. К ним относятся монотерпены, сесквитерпены, дитерпены [18]. Терпеноидные альдегиды, в том числе госсипол, участвуют в создании резистентности растений к нематодам [1]. К токсичным терпеноидам относится целый ряд веществ, в том числе сапонины. По механизму токсического действия сапонины способны образовывать комплексы с холестерином, что приводит к формированию пор в билипидном слое мембран эритроцитов. В результате происходит гемолиз. В целом, обладая выраженными детергентными свойствами, их токсические эффекты связаны с изменением критической константы мицеллообразования липидов мембран клеток, приводя к их лизису. Примером последних служит медикагеновая кислота из листьев Medicago sativa L. (люцерна) [1, 18]. Она токсична для насекомых и рыб. Терпен лимонен оказался эффективным инсектицидом против жуков Callosobruchus pliasecoli Gyli. Весьма интересная группа токсинов — многообразные форболовые эфиры растений семейств Euphorbiaceae и Thymelaeaceae [3, 7]. Эти вещества вызывают отравление домашних животных. Были обнаружены новые токсичные дитерпеновые Pimelea prostrata Willd. (семейство Thymelaeaceaе), эндемики Новой Зеландии [1]. Эти вещества делают пимелею токсичной для домашнего скота. Среди этих токсичных веществ найдены производные тиглиана, дафнана и 1-а-алкил-дафнана. Вещества последней группы проявили себя как промоторы раковой опухоли [4].

Флавоноиды широко распространены среди покрытосеменных, голосеменных папоротников и мхов. Представитель флавоноидов — ротенон из корней Derris, Теphrosia и Lonchocarpus (бобовые), токсичный для насекомых и рыб, ингибирует цепь переноса электронов в митохондриях и используется как пестицид. Ротенон применяется в биохимии при исследовании биоэнергетики митохондрий [3, 18]. Ряд токсичных флавоноидов (например, рутин) выделен из томатов Lycopersicon esculenlum Mill.; показана их токсичность для одного из вредителей томатов — совки Heliothis zea (Boddie).

Xиноны. Представитель хинонов — гиперицин из листьев зверобоя Hypericum perforatum, токсичен для млекопитающих [1]. В основе механизма фармакологического и токсикологического действия гиперицина лежит его способность ингибировать дофамин-β-гидроксилазу — важный фермент в дофаминергической структуре, осуществляющий превращение дофамина в норадреналин. Есть данные, указывающие на сродство гиперицина к серотониновым, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и бензадиазепиновым рецепторам. Тем не менее данное соединение для человека является малотоксичным, и в большей мере находит свое применение в качестве антидепрессанта.

Полиацетилены (полиины) встречаются у покрытосеменных (в том числе у Apiaceae и Asteraceae), а также у грибов. Представители полиацетиленов — цикутотоксин из корней Cicuta virosa L. и энантетоксин из корней Oenanthe crocata L. (зонтичные), токсичные для млекопитающих [1, 18]. Токсические эффекты цикутотоксина связаны с тем, что он является антагонистом рецептора ГАМК (более подробно рассматривается в главе «Ядовитые растения»).

Простые фенолы обычны в растениях, имеют выраженную биологическую активность и несут, по-видимому, одновременно несколько экологических функций. Часто имеют антимикробную, антифидантную, аллелопатическую активность [1].

Среди других токсичных метаболитов растений обнаружены алкилфенолы, выделенные из Schinus terebinthifolius Raddi (Anacardiaceae) [1–19]. Эти же вещества являются продуктами биодеградации в биосфере загрязняющих веществ, попадающих в экосистемы в составе некоторых детергентов [1]. Механизм их действия связан с детергентными свойствами, т.е. способностью понижать критическую константу мицелообразования липидов биологических мембран.

Пиретрины (pyrethrins). Эти производные циклопропанкарбоновой кислоты из Chrysanthemum cinearifollum Vis. [1, 8]. Природная смесь пиретринов состоит из 6 веществ, представленных сложными эфирами хризантемовой или пиретриновой кислоты и алициклических кетоспиртов: пиретролона и цинеролона [1]. Представляют собой достаточно токсичную группу веществ, вызывающих отравления не только животных, но и человека. Особенностью этих фитотоксикантов является тот факт, что они послужили моделью разработки ряда пестицидов, наиболее значимый из них — аллетрин [1–5].

Растения могут поглощать и накапливать в своих тканях микотоксины, вырабатываемые почвенными грибами, и эти микотоксины становятся защитой от фитофагов. Так, растение южноамериканской саванны Baccharis caridifolia DC. из семейства сложноцветных накапливает в своих тканях микотоксины из группы макроциклических трихотеценов. Эти токсины имеют практическое значение, так как вызывают отравление пасущегося скота. Среди микотоксинов особо значимы афлатоксины — афлатоксин В, образуемый грибом Aspergillus flavus. Последний пример имеет прямое отношение к высшим растениям, поскольку этот гриб растет на арахисе (Arachis hypogea) и других растениях. Причиной такой значимости — высокая токсичность этих соединенй.

Гликозиды. Сердечные гликозиды (карденолиды, cardenolides) — ряд соединений, которые имеют стероидную структуру и обладают кардиотонической активностью [1–19]. Их примерами служат дигитоксин, дигоксин, строфантин G (уабаин), олеандрин и др. [30]. Они ингибируют мембранные АТФазы, оказывают мощное воздействие на обмен К+, Na+ и Са+ и на многие физиологические процессы [30]. Влияют на работу Na/K-насоса [18]. Влияние этих веществ сводится к понижению трансмембранного Na/Cа-обмена. Это приводит к уменьшению выведения Са из клетки, накоплению его в саркоплазматическом ретикулуме кардиомиоцитов, а также дополнительному поступлению Са извне посредством кальциевых L-каналов. В этом случае потенциал действия приводит к более сильным кальциевым всплескам, что и обуславливает кардиотонический эффект. Это выражается положительным инотропным и отрицательным хронотропным эффектами с удлиненной диастолой. Следует отметить селективное действие этих соединений на сердце. Передозировка лекарств с сердечными гликозидами может привести к смерти больного [18]. Характерная особенность гликозидов — их химическая лабильность. Первичные гликозиды легко подвергаются гидролизу как ферментативного, так и неферментативного происхождения. Некоторые гликозиды, относящиеся к сапонинам, токсичны для животных [1–18]. Показана токсичность некоторых сапонинов для моллюсков, насекомых, рыб, амфибий. Биологической активностью обладают и многие другие гликозиды, в том числе иридоидные (распространенные у растений не менее 6 семейств), флавоноидные и др. [18].

Резюмируя фармакологические и токсикологические свойства рассмотренных фитотоксинов, следует отметить их чрезвычайное разнообразие как по природному происхождению и химической структуре, так и по механизму взаимодействия с организмом. Тем не менее, несмотря на свои токсические свойства, многие фитотоксины широко используются в качестве соединений для приготовления лекарственных средств. Таким образом, при обеспечении должного уровня безопасности, их использование имеет большое значение в лечебной медицине.

Литература

  1. Ветеринарная токсикология с основами экологии: учебное пособие для вузов / под ред. М.Н. Аргунова. СПб.: Лань, 2007. 416 с.
  2. Генри Т.А. Химия растительных алкалоидов. М., 1956. С. 235–315.
  3. Гришин Е.В.Роль нейротоксинов в изучении натриевых каналов (Grishin Е.V. The role of neurotoxins in studing sodium channels // Chemistry of Peptides and Proteins / eds W. Voelter, E. Bayer, Y.A. Ovchinnicov, E. Wunsch. New York, 1984. Vol. 2.
  4. Гурин И.С.,Ажгихин И.С. Биологически активные вещества гидробионтов — источник новых лекарственных средств и препаратов. М.: Наука, 1981. С. 105–132.
  5. Гусынин И.А.Токсикология ядовитых растений. М.: Сельхозиздат, 1962. С. 56–91.
  6. Даниленко В.С.,Родионов П.В. Острые отравления растениями. Киев: Здоровье, 1981. С. 156–203.
  7. Дударь А.К.Ядовитые и вредные растения лугов, сенокосов, пастбищ. Характеристика, меры по уничтожению. М.: Россельхозиздат, 1971. С. 215–236.
  8. Жизньрастений / под ред. А.А. Федорова. М.: Просвещение, 1972–1974. Т. 1–6. С. 23–56.
  9. Жуленко В.Н., Горшков Г.И. Фармакология: учебник для вузов / под ред. В.Н. Жуленко. М.: КолосС, 2008. 512 с.
  10. Каплин В.Г. Основы экотоксикологии: учебное пособие для вузов. М.: КолосС, 2007. 232 с.
  11. Никитин А.А.,Панкова И.А. Анатомический атлас полезных и некоторых ядовитых растений. Л.: Наука, 1982. С. 21–32.
  12. Николаевский В.В.Биологическая активность эфирных масел. М., 1987. С. 12–16.
  13. Овчинников Ю.А.Природные токсины в изучении молекулярных основ нервной проводимости // Фундаментальные науки — медицине. М.: Наука, 1980. С. 35–46.
  14. Соколов В.Д., Андреева Н.Л., Ноздрин Г.А. и др. Ветеринарная фармация: учебник для вузов / под ред. В.Д. Соколова. М.: КолосС, 2003. 496 с.
  15. Субботин В.М., Александров И.Д. Ветеринарная фармакология: учебное пособие для вузов. М.: КолосС, 2004. 720 с.
  16. Токин Б.П.Целебные яды растений. Л., 1967. С. 121–146.
  17. Фруентов Н.К., Кадаев Г.Н. Ядовитые растения. Медицинская токсикология растений Дальнего Востока / под ред. И.И. Брехмана. Хабаровск, 1971. 256 с.
  18. Харкевич Д.А. Фармакология: учебник для вузов. 8-е изд., перераб., доп. и испр. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. С. 52–364.
  19. Шапошников А.А. Биохимия токсинов. Белгород: БелГУ, 2009. С. 112–156.