Flawonoidy – budowa, funkcja i ich rola

Flawonoidy – wprowadzenie

Flawonoidy są to związki pochodzenia roślinnego. Znajdują się one w wielu owocach, tj. w aronii, owocach cytrusowych, czereśniach, borówkach, jagodach etc., warzywach, tj. w pomidorach, soi, cebuli, papryce, brokułach. Możemy też znaleźć je w kawie, winie, oliwie z oliwek, ziarnach kakaowca i wyżej wspomnianej herbacie. Pełnią rolę: 

• atraktantów

• funkcję barwnikową

• funkcję przeciwutleniającą

• funkcję insektycydów

• funkcję fungicydów[1,2]

Spełniają mnóstwo funkcji, m.in. przeciwmiażdżycową, przeciwnowotworową, przeciwwirusową, przeciwalergiczną. Uważane są za najlepsze źródło substancji przeciwutleniających, dlatego też wspomagają nasze procesy wewnętrzne. Spowalniają procesy starzenia się komórek. Były wykorzystane w badaniach nad chorobą Parkinsona, na linii komórkowej PC12, wykazano wówczas ich ochronny wpływ także w badaniach nad procesem apoptozy indukowanej amyloidem β w komórkach neuronów (choroba Alzheimera). W tych badaniach wykorzystane są ekstrakty roślinne, nie zaś same pojedyncze flawonoidy. Samym flawonoidom oddaje się jednak działanie uszczelniania naczyń krwionośnych poprzez hamowanie enzymów proteolitycznych. Prowadzi to do efektu przeciwobrzękowego i przeciwwysiękowego. Podczas suplementacji nimi spełniają istotne funkcję podobne do witamin, dlatego też od pewnego czasu weszła moda na wykorzystanie tych związków w profilaktyce oraz samym leczeniu wielu chorób. [2,4,5]

Budowa flawonoidów

Wg nomenklatury IUPAC podstawową struktury samych flawonoidów jest heterocykliczny układ chromanu (beznzo-γ-piranu), gdzie grupa ketonowa znajduje się w pozycji czwartej (chroman-4-on lub benzopiron). Gdy wprowadzimy w pozycję drugą podstawnik fenylowy powstaną nam odpowiednio 2-fenylochroman i 2-fenylochroman-4-on. Do tej właśnie grupy zaliczyć można flawanole, flawano-2,3-diole(leukocyjanidy) oraz flawonoidy, które mają grupę karbonylową w czwartej pozycji (2-fenylochroman-4-on) – flawanony oraz flawonole, które są oparte na strukturze 3-hydroksy-2-fenylochromanonu-4. Flawony i flawonole posiadają podwójne wiązanie w pierścieniu chromanu. Izoflawony posiadają podstawnik fenylowy w trzeciej pozycji pierścienia chromanu. Dawniej zapisywano każdy pierściń literami. A i B były to pierścienie benzenowe a C był pierścieniem heterocyklicznym piranu. 

Prekursorem wszystkich flawonoidów jest, powstający z fenyloalaniny, chalkon. Początek syntezy to kwas szikimowy – związek wyjściowy w syntezie aminokwasów aromatycznych. Deaminacji ulega fenyloalanina i przekształcana zostaje do kwasu cynamonowego. Reakcji tej towarzyszy amoniakoliaza fenyloalaninwa (PAL). Następnie wprowadzana zostaje grupa –OH poprzez 4-hydroksylaze cynamonową i powstaje kwas kumarowy. Kolejno przy odpowiednich katalizatorach przeprowadzany on jest do estru CoA. W wyniku kondensacji cząsteczki 4-kumaroilo-CoA i trzech cząsteczek malonylo-CoA, przy udziale syntazy chalkonu, powstaje chalkon. Następnie zachodzi cyklizacja chalkonu do flawanonu. Reakcji tej towarzyszy izomeraza chalkon-flawanon. To jest miejsce rozgałęzienia się dalszych etapów syntezy poszczególnych grup flawonoidów. 

Obecnie znanych jest około 5 tysięcy flawonoidów, jednakże podaje się także w innych źródłach, że ich suma sięga 8 tysięcy. Dzieje się tak dlatego, że każdy atom węgla w chromanie bądź w benzenie może ulec reakcji podstawiania (metoksylacji lub hydroksylacji). Wolne grupy –OH mogą ulec glikolizie lub też acylacji. Pochodne, które już nauka poznała, różnią się od siebie : pozycją i liczną grup –OH, różnym stopniem utleniania atomu węgla w pozycji dwa, typem wiązania glikozydowego. 

W znacznej większości naturalnie występujących flawonoidów pierścień heterocykliczny występuje zwykle z grupami hydroksylowymi lub, rzadziej, z grupami metoksylowymi (pozycja 3,5 i 7, w pierścieniu benzenowym – 3’,5’ lub 5’,6’). Związki te mają zdolność kondensacji. [2,6,7]

Rysunek 1Wzory strukturalne różnych grup flawonów. A – chalkon, B – flawan, C – flawanony, D – izoflawany, E – neoflawany, F – flawony, G – izoflawony, H – jon flawyliowy, J – neoflawony .

Klasy flawonoidów i ich występowanie

Flawonoidy występują powszechnie w różnych częściach roślin. Wykryto je m.in. w liściach, kwiatach, owocach i nasionach. Są one barwnikami, dzięki którym owoce cytrusowe mają żółty kolor a wachlarz rozpiętości kolorów kończy się na granatowej jagodzie. Flawonoidy są swoistymi strażnikami. Chronią one roślinę przed owadami, grzybami a także promieniowaniem UV. Poza tym mogą pełnić rolę inhibitorów, regulatorów wzrostu czy też funkcję hormonów. Są to związki, które powszechnie występują w roślinach, co za tym idzie, człowiek jedząc rośliny spożywa także flawonoidy. Dzienna porcja dostarczanych flawonoidów wynosi ok. 1g, przy czym aglikanów zjadamy od 23 do 170 mg/dobę i są to głównie flawonole, flawony oraz flawanony natomiast w postaci glikozydów zjadamy od 230 do 1000 mg/dobę. W ramach porównań w Japonii związków flawonoidów zjada się 68,3 mg/dobę a w Finlandii 2,6 mg/dobę. Stwierdza się, że społeczności wschodnie jedzą przeszło 2 razy więcej roślin niż społeczności zachodnie, dlatego też mają większą podaż flawonoidów.  Głównymi źródłami związków flawonoidowych Polaków są herbata, cebula oraz jabłka.

Badacze podzielili flawonoidy na następujące klasy przedstawione w tabeli poniżej.[2,8]

Flawonoidy związki z korzyścią ale i szkodą

Gdy włączamy telewizor, naszym oczom ukazuje się reklama Ginko biloba, wyciąg z miłorzębu japońskiego. W skład kremów reklamowanych wchodzą składniki pochodzenia naturalnego, często roślinnego. Pijemy czerwone wino, herbatkę, jemy owoce, np. jabłka, borówki, pijemy soki z aronii. Wszędzie otaczają nas niezauważalne, ale co raz bardziej cenione, flawonoidy. Przypisujemy im przede wszystkim zdolności antyoksydacyjne. Mówimy o zdolnościach przeciwzapalnych, przeciwnowotworowych, ochronie układu krwionośnego. Chelatują metale przejściowe, neutralizują wolne rodniki, aktywują enzymy II fazy detoksykacji. Aktywność tych związków jest zależna od ułożenia grup funkcyjnych. Efektywne zmiatanie wolnych rodników przypisujemy przede wszystkim : [3,9]

1. grupom orto-dihydroksylowa (katecholowa) w strukturze pierścienia B, zapewniającym delokalizację elektronów;
2. C₂ = C₃ wiązaniom podwójnym w obrębie pierścienia C sprzężonym z ugrupowaniem 4-ketonowym, zapewniającym delokalizację elektronów z pierścienia B;
3. grupom hydroksylowe w pozycjach C₃ i C₅ pierścieni A i C tworzącym wiązania wodorowe z ugrupowaniem 4-ketonowym;

Parafrazując, każda substancja jest trucizną, zależy wszystko od jej dawki. Tak samo jest w kwestii flawonoidów. Jeżeli suplementacja nimi będzie zbyt duża ich działanie będzie odwrotne do zamierzonego celu. Będą one przyczyniać się do utleniania innych cząsteczek, a więc od działania antyoksydacyjnego przejdą w działanie prooksydacyjne. I w tym wypadku należy szukać schematu działania w budowie. Związki mono- i dihydroksylowe nie będą wykazywały takiego działania. Jednak polihydroksylowe i owszem, zwłaszcza, gdy są połączone z pierścieniem B. Wzmagają produkcję reaktywnych form tlenu. Działa tak również wiązanie podwójne między węglem C₂ = C₃, a więc, paradoksalnie, te same struktury zarówno bronią naszego organizmu jak i go niszczą! Poza tym, że to generuje reaktywne formy tlenu, to także przyczynia się do inhibicji enzymów antyoksydacyjnych. Mają też zdolność do komensalizmu z innymi antyoksydantami. [9]

W czasie zmiatania wolnych rodników flawonoidy ulegają utlenieniu do wysoce reaktywnego rodnika semichinonowego, który następnie utleniany jest do chinonu. Gdy powyższa reakcja przebiega w obecności tlenu i jonów metali przejściowych o dużym stężeniu, wraz z  chinonem powstaje także anionorodnik ponadtlenkowy, a to przyczynia się do wzrostu stresu oksydacyjnego w organizmie. Źródłem rodnika semichinonowego jest nie tylko aktywność antyoksydacyjna, ale także: 

1. inhibicja peroksydacji lipidów,
2. utlenianie przez peroksydazy, 
3. autoutlenianie flawonoidów.

W przypadku flawonoidów polihydroksylowych, gdzie grupy -OH są ulokowane przede wszystkim w pierścieniu B, podczas autoutleniania generowany jest niebezpieczny nadtlenek wodoru, H₂O₂. Podczas trzymania w ustach, żucia, zielonej herbaty przez dłuższy czas, dochodzi do powstawania w znacznej ilości właśnie nadtlenku wodoru. Spostrzeżenie to zostało powiązane z ilością flawonoidów w liściach zielonej herbaty. Właśnie w tym doświadczeniu dostrzeżono znaczenie rozłożenia grup hydroksylowych. Nadtlenek wodoru okazał się pomocny w walce z komórkami nowotworowymi jajnika. 

Podsumowując, w suplementacji tymi związkami ważnym jest zachowanie zasady „złotego środka”. Trzeba sobie zdawać sprawę z oddziaływań tych związków na cząsteczki w naszym organizmie, jakimi są białka, lipidy czy kwasy nukleinowe. Musimy pamiętać, że tuż obok właściwości antyoksydacyjnych stoją właściwości przeciwne – prooksydacyjne, które, np. w walce z nowotworem, są pożądane. [3,9]

Mgr Martyna Michałek, mgr Monika Miśkiewicz, mgr Klaudia Put, mgr Daria Zarzycka

Piśmiennictwo:

1. Flawonoidy – budowa, właściwości i funkcja ze szczególnym uwzględnieniem roślin motylkowatych Micha³ Jasiński, Ewa Mazurkiewicz, Pawe³ Rodziewicz, Marek Figlerowicz
2. Małgorzata Czaplińska, Jan Czepas Krzysztof Gwoździński.: Budowa, właściwości przeciwutleniające i przeciwnowotworowe flawonoidów, Postępy Biochemii, 2012, 58(3), 235-244.
3. Zhao B.:Natural antioxidants for neurogenerative diseases. Molec Microbiol, 2005, 31: 283-293
4. . Huxley RR, Neil HA,:The relation between dietary flavonol intake and coronary heart disease mortality: a meta-analysis of prospective cohort studies. Eur J Clin Nutr , 2003, 57: 904-908
5. Geissmann TA The chemistry of flavonoid compounds. Pergamon Press, Oxford 15, 1962
6. Kohlmünzer S  Farmakognozja, PZWL, Warszawa 1998
7. Wilska-Jeszka J, Podsędek A (2001) Bioflavonoids as natural antioxidants. Wiad Chem 55: 987-1003
8. Prozdrowotna rola kwercetyny obecnej w diecie człowieka Agnieszka Kobylińska, Krystyna M. Janas Postepy Hig Med Dosw (online), 2015; 69: 51-62 e-ISSN 1732-2693
9. Heim K., Tagliaferro A., Bobilya D., 2002, Flavonoid antioxidants: chemistry, metabolism and structure-activity relationship, J. Nutr. Biochem, 13, 572-584.