Lactonen in planten en supplementen - soorten, eigenschappen en medische perspectieven

Tabletka, szklanka z wodą i roślina na drewnianym stole

08 Okt 2024

Geplaatst door: Łukasz Szostko Tijden Lezen: 561 Reacties: 0

Net zoals er een veelheid aan gezondheidsbevorderende stoffen in ons lichaam circuleert, geldt dit ook voor planten. Veel van de bestanddelen van planten hebben niet alleen een positief effect op zichzelf, maar ook op ons wanneer we ze consumeren. Ingrediënten zoals polyfenolen, flavonoïden, alkaloïden en sterolen zijn welbekend. Over lactonen wordt minder gesproken, maar dat zou niets af moeten doen aan hun eigenschappen. Wetenschappers zijn al lang geïnspireerd door lactonen om nieuwe medicijnen te ontwikkelen om patiënten met veel kwalen te helpen. Ook in sommige zeer populaire supplementen zoals Ginkgo biloba of Ashwagandha vinden we lactonen, die verantwoordelijk zijn voor hun gezondheidsbevorderende effecten. In dit artikel bespreken we welke soorten lactonen in de natuur voorkomen, waar ze voorkomen en waar ze verantwoordelijk voor zijn, en wat we er in de toekomst van kunnen verwachten. Lees tot het einde!

Wat zijn lactonen? Definitie en eigenschappen

Lactonen zijn biologisch actieve verbindingen die in veel planten voorkomen, maar ook in schimmels, bacteriën, zeesponzen en andere organismen. Veel ervan zijn aromatische stoffen die geur en soms smaak geven aan planten. Ze zijn echter niet zo klein en vluchtig als de stoffen in etherische oliën. Er kunnen slechts kleine hoeveelheden lactonen in zitten, omdat hun massa een beetje te groot is om efficiënt door te laten tijdens destillatie. In plaats daarvan kan van het aroma van lactonen worden genoten door absolues (bijv. jasmijn) of geperste essentiële oliën (bijv. bergamot) te kiezen in plaats van gedestilleerde.

Chemisch kunnen ze worden geclassificeerd als intramoleculaire cyclische hydroxyzuuresters met verschillende ringgroottes[1]. Vanwege de stabiliteit van de ringstructuur komen γ- en δ-lactonen met ringen met vijf en zes leden het meest voor. De Griekse letters worden alleen gebruikt om de grootte van de lactonring aan te geven. Zo hebben bijvoorbeeld alle γ-lactonen vijf-ringen en alle ε-lactonen zeven-ringen.

Verbindingen met een lactonefragment kunnen een heel ander koolstofskelet hebben en kunnen worden ingedeeld in verschillende klassen van verbindingen, zoals sesquiterpene lactonen, cumarines of steroïde skeletlactonen.

Szkielety chemiczne
De chemische skeletten zijn achtereenvolgens α-, β-, γ-, δ-lactonen.

De kleinste verbindingen in deze klasse zijn α-, β-, γ-, δ- en ω-lactonen. Ze bevatten respectievelijk 3-, 4-, 5-, 6- en 7-ringen. De hoge stabiliteit van de lactonringen bepaalt het wijdverbreide voorkomen van γ- en δ-lactonen in de natuur. Naar schatting komen er van nature meer dan 3000 γ-lactonen voor. α-lactonen daarentegen kunnen alleen synthetisch worden verkregen[2].

De diversiteit maakt dit tot een uiterst interessante groep die een aantal belangrijke chemische en biologische eigenschappen vertoont[1]. De meest genoemde activiteiten zijn:

cytotoxisch,
ontstekingsremmend,
antimalaria,
antiviraal,
antimicrobieel.

Lactonen en hun derivaten worden gezien als kandidaten voor het opvullen van het gat in de farmacologie dat is ontstaan door de verspreiding van ziekteverwekkende bacteriën die resistent zijn tegen conventionele antibiotica. Hierbij is het de moeite waard om te vermelden dat lactonen al heel lang in de geneeskunde worden gebruikt. Het antibioticum erytromycine heeft bijvoorbeeld naast andere functionele groepen een 14-hoekige lactonring.

Voorbeelden van natuurlijke lactonen die worden gebruikt in voedingssupplementen

Laten we beginnen met praktische informatie, namelijk welke lactonen je kunt nemen in de vorm van voedingssupplementen om echt een verschil te maken voor je gezondheid. Later in dit artikel leer je de classificatie en chemische details.

Terpeenlactonen

Ginkgo biloba extracten zijn een van de belangrijkste bronnen van lactonen in supplementatie. Standaard extracten zijn gestandaardiseerd om 6% terpeenlactonen te bevatten. Deze lactonen bestaan uit bilobalide en ginkgoliden, de belangrijkste actieve stoffen in ginkgo, die verantwoordelijk zijn voor de meeste gezondheidseigenschappen[3]. Ginkgoliden zijn diterpeenlactonen, terwijl bilobalide een triterpeenlacton is (meer specifiek, een sesquiterpeen trilacton). In de totale groep van lactonen zijn ginkgoliden goed voor 3,1 en bilobalide voor 2,9 procentpunten.

Vitanoliden

Dit is de belangrijkste groep werkzame stoffen in de beroemde adaptogene plant Vitania sluggishis, bekend als Ashwagandha. Het belangrijkste domein is de adaptogene werking, d.w.z. het verhogen van de weerstand tegen stressvolle omstandigheden. Het spectrum van gezondheidsbevorderende activiteiten is echter veel breder.

Vitanoliden zijn een groep natuurlijk voorkomende lacton triterpenoïden[4]. De gezondheidsbevorderende eigenschappen van de lactonen uit Ashwagandha zijn zo waardevol dat er talloze pogingen worden gedaan om ze te synthetiseren en derivaten te maken met een nog groter potentieel.

Artemisinine

Artemisinine is een sesquiterpeen lacton geïsoleerd uit bijvoet(Artemisia annua). Het wordt gebruikt in supplementen om het immuunsysteem te ondersteunen en als ontstekingsremmer.

Volgens studies is artemisinine effectief tegen zowel geneesmiddelresistente als hersenstammen van Plasmodium falciparum die malaria veroorzaken[5].

Er komen veel meer verschillende sesquiterpene lactonen voor in de familie van de asterplanten, vooral in soorten van het genus Artemisia [6], dan alleen artemisinine. De antimicrobiële activiteit van sesquiterpenen kan verband houden met veranderingen in de eiwitsynthese, veranderde celpermeabiliteit of interactie met celwandfosfolipiden die de membraanintegriteit verstoren[1].

Ecdysteroïden

Planten zoals Ajuga turkestanica, Leuzea carthamoides of Spinacia oleracea (gewone spinazie) bevatten ecdysteroïden, die een lactonstructuur hebben. Voorbeelden zijn ajugalacton of cartamosteron[7].

Wzory chemiczne ecdysteroidów
Grafische bron - doi: 10.1016/B978-0-444-63473-3.00005-8.

Kavalactonen

Dit zijn de werkzame stoffen in methystine peper, of kava kava. In Polen is kava kava helaas niet goedgekeurd voor gebruik in voedingsmiddelen, maar in de VS zijn bijvoorbeeld kava kava extracten in capsules met gestandaardiseerde kavalactonen te koop[8]. Er zijn veel verschillende stoffen, maar 6 zijn de belangrijkste - hun skeletten worden getoond in de onderstaande grafiek.

Wzory chemiczne kavalaktonów
Bron van de grafiek - doi: 10.3390/nu12103044

Monacoline K

Chemisch gezien heeft monacoline K een lactonstructuur met een esterring. De werking is analoog aan die van synthetische statines en wanneer het wordt omgezet in zijn actieve zuurvorm, wordt het een remmer van het enzym dat verantwoordelijk is voor de cholesterolsynthese in het lichaam (het is een HMG-CoA-reductaseremmer)[9]. Het EFSA-panel was van mening dat monacoline K in lactonvorm identiek is aan lowastatine, het actieve ingrediënt in verschillende geneesmiddelen die zijn goedgekeurd voor de behandeling van hypercholesterolaemie in de EU. Om deze reden is de toegestane dagelijkse inname van monacoline K uit supplementen beperkt tot doses van minder dan 3 mg.

Indeling en classificatie van lactonen

We zullen kort de meest voorkomende en talrijke groepen lactonen bespreken.

[Deze sectie is een beetje saai, maar de beknopte chemische informatie, en er is een zware verzadiging van karakteristieke trefwoorden hier; ik zou het doen in de vorm van een drop-down accordeon, de manier waarop faq secties worden gedaan].

γ-lactonen

Dit zijn 5-hoekige lactonen. γ-lactonen komen voor in de structuur van verschillende natuurlijke producten, zoals γ-verzadigd butyrolacton en α-β-onverzadigde butenoliden. Butenoliden vertonen fascinerende biologische eigenschappen, bijvoorbeeld [2]:

3-methyl-2H-furo[2,3-c]pyran-2-on vertoont een sterke herbicide activiteit,
flupiradifuron is een effectief insecticide,
rubrolidium M en basidalin vertonen antikanker eigenschappen,
5-octylfuran-2(5H)-on vertoont aangroeiwerende activiteit.

Butenoliden en butyrolactonen staan ook bekend om hun karakteristieke geur, waardoor ze veel gebruikt worden in de voedings- en parfumindustrie.

δ-lactonen

6-hoekige lactonen. Ze komen veel voor in de natuur. Net als γ-lactonen kunnen δ-lactonen worden onderverdeeld in verzadigde en α-β-onverzadigde lactonen, waarbij de laatste het meest voorkomen. Het δ-lacton fragment komt veel voor in verschillende natuurlijke verbindingen met uiteenlopende biologische activiteiten[2], zoals:

remming van HIV-protease,
inductie van apoptose (goniotalamine en rasfonine),
antileukemische activiteit (dictyopyrone C),
antikanker (pyronetin),
leishmanicide,
trypanicide,
schimmelwerend (argentilacton),
antimicrobieel,
ontstekingsremmend.

Middelgrote lactonen

Deze lactonen bevatten ringen met 8 tot 11 leden. De decalactonen met 10 leden komen het meest voor in de natuur. Van de natuurlijke 8-hoekige lactonen onderscheiden we de octalactonen A en B. Ze hebben een potentiële cytotoxische activiteit tegen melanoom- en colorectale tumorcellen. Cefalosporoliden en solandelactonen zijn andere voorbeelden van natuurlijk voorkomende 8-hoekige lactonen[2].

Oxylipinen, halicholacton, neohalicholacton en topsentoliden zijn enkele vertegenwoordigers van 9-member lactonen. Zeven topsentoliden (A1, A2, B1, B2, B3, C1 en C2) vertoonden een matige cytotoxische activiteit tegen menselijke kankercellijnen. Antimycine dilactonen staan bekend om hun antibiotische en schimmelwerende eigenschappen en hun vermogen om apoptose van kankercellen te induceren. Decalactonen, of nonanoliden, zijn de best bestudeerde natuurlijke middelgrote lactonen en vertonen een verscheidenheid aan biologische eigenschappen. Decaestrine onderscheidt zich door zijn remmende werking op de biosynthese van cholesterol.

Ftaliden

Ftaliden zijn cyclische moleculen gevormd door de combinatie van een γ-lacton en een benzeenring. Het zijn belangrijke organische moleculen die geproduceerd worden door verschillende plantengeslachten uit de Apiaceae familie. Deze verbindingen worden ook gevonden in de Asteraceae, Acanthaceae, Amaranthaceae en Magnoliaceae.

Deze klasse verbindingen wordt al sinds de 18e eeuw bestudeerd en in de literatuur zijn talloze verslagen te vinden over de verschillende etnobotanische toepassingen en biologische activiteiten. Bijvoorbeeld:

(S)-3-n-butylftalide wordt op de markt gebracht als een anticonvulsivum voor de behandeling van cerebrale ischemie,
isopestacine heeft schimmelwerende en antioxiderende eigenschappen,
fuscinarin heeft een anti-amnesische werking,
(±)-concentricolide heeft antivirale activiteit.

Ftaliden hebben ook antimicrobiële, bloedplaatjes- en pijnstillende eigenschappen.

Cumarines

Dit zijn secundaire metabolieten van planten en schimmels. Deze heterocyclische verbindingen bevatten een benzeenring gekoppeld aan een α-pyron. Ze trekken de aandacht vanwege hun antivirale, antikanker, Alzheimer preventie, antidepressieve, antibiotische (armillarine), ontstekingsremmende (scopoletine) en antistollingseffecten (warfarine en dicoumarol).

Cumarines worden op grote schaal gebruikt in de cosmetica-, kleurstoffen- en voedingsmiddelenindustrie en als lichtgevende materialen.

Furanocoumarinen

Verbindingen die een furanring bevatten die gekoppeld is aan het cumarineskelet. Ze worden geproduceerd door planten als reactie op stress en als bescherming tegen roofdieren zoals schimmels, bacteriën en insecten. Furanocoumarines worden gebruikt om huidziekten te behandelen.

Spirolactonen

Dit zijn natuurlijk voorkomende verbindingen die een grote familie vormen van structureel diverse moleculen met een breed scala aan biologische activiteiten:

antimicrobieel (spiroindicumide A),
schimmelwerend (perrenniporide A),
ontstekingsremmend (abiespiroside A),
antiparasitair (plumericine),
antiviraal (biyouyanagin B),
cytotoxisch (yaoshanenolide A).

Naast natuurlijk voorkomende verbindingen omvatten spirolactonen ook synthetische steroïden die bekend staan als 17α-spirolactonen. Het bekendste lid van deze klasse is spironolacton vanwege zijn antagonisme tegen aldosteron, een hormoon in het renine-angiotensine-aldosteronsysteem dat in verband wordt gebracht met hypertensie, harthypertrofie en hart- en vaatfibrose.

Ilustracja mikroskopowej struktury mikroorganizmu

Strigolactonen

Dit zijn fytohormonen geïsoleerd uit planten van de geslachten Striga en Orobanche. Strigolactonen stimuleren de zaadkieming van parasitaire planten bij het detecteren van de gastheer, reguleren de plantengroei, remmen de kieming en bemiddelen in ondergrondse chemische communicatie tussen planten en naburige organismen. De bekendste natuurlijke voorbeelden hebben een tricyclische ABC-kern met γ-lacton als een van de ringen en een exocyclische D-ring van butenolide. Deze structuur is te vinden in 5-deoxystrigol.

Strigolactonen worden gebruikt als bodemadditieven om onkruid te bestrijden en zo landbouwverliezen door onkruidschade te beperken. Deze verbindingen induceren suïcidale kieming. Dat wil zeggen dat de signalen uitgezonden door de aanwezigheid van geïsoleerde rhizosfeerverbindingen of synthetische equivalenten de kieming van parasitaire zaden induceren zonder de aanwezigheid van een gastheer, wat leidt tot de dood van het onkruid.

Macrolactonen

Macrolactonen of macrocyclische lactonen bevatten ringen met 12 of zelfs meer leden. Ze kunnen geclassificeerd worden als oliden of dioliden.

Kukuoliden fungeren als feromonen en worden door veel dieren gebruikt voor chemische communicatie. Kukuolid X is geïdentificeerd als een feromoon dat de vrouwelijke kever Oryzaephilus surinamensis aantrekt, een plaag van maïs en rijst.

Macrolactinen zijn macroliden geïsoleerd uit bacteriestammen van Bacillus en Actinomadura. Momenteel zijn er 19 macrolactinen (A-S) beschreven in de literatuur. Hun biologische activiteit varieert van antiviraal tot antischimmel. Macrolactine A vertoont bijvoorbeeld een krachtige activiteit tegen het herpes simplex virus en kan de HIV-replicatie bij mensen controleren. Macrolactinen T en B daarentegen zijn in staat om de schimmels Alternaria solani en Pyricularia oryzae en de bacterie Staphylococcus aureus te remmen. Dan zijn er nog quinolidomycinen A1, A2 en B1, waarvan quinolidomycinen A1 en B1 de groei van verschillende kankercellen remmen, waaronder ook kankercellen die resistent zijn tegen geneesmiddelen.

Gemotiveerd door de talloze voorbeelden van natuurlijk voorkomende lactonen en hun brede scala aan biologische activiteiten, hebben chemici die verbonden zijn aan de organische chemie hun aandacht gericht op het ontwerpen van lactonringen.

Industriële toepassingen van lactonen

Lactonen zijn zulke interessante stoffen dat het een slechte dienst zou zijn om hun potentieel niet te benutten. Daarom worden ze in verschillende industrieën gebruikt.

Lactonen zijn aromatische verbindingen, dus de parfumindustrie profiteert er het meest van. De sensorische eigenschappen van lactonen maken het mogelijk om ongewone aroma's te verkrijgen, zoals de geur van jasmijn, vanille of kattenkruid. Verschillende stoffen met een lactonenstructuur zijn te vinden op de etiketten van parfums en geparfumeerde cosmetica.

Ook in de land- en tuinbouw wordt er veel gebruik van gemaakt. Sommige lactonen hebben een zeer efficiënte werking tegen insecten, parasieten of onkruid.

Samenvatting

De lactonenfamilie omvat duizenden verschillende stoffen. Hoewel ze een gemeenschappelijk element in hun structuur hebben (de lactonring), kunnen ze drastisch verschillen in hun werking. Ze krijgen niet zoveel aandacht in populair-wetenschappelijke teksten als bijvoorbeeld polyfenolen, maar er zijn nog steeds veel lactonen die uitstekende effecten hebben op de menselijke gezondheid. Het is dankzij lactonen dat we de voordelen van kruiden zoals Ashwagandha of Gingo biloba te danken hebben. De aanwezigheid van lactonen in de natuur en het verrichten van meer onderzoek ernaar opent de deur voor wetenschappers naar nieuwe instrumenten om nieuwere en betere medicijnen te ontwikkelen om mensenlevens te redden. We duimen dat we zoveel mogelijk kunnen profiteren van de kracht van lactonen!

Bronnen: