Τουγιαπλισίνες
Οι τουγιαπλισίνες (ισοπροπυλικές κυκλοεπτατριενολόνες, αγγλ. thujaplicins)[1], ή αναφερόμενες στα ελληνικά και ως θουγιαπλισίνες[2], είναι ομόλογη σειρά χημικών ουσιών που συγγενεύουν χημικώς με τις τροπολόνες και οι οποίες έχουν απομονωθεί από κωνοφόρα (ξύλωμα - βελόνες - φλοιό) της οικογένειας των κυπαρισσοειδών Cupressaceae[3], κυρίως σε είδη κυπαρισσιού, άρκευθου, και τούγιας.
Οι ενώσεις αυτές, που είναι δευτερογενείς μεταβολίτες σε ορισμένα ανώτερα φυτά, είναι ευρέως γνωστές για τις αντιβακτηριακές, αντιμυκητιακές και αντιοξειδωτικές τους δράσεις.[4][5] Υπήρξαν μάλιστα και από τις πρώτες φυσικές τροπολόνες που παρασκευάστηκαν συνθετικά στο εργαστήριο.[6]
Ιστορική αναδρομή
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Ανακαλύφθηκαν στα μέσα της δεκαετίας του 1930 και απομονώθηκαν με εκχύλιση από το εγκάρδιο ξύλο του είδους Thuja plicata που συνήθως αποκαλείται δυτικός κόκκινος κέδρος[7] στις ΗΠΑ, και στην ελληνική γλώσσα, τούγια.
Αυτές οι ενώσεις ταυτοποιήθηκαν επίσης στα χημικά συστατικά του είδους Chamaecyparis obtusa, ενός άλλου είδους που υπάγεται στην οικογένεια Cupressaceae. Το είδος C. obtusa είναι εγγενές σε χώρες της Ανατολικής Ασίας, συμπεριλαμβανομένης της Ιαπωνίας και της Ταϊβάν, και είναι επίσης γνωστό ως Taiwan hinoki, από το οποίο απομονώθηκε για πρώτη φορά η β-τουγιαπλισίνη το 1936 και έλαβε το επιστημονικό όνομά της, ινοκιτιόλη.
Οι τουγιαπλισίνες ήταν οι πρώτες φυσικές τροπολόνες που παρασκευάστηκαν συνθετικά από τον δρ. Ralph Raphael και τους συνεργάτες του, ενώ η β-τουγιαπλισίνη υπήρξε η πρώτη μη βενζολική αρωματική ένωση που εντοπίστηκε από τον δρ. Tetsuo Nozoe και τους συνεργάτες του.[6][7] Η αντοχή του εγκάρδιου ξύλου αυτού του είδους στην αποσύνθεση -γεγονός ιδιαίτερα παράξενο- ήταν η κύρια αιτία που ώθησε στην έρευνά του ώστε να εντοπιστούν οι ενώσεις που ευθύνονται για τις υψηλές αντιμικροβιακές αντοχές.[6]
Η β-τουγιαπλισίνη απέκτησε περισσότερο επιστημονικό ενδιαφέρον από τη δεκαετία του 2000 και μετά.[8] Αργότερα, ανακαλύφθηκε και η δεσμευτική δράση του σιδήρου της β-τουγιαπλισίνης και το μόριο ονομάστηκε χαριστικά ως "Iron Man molecule", [9] επειδή το πρώτο όνομα του δρ. Tetsuo Nozoe μπορεί να μεταφραστεί στα αγγλικά και ως "Iron Man".[8]
Φυσική εμφάνιση
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Οι τουγιαπλισίνες ανευρίσκονται στο εγκάρδιο ξύλο των κωνοφόρων δέντρων που ανήκουν στην οικογένεια Cupressaceae, συμπεριλαμβανομένων των εξής ειδών: Chamaecyparis obtusa (κυπαρίσσι Hinoki), Thuja plicata (δυτικός κόκκινος κέδρος), Thujopsis dolabrata (Hinoki asunaro), Juniperus cedrus (άρκευθος των Καναρίων Νήσων), Cedrus atlantica (κέδρος του Άτλαντα), Cupressus lusitanica (λευκός κέδρος του Μεξικού), Chamaecyparis lawsoniana (κέδρος Port Orford), Chamaecyparis taiwanensis (Taiwan cyparis Atlanticcyparis) ), Cupressus arizonica (κυπαρίσσι της Αριζόνας), Cupressus macnabiana (κυπαρίσσι MacNab), Cupressus macrocarpa (κυπαρίσσι Monterey), Juniperus chinensis (Κινεζικός άρκευθος), Juniperus communis (κοινός άρκευθος), Juniperus californica (California alisidentus), Juniperus oxycedrus (οξύκεδρος), Juniperus sabina (Savin juniper), Calocedrus decurrens, Calocedrus formosana, Platycladus orientalis (κινεζική τούγια), Thuja occidentalis -τούγια, white-Nar (ιαπωνική τούγια), και Tetraclinis articulata.[10][11][12][13]
Οι τουγιαπλισίνες μπορούν να παραχθούν σε καλλιέργειες εναιωρήματος φυτικών κυττάρων[14][15] ή μπορούν να εκχυλιστούν από ξύλο χρησιμοποιώντας διαλύτες ή υπερήχους.[16]
Βιοσύνθεση
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Οι τουγιαπλισίνες μπορούν να συντεθούν με κυκλοπροσθήκη του ισοπροπυλο-κυκλοπενταδιενίου και του διχλωροκετενίου, 1,3-διπολική κυκλοπροσθήκη 5-ισοπροπυλ-1-μεθυλ-3-οξειδοπυριδινίου, διαστολή δακτυλίου 2-ισοπροπυλ κυκλοπενταδιενίου, ανακυκλοεξανο -ελεγχόμενη 3- υδροξυλοξυλίωση. Το (R)-(+)- λεμονένιο τοποεκλεκτικά με πολλά στάδια και από το σύμπλοκο τροπονειροτρικαρβονυλίου σε λίγα βήματα.[17][18]
Η βιοχημική οδός σύνθεσης της β-τουγιαπλισίνης από το σύμπλοκο τροπονειροτρικαρβονυλίου φαίνεται με λεπτομέρεια παρακάτω:
Η οδός σύνθεσης της β-τουγιαπλισίνης με ηλεκτροαναγωγική αλκυλίωση των υποκατεστημένων κυκλοεπτατριενίων απεικονίζεται επίσης παρακάτω:
Η βιοχημική οδός σύνθεσης της β-τουγιαπλισίνης μέσω της επέκτασης του δακτυλίου της 2-ισοπροπυλοκυκλοεξανόνης απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα:
Η οδός σύνθεσης της β-τουγιαπλισίνης μέσω της κυκλοποίησης κατιόντος του οξυαλλυλίου [4+3] (γνωστή και ως σύνθεση Noyori) δεικνύεται ως ακολούθως:
Χημικά γνωρίσματα
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Οι τουγιαπλισίνες ανήκουν στις τροπολόνες οι οποίες περιέχουν έναν ακόρεστο επταμελή δακτύλιο άνθρακα (-7C).
Κατατάσσονται στα μονοτερπενοειδή, αφού ουσιαστικά είναι μια κυκλοεπτα-2,4,6-τριεν-1-όνη υποκατεστημένη από μια ομάδα υδροξυλίου στη θέση 2 και μια ομάδα ισοπροπυλίου στις θέσεις 3, 4 ή 5.[19] Αυτές οι ενώσεις είναι οι ενόλες και οι κυκλικές κετόνες και προέρχονται από ένα υδρίδιο ενός κυκλοεπτα-1,3,5-τριενίου.
Οι τουγιαπλισίνες γενικά είναι διαλυτές σε οργανικούς διαλύτες και υδατικά ρυθμιστικά διαλύματα. Η ινοκιτιόλη είναι επίσης διαλυτή σε αιθανόλη, διμεθυλοσουλφοξείδιο, και σε διμεθυλοφορμαμίδιο με διαλυτότητα 20, 30 και 12,5 mg/ml, αντίστοιχα.[20] Η β-τουγιαπλισίνη αποδίδει ακετόνη σε δριμεία οξείδωση και επίσης δίνει την κεκορεσμένη μονοκυκλική διόλη κατά την καταλυτική υδρογόνωση.[21] Γενικά είναι σταθερή σε αλκάλεα και οξέα, σχηματίζοντας άλατα ή παραμένει αμετάβλητη αλλά δεν μετατρέπεται σε παράγωγα κατεχόλης. Τα σύμπλοκα από σίδηρο (-Fe) και τροπολόνες εμφανίζουν υψηλή θερμοδυναμική σταθερότητα και έχει αποδειχθεί ότι έχουν ισχυρότερη σταθερά δέσμευσης από από ότι το σύμπλοκο τρανσφερρίνης-σιδήρου.[22]
Υπάρχουν τρία ισομερή της τουγιαπλισίνης με την ομάδα ισοπροπυλίου να τοποθετείται προοδευτικά πιο μακριά από τα δύο άτομα οξυγόνου γύρω από τον δακτύλιο[6]:
- α-τουγιαπλισίνη
- β-τουγιαπλισίνη
- γ-τουγιαπλισίνη
Η β-θουγιαπλικίνη, που ονομάζεται επίσης ινοκιτιόλη, είναι η πιο κοινή που απαντάται στη φύση.[23] Καθένα υπάρχει σε δύο ταυτομερείς μορφές ανταλλάσσοντας το υδροξυλικό υδρογόνο με το άλλο οξυγόνο, που σημαίνει ότι οι δύο υποκαταστάτες οξυγόνου δεν έχουν διακριτές ταυτότητες «καρβονυλίου» έναντι «υδροξυλίου». Η έκταση αυτής της ανταλλαγής είναι ότι ο δακτύλιος τροπολόνης είναι αρωματικός με συνολική κατιονική φύση και η περιοχή οξυγόνου-υδρογόνου-οξυγόνου έχει ανιονική φύση.
Βιολογικές ιδιότητες
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Εντομοκτόνος και παρασιτοκτόνος δράση
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Οι τουγιαπλισίνες έχει αποδειχθεί ότι δρουν κατά των τερμιτών Reticulitermes speratus και Coptotermes formosanus, όπως και των παθογόνων Dermatophagoides farinae (ακάρεα σκόνης), Tyrophagus putrescentiae (ακάρεα μούχλας) και Callosobruchus chinensis.[11][24][13]
Η ινοκιτιόλη έχει επίσης δείξει κάποιες προνυμφοκτόνες δραστηριότητες κατά του παθογόνου Aedes aegypti (κουνούπι κίτρινου πυρετού) και του Culex pipiens (κοινό κουνούπι) και αντιπλασμωδικές δράσεις κατά των παθογόνων μικροοργανισμών Plasmodium falciparum και του Plasmodium berghei.[13]
Αντιοξειδωτική δράση
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Χηλική και ιονοφόρος δράση
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Οι τουγιαπλισίνες, όπως και άλλες τροπολόνες, επιδεικνύουν εντονότατη χηλική δράση, δρώντας ως ιονοφόρα δεσμεύοντας διαφορετικά μεταλλικά ιόντα.[25]
Δράση κατά του μαυρίσματος
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Τόσο η φυσική τροπολόνη όσο και οι τρεις κύριες τουγιαπλισίνες επιφέρουν ισχυρή κατασταλτική δράση στην ενζυματική αμαύρωση λόγω της αναστολής της οξειδάσης της πολυφαινόλης και της τυροσινάσης. Αυτό έχει αποδειχθεί σε πειράματα που εκπονήθηκαν σε διάφορα λαχανικά, φρούτα, μανιτάρια, φυτά και άλλα γεωργικά προϊόντα.[13] Η πρόληψη του μαυρίσματος έχει επίσης προκληθεί και σε προϊόντα θαλασσινών.[26]
Εφαρμογές
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Περιποίηση δέρματος και καλλυντικά
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Λόγω της αντιβακτηριδιακής τους δράσης ενάντια σε διάφορα μικρόβια που αποικίζουν και επηρεάζουν το δέρμα, οι τουγιαπλισίνες -σε πολύ μικρή περιεκτικότητα- χρησιμοποιούνται σε προϊόντα περιποίησης δέρματος και ανάπτυξης τριχοφυίας [27] και είναι ιδιαίτερα δημοφιλείς ιδίως στην Ανατολική Ασία.
Στοματική φροντίδα
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Η ινοκιτιόλη χρησιμοποιείται σε διάφορα προϊόντα στοματικής φροντίδας, συμπεριλαμβανομένων των οδοντόκρεμων και των στοματικών σπρέι.[27][28]
Κτηνιατρική
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Λόγω της αντιμυκητιακής δράσης τους κατά του μύκητα Malassezia pachydermatis, και χρησιμοποιείται σε σκευάσματα σταγόνων για την εξωτερική ωτίτιδα σε σκύλους.[29][30]
Γεωργία
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Λαμβάνοντας υπόψη την αντιμυκητιακή δράση τους έναντι πολλών φυτοπαθογόνων μυκήτων και τις παρασιτοκτόνες και εντομοκτόνες ιδιότητες που έχουν, ο ρόλος των τουγιαπλισινών στη γεωργία εξελίσσεται συνέχεια, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης τους στη διαχείριση διαφόρων φυτικών ασθενειών και στον έλεγχο της σήψης μετά τη συγκομιδή.[11][31]
Πρόσθετο σε τρόφιμα
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Οι τουγιαπλισίνες χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα τροφίμων στην Ιαπωνία.[32]
Λόγω της κατασταλτικής του δράσης στο μαύρισμα των τροφίμων και της ανασταλτικής του δράσης έναντι βακτηρίων και μυκήτων που προκαλούν αλλοίωση των τροφίμων (π.χ. Clostridium perfringens, Alternaria alternata, Aspergillus niger, Botrytis cinerea, Fusobacterium spp., Monilinia fructicola και Rhizopusitol) χρησιμοποιούνται επίσης στiς προστατευτικές συσκευασίες τροφίμων ως παράγων επιμήκυνσης της διάρκειας ζωής.[33][34][35]
Παραπομπές
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]- ↑ «Εκχυλίσματα του ξύλου: ορισμός, χημεία, ρόλος» (PDF). Γιώργος Μαντάνης, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας (Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνολογίας Ξύλου), σελ. 16 (α-τουγιαπλισίνη). Ανακτήθηκε στις 25 Φεβρουαρίου 2023.
- ↑ https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/frontend/file/lib/default/data/2777385/theFile Μελέτη αιθέριων ελαίων, MSc διπλωματική εργασία της Νεκταρίας Κυριακούλη
- ↑ ERDTMAN, HOLGER; GRIPENBERG, JARL (May 1948). «Antibiotic Substances from the Heart Wood of Thuja plicata Don». Nature 161 (4097): 719. doi:. PMID 18860272. Bibcode: 1948Natur.161..719E.
- ↑ Chedgy, Russell J.; Lim, Young Woon; Breuil, Colette (May 2009). «Effects of leaching on fungal growth and decay of western redcedar». Canadian Journal of Microbiology 55 (5): 578–586. doi:. PMID 19483786. https://archive.org/details/sim_canadian-journal-of-microbiology_2009-05_55_5/page/n109.
- ↑ Chedgy, R. (2010). Secondary Metabolites of Western Red Cedar (Thuja plicata). Lambert Academic Publishing. ISBN 978-3-8383-4661-8.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Cook, J. W.; Raphael, R. A.; Scott, A. I. (1951). «149. Tropolones. Part II. The synthesis of α-, β-, and γ-thujaplicins». J. Chem. Soc.: 695–698. doi:.
- ↑ 7,0 7,1 Nakanishi, Koji (June 2013). «Tetsuo Nozoe's "Autograph Books by Chemists 1953-1994": An Essay». The Chemical Record 13 (3): 343–352. doi:. PMID 23737463.
- ↑ 8,0 8,1 «Hinokitiol». American Chemical Society (στα Αγγλικά).
- ↑ Service, Robert (11 May 2017). «Iron Man molecule restores balance to cells». Science. doi:.
- ↑ Okabe, T; Saito, K (1994). «Antibacterial and preservative effects of natural Hinokitiol (beta-Thujaplicin) extracted from wood». Acta Agriculturae Zhejiangensis 6 (4): 257–266. https://europepmc.org/article/cba/269244.
- ↑ 11,0 11,1 11,2 Morita, Yasuhiro; Matsumura, Eiko; Okabe, Toshihiro; Fukui, Toru; Shibata, Mitsunobu; Sugiura, Masaaki; Ohe, Tatsuhiko; Tsujibo, Hiroshi και άλλοι. (2004). «Biological Activity of α-Thujaplicin, the Isomer of Hinokitiol». Biological & Pharmaceutical Bulletin 27 (6): 899–902. doi:. PMID 15187442.
- ↑ Rebia, Rina Afiani; binti Sadon, Nurul Shaheera; Tanaka, Toshihisa (22 November 2019). «Natural Antibacterial Reagents (Centella, Propolis, and Hinokitiol) Loaded into Poly[(R)-3-hydroxybutyrate-co-(R)-3-hydroxyhexanoate Composite Nanofibers for Biomedical Applications»]. Nanomaterials 9 (12): 1665. doi:. PMID 31766678.
- ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 Saniewski, Marian; Horbowicz, Marcin; Kanlayanarat, Sirichai (10 September 2014). «The Biological Activities of Troponoids and Their Use in Agriculture A Review». Journal of Horticultural Research 22 (1): 5–19. doi:.
- ↑ Zhao, J.; Fujita, K.; Yamada, J.; Sakai, K. (1 April 2001). «Improved β-thujaplicin production in Cupressus lusitanica suspension cultures by fungal elicitor and methyl jasmonate». Applied Microbiology and Biotechnology 55 (3): 301–305. doi:. PMID 11341310. https://archive.org/details/sim_applied-microbiology-and-biotechnology_2001-04_55_3/page/n42.
- ↑ Yamada, J.; Fujita, K.; Sakai, K. (April 2003). «Effect of major inorganic nutrients on β-thujaplicin production in a suspension culture of Cupressus lusitanica cells». Journal of Wood Science 49 (2): 172–175. doi:.
- ↑ Chedgy, Russell J.; Daniels, C.R.; Kadla, John; Breuil, Colette (1 March 2007). «Screening fungi tolerant to Western red cedar (Thuja plicata Donn) extractives. Part 1. Mild extraction by ultrasonication and quantification of extractives by reverse-phase HPLC». Holzforschung 61 (2): 190–194. doi:.
- ↑ Soung, Min-Gyu; Matsui, Masanao; Kitahara, Takeshi (September 2000). «Regioselective Synthesis of β- and γ-Thujaplicins». Tetrahedron 56 (39): 7741–7745. doi:.
- ↑ Liu, Na; Song, Wangze; Schienebeck, Casi M.; Zhang, Min; Tang, Weiping (December 2014). «Synthesis of naturally occurring tropones and tropolones». Tetrahedron 70 (49): 9281–9305. doi:. PMID 25400298.
- ↑ «2,4,6-Cycloheptatrien-1-one, 2-hydroxy-3-(1-methylethyl)-». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov (στα Αγγλικά). PubChem.
- ↑ «Hinokitiol - Product Information» (PDF). www.caymanchem.com. Cayman Chemical.
- ↑ «Tetsuo Nozoe (1902−1996)». European Journal of Organic Chemistry 2004 (4): 899–928. February 2004. doi:.
- ↑ Hendershott, Lynn; Gentilcore, Rita; Ordway, Frederick; Fletcher, James; Donati, Robert (May 1982). «Tropolone: A lipid solubilizing agent for cationic metals». European Journal of Nuclear Medicine 7 (5): 234–236. doi:. PMID 6954070.
- ↑ Bentley, Ronald (2008). «A fresh look at natural tropolonoids». Nat. Prod. Rep. 25 (1): 118–138. doi:. PMID 18250899.
- ↑ INAMORI, Yoshihiko; SAKAGAMI, Yoshikazu; MORITA, Yasuhiro; SHIBATA, Mistunobu; SUGIURA, Masaaki; KUMEDA, Yuko; OKABE, Toshihiro; TSUJIBO, Hiroshi και άλλοι. (2000). «Antifungal Activity of Hinokitiol-Related Compounds on Wood-Rotting Fungi and Their Insecticidal Activities.». Biological & Pharmaceutical Bulletin 23 (8): 995–997. doi:. PMID 10963310.
- ↑ Pietra, Francesco (August 1973). «Seven-membered conjugated carbo- and heterocyclic compounds and their homoconjugated analogs and metal complexes. Synthesis, biosynthesis, structure, and reactivity». Chemical Reviews 73 (4): 293–364. doi:.
- ↑ Aladaileh, Saleem; Rodney, Peters; Nair, Sham V.; Raftos, David A. (December 2007). «Characterization of phenoloxidase activity in Sydney rock oysters (Saccostrea glomerata)». Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology 148 (4): 470–480. doi:. PMID 17950018.
- ↑ 27,0 27,1 «Hinokitiol | 499-44-5». www.chemicalbook.com.
- ↑ Suzuki, Joichiro; Tokiwa, Tamami; Mochizuki, Maho; Ebisawa, Masato; Nagano, Takatoshi; Yuasa, Mohei; Kanazashi, Mikimoto; Gomi, Kazuhiro και άλλοι. (2008). «Effects of a newly designed toothbrush for the application of periodontal disease treatment medicine (HinoporonTM) on the plaque removal and the improvement of gingivitis.». Nihon Shishubyo Gakkai Kaishi (Journal of the Japanese Society of Periodontology) 50 (1): 30–38. doi:.
- ↑ NAKANO, Yasuyuki; MATSUO, Saburo; TANI, Hiroyuki; SASAI, Kazumi; BABA, Eiichiroh (2006). «Therapeutic Effects of β-Thujaplicin Eardrops on Canine Malassezia-Related Otitis Externa». Journal of Veterinary Medical Science 68 (4): 373–374. doi:. PMID 16679729.
- ↑ NAKANO, Yasuyuki; WADA, Makoto; TANI, Hiroyuki; SASAI, Kazumi; BABA, Eiichiroh (2005). «Effects of β-Thujaplicin on Anti-Malassezia pachydermatis Remedy for Canine Otitis Externa». Journal of Veterinary Medical Science 67 (12): 1243–1247. doi:. PMID 16397383.
- ↑ Aharoni, Y.; Copel, A.; Fallik, E. (June 1993). «Hinokitiol (β‐thujaplicin), for postharvest decay control on 'Galia' melons». New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science 21 (2): 165–169. doi:.
- ↑ «The Japan Food chemical Research Faundation». www.ffcr.or.jp.
- ↑ L. Brody, Aaron· Strupinsky, E. P. (2001). Active Packaging for Food Applications (1 έκδοση). CRC Press. ISBN 9780367397289.
- ↑ MITSUBOSHI, SAORI; OBITSU, RIE; MURAMATSU, KANAKO; FURUBE, KENTARO; YOSHITAKE, SHIGEHIRO; KIUCHI, KAN (2007). «Growth Inhibitory Effect of Shelf Life Extending Agents on Bacillus subtilis IAM 1026». Biocontrol Science 12 (2): 71–75. doi:. PMID 17629249.
- ↑ Vanitha, Thiraviam; Thammawong, Manasikan; Umehara, Hitomi; Nakamura, Nobutaka; Shiina, Takeo (3 September 2019). «Effect of hinokitiol impregnated sheets on shelf life and quality of "KEK‐1" tomatoes during storage». Packaging Technology and Science 32 (12): 641–648. doi:.