Русская Википедия:Тулипалин A
Тулипали́н А (α-метилен-γ-бутиролактон, MBL[1]) — гетероциклическое органическое соединение группы лактонов с химической формулой C5H6O2. Чистый синтетический тулипалин А — прозрачная, слабо растворимая в воде[2], самопроизвольно полимеризующаяся жидкость без цвета и запаха[3]. Естественный тулипалин А синтезируется растениями семейств Лилейные (тюльпан, рябчик, кандык и другие[4]), Альстрёмериевые (альстрёмерия, бомарея[4]) и Розовые (Спирея[5][6]). Это сильный естественный инсектицид и фунгицид, препятствующий поражению фузариозом и большинством форм серой гнили, и, одновременно, сильный аллерген человека, вызывающий аллергический дерматит при контакте с луковицами тюльпана и срезанными цветоносами альстрёмерии.
Синтетический α-метилен-γ-бутиролактон был исследован в 1940-е годы; природный α-метилен-γ-бутиролактон впервые был выделен в 1946 году из Шаблон:Bt-ruslat[5]. В 1966 году гипотетические, ещё не идентифицированные фунгициды, производимые тюльпанами, получили собирательное имя тулипалины; в 1967 году тулипалин А был идентифицирован как уже известный α-метилен-γ-бутиролактон[7][8].
Синтез
Растения семейств лилейные и альстрёмериевые синтезируют и накапливают во всех тканях тулипозиды — специфические гликозиды. Например, в составе тюльпанов обнаружены семь различных тулипозидов (1-тулипозиды А и В, 6-тулипозиды А и B, тулипозиды D, E и F[4]); суммарная их концентрация составляет 0,2—2 % от общей массы растения, в том числе концентрация 6-тулипозида-А — до 1,5 % общей массы[9]. В альстрёмериях суммарная концентрация тулипозидов равна 1—2 % от общей массы[10]. Наибольшие концентрации тулипозидов наблюдаются в пестиках тюльпанов (до 30 % сухой массы) и листьях альстрёмерии (до 10 % сухой массы)[11]. Механизм синтеза тулипозидов растениями неизвестен. Тулипозиды сами по себе являются слабыми фунгицидами и слабыми аллергенами[12], но их запас служит источником тулипалинов — сильных биологически активных веществ[4]. Тулипалин А проявляет сильные фунгицидные и в меньшей степени бактерицидные свойства; тулипалин B — прежде всего бактерицидные[4]. Тулипалин А, кроме того, является сильным инсектицидом; в естественных условиях тулипалин, выделяемый спиреей Тунберга, за неделю уничтожает популяцию Шаблон:Нп5[5].
Синтез тулипалинов из тулипозидов является, предположительно, защитной реакцией растений на повреждения мембран вакуолей патогенными грибками[3] и происходит в присутствии тулипозид-конвертирующих ферментов (Шаблон:Comment, КФ 4.2.99.22)[13][14]. Синтезируемый растением 1-тулипозид А непрерывно преобразуется в более стабильный 6-тулипозид А, ферменты разлагают этот промежуточный продукт на D-глюкозу и нестабильную органическую кислоту, а эта кислота преобразуется в стабильный тулипалин А[13][15]. В типичной для растительных тканей слабокислой среде (pH 5,4…6,5) тулипалины стабильны, а в щелочной среде они гидролизуются до стабильной масляной кислоты[3]. Выделенный в лабораторных условиях чистый тулипалин А относительно стабилен при температуре +2 °С, однако после нескольких недель хранения самопроизвольно полимеризуется и утрачивает биологическую активность[3]. В реакциях полимеризации тулипалин А ведёт себя подобно метилметакрилату[16]; гомополимер тулипалина А — твёрдое, хрупкое, прозрачное вещество (аналог полиметилметакрилата) с температурой стеклования 195° С[17].
В литературе описаны несколько альтернативных способов синтеза тулипалина А в лабораторных условиях. Например, тулипалин А может быть получен из аддукта антрацена по методологии Дильса—Альдера. Вначале исходный аддукт обрабатывается диизопропиламидом лития, а затем оксидом этилена. Продукт реакции разлагается на антрацен и тулипалин А в ходе импульсного вакуумного термолиза при температуре 250—300 °С и давлении в 0,1 мм рт. ст. (13 Па). Выход тулипалина А составляет 77 % от расчётного предела[18]. Все лабораторные технологии синтеза тулипалинов слишком дороги и в промышленном производстве не используются; альтернативой синтезу является производство тулипалинов из растительного сырья[19]. В 2014 году японские химики предложили биотехнологический процесс, использующий лишь воду, этанол, активированный уголь и биомассу тюльпанов особых сортов, отличающихся особо высокой концентрацией тулипозидов в цветках. В этом процессе источником тулипозидов служит водно-спиртовая вытяжка из цветков, а ферментом — извлечённые из луковиц TCE[20].
Фунгицидные свойства
Фунгицидные свойства экстракта луковиц тюльпана были впервые доказаны нидерландскими биохимиками в 1966 году. Действующие вещества этого экстракта, ещё не идентифицированные, получили название тулипалины; в 1967 году две независимые группы исследователей идентифицировали гипотетический тулипалин А как хорошо известный α-метилен-γ-бутиролактон[7][8]. Все тулипалины и тулипозиды угнетают развитие патогенных грибков, но тулипалин А проявляет фунгицидные свойства наиболее активно. Минимальная его концентрация, при которой наступает угнетение патогенных грибов Fusarium oxysporum f. tulipae, Gibberella zeae и Шаблон:Нп5, в 5—10 раз меньше, чем необходимые концентрации других тулипалинов и тулипозидов. В отношении Шаблон:Нп5 все эти вещества эффективны в равной мере[21].
Тулипалин А угнетает все формы серых гнилей, вызываемых грибками рода Botrytis[3]; это единственное природное вещество, угнетающее развитие специфического паразита тюльпанов Botrytis tulipeae[21], пусть и столь эффективно, как другие серые гнили. Botrytis tulipeae подавляет защитные реакции тюльпанов: в поражённых им растениях тулипозиды гидролизуются до неактивных кислот, тогда как в тюльпанах, поражённых Botrytis cinerea, тулипозиды активно преобразуются в активные тулипалины[3]. В цветоводческой практике только Botrytis tulipeae способен поразить луковицу тюльпана; другие формы Botrytis ограничиваются надземными побегами[22]. Для самого тюльпана это различие не имеет значения: гибель надземного побега приводит к гибели растения в целом. Заражённые тюльпаны лечению не подлежат и уничтожаются независимо от того, какой именно грибок их поразил[23].
Наиболее опасный и экономически важнейший из всех патогенов, угнетаемых тулипалинами — возбудитель фузариоза Fusarium oxysporum f. tulipae[24]. Давно известная болезнь выдвинулась на первое место лишь на рубеже XX и XXI веков; предположительные причины этого — появление новых штаммов грибка, законодательные запреты на эффективные фунгициды, укрупнение цветоводческих хозяйств и их переход к машинной обработке луковиц, что резко увеличило долю выкопанных луковиц, получающих механические повреждения[24].
Луковицы наиболее подвержены фузариозу летом, сразу после выкопки, когда концентрация тулипалинов в кроющих чешуях ещё не достигла нормы. Болезнь быстро распространяется в летних хранилищах и провоцирует выделение луковицами этилена; самоотравление этиленом приводит к гибели зачатков цветков. Связь между этиленовым отравлением и синтезом тулипозидов и тулипалинов достоверно не установлена. По одним наблюдениям, концентрация этилена в воздухе в 1—2 миллионные доли и выше приводит к полной остановке синтеза тулипалинов; как следствие, защитный барьер слабеет даже у здоровых луковиц[25]. По другой работе того же автора, концентрация этилена в 2—20 миллионных долей подавляет только синтез тулипозидов, и не влияет на распад тулипозидов на глюкозу и тулипалины[26].
Аллергенные свойства
Германский Федеральный институт оценки рисков классифицирует тулипалины как аллергены категории B («весьма вероятны контактные аллергические реакции»)[27]. Регулярный контакт человека с тюльпанами и альстрёмериями приводит к быстрой сенсибилизации организма к тулипалину А и характерному профессиональному заболеванию цветоводов — тюльпановому дерматиту[10].
Проявления болезни часто совпадают с симптомами грибковых поражений кожи и ногтей[27]. При контакте с луковицами тюльпанов вначале наблюдается эритема кожи кистей рук, затем её ороговение и растрескивание[12]. В начале болезни нередко отмечается кожный зуд, затем покалывание в пальцах[12]. Часто наблюдаются поражения ногтей: растрескивание ногтя, онихолизис (отслоение ногтя), абсцессы ногтевого ложа[12]. В редких случаях тюльпановый дерматит распространяется и за пределы плечевого пояса; известны случаи, когда аллергия приводила к расстройствам речи[12].
Среди работников альстрёмериевых хозяйств покалывание в пальцах и поражения ногтей не зарегистрированы[10]. Болезнь обычно впервые проявляется на кончиках пальцев, а затем охватывает всю кожу кисти[10]. Наблюдаются крапивница, экзема, шелушение кожи[10]. В литературе описан пример 54-летней женщины-цветовода, у которой аллергия развилась после однократного случайного контакта с соком срезанных альстрёмерий[10]. Первые симптомы, зуд и крапивница пальцев и предплечья, появились через двое суток после контакта[10]. Несколько дней спустя сыпь развилась в экзему с множественными пузырьками[10]. Болезнь отступила после недели наружного применения кортикостероидов; на вылеченной коже остались светлые депигментированные пятна[10].
Средство профилактики и защиты — ношение перчаток из нитрильного каучука. Обычные хирургические перчатки из латекса и поливинилхлорида проницаемы для тулипалинов и надёжной защиты не обеспечивают[10][12][27].
Аллергенные свойства тулипалина А, предположительно, обусловлены близким соседством метильной и карбонильной групп в молекуле. Структурно близкие циклические соединения, в которых эти группы удалены друг от друга (протоанемонин, γ-бутиролактон), аллергенами не являются[28].
Перспективные применения
Тулипалины, будучи естественным антибиотиками, неоднократно испытывались в медицине и фармацевтике (например, в 2011 году исследователи из Оксфорда показали возможность использования природных тулипалинов для синтеза противоопухолевого препарата Шаблон:Нп5[29]). По состоянию на 2014 год, практического результата эти опыты не дали, в фармацевтике тулипалины не применяются.
Тулипалин А рассматривается как один из кандидатов на роль «зелёного» (возобновляемого) мономера — сырья для производства пластмасс, которое может быть извлечено из растений без использования невозобновляемых реагентов и энергоносителей[1]. Первые полимеры на базе чистого α-метилен-γ-бутиролактона и сополимеры α-метилен-γ-бутиролактона и акрилонитрита — прозрачные, весьма твёрдые, но хрупкие, — были запатентованы в США ещё в 1947 году[2]. В позднейшей литературе описаны различные опытные технологии полимеризации, как правило — не чистого тулипалина, но его смеси с другими органическими соединениями. Например, полимерметиленбутиролактон (PMBL, сополимер тулипалина А и γ-метил-α-метилен-γ-бутиролактона)— по свойствам близок полиметилметакрилату (PMMA), и выгодно отличается от него бо́льшей температурой стеклования (195 °C против 100 °С у PMMA)[16] и лучшими механическими и оптическими свойствами[1]. Сополимеры тулипалина А, отличающиеся повышенной стойкостью к истираемости и ультрафиолетовому излучению — возможная перспективная замена акриловых грунтов, красок и лаков в автомобильной промышленности[17].
Примечания
Литература
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Шаблон:Книга
- ↑ 2,0 2,1 Шаблон:Патент США
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Шаблон:Книга
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 Шаблон:Статья
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ 7,0 7,1 Шаблон:Книга
- ↑ 8,0 8,1 Первая публикация — Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 10,5 10,6 10,7 10,8 10,9 Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Патент США
- ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 12,5 Шаблон:Книга
- ↑ 13,0 13,1 Шаблон:Cite web
- ↑ В базе данных белков Uniprot зарегистрировано пять форм различных TCE, разлагающих тулипозид А, см. Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ 16,0 16,1 Шаблон:Книга
- ↑ 17,0 17,1 Шаблон:Патент США
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Патент США
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ 21,0 21,1 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ 24,0 24,1 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ 27,0 27,1 27,2 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Cite web
