Đặt vấn đề Ứng dụng nuôi cấy tế bào thực vật để sản xuất các hợp chất thứ cấp đã tạo ra một bước tiến xa trong khoa học thực vật. Việc phát triển và sử dụng các công cụ di truyền cũng như sự hiểu biết ngày càng sâu sắc hơn về bản chất của tế bào và các phương thức điều hòa quá trình chuyển hóa trao đổi chất là cơ sở cho việc sản xuất chúng ở quy mô thương mại. Do nhu cầu sử dụng các sản phẩm tự nhiên trong y dược ngày càng tăng nhưng sản lượng của chúng ở cây trồng tự nhiên lại rất thấp đã thúc đẩy sự phát triển không ngừng của công nghệ nuôi cấy tế bào ở quy mô lớn. Tuy nhiên, các con đường sinh tổng hợp các hợp chất thứ cấp mong muốn trong thực vật cũng như trong nuôi cấy tế bào ở quy mô lớn là rất phức tạp.
Vì vậy, các thông tin ở mức độ tế bào và phân tử của các quá trình chuyển hóa là rất cần thiết cho sự phát triển của sản xuất công nghiệp. Nhiều nghiên cứu được đã thực hiện ở các điều kiện khác nhau để giải thích các hiện tượng xuất hiện trong quá trình sản xuất các chất trao đổi thứ cấp từ các tế bào thực vật nuôi cấy in vitro. Các kết quả này cũng cho thấy các hệ thống nuôi cấy tế bào thực vật có tiềm năng rất lớn cho việc khai thác thương mại các chất trao đổi thứ cấp. Mục đích và nội dung nghiên cứu 1.
Mục đích Bước đầu khảo sát một vài hợp chất có hoạt tính sinh học có trong mẫu mô sẹo, hoa, cành lá của Kim ngân hoa và thử hoạt tính của chúng lên hai chủng vi khuẩn E.coli và Samonella. Từ đó tạo tiền đề cho những nghiên cứu tách chiết và phân lập các chất có giá trị dược lý trong mô sẹo, hoa, cành lá Kim ngân làm nguyên liệu phục vụ cho nghành công nghiệp dược. 1 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Thu Thảo 1. Nội dung nghiên cứu Bước đầu khảo sát hai hợp chất có hoạt tính sinh học được biết nhiều trong Kim ngân hoa là saponin triterpenoid và flavonoid bằng hai phương pháp: trắc nghiệm sinh hóa và sắc ký lớp mỏng (TLC).
Thử hoạt tính dịch chiết của mô sẹo, hoa đối với hai chủng vi khuẩn E.coli và Samonella. 2 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Thu Thảo CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Khái niệm chung về các hợp chất tự nhiên 2. Khái niệm Hợp chất tự nhiên, là chất biến dưỡng thứ cấp, có trọng lượng phân tử nhỏ, được tạo ra bởi cơ thể của một sinh vật.
Chất biến dưỡng thứ cấp có thể cần thiết hoặc nhiều khi không cần thiết cho sự sống của sinh vật, điều này khác với những hợp chất đại phân tử như protein, acid nucleic, polysacchride là những hợp chất căn bản cần thiết đối với sự sống của mỗi sinh vật. Phân loại Các chất biến dưỡng thứ cấp bao gồm nhiều loại hợp chất và được sắp xếp thành những nhóm khác nhau. Việc phân loại các hợp chất thành một nhóm thường không phải bởi một định nghĩa duy nhất, cũng như ranh giới của một nhóm thường không rõ ràng. Alkaloid Alkaloid là những hợp chất có tính base yếu, do sự có mặt của nguyên tử nitơ.
Tính base của các alkaloid cũng khác nhau tùy theo sự hiện diện của các nhóm thế R (mang các nhóm chức khác nhau) gắn trên nguyên tử nito. Các alkaloid chia thành ba loại: Alkaloid thật: là những hợp chất có hoạt tính sinh học, luôn có tính base, thường được sinh tổng hợp từ amino acid, phân bố giới hạn trong thực vật và hiện diện trong cây dưới dạng muối của một acid hữu cơ. Protoalkaloid được xem là những amin có hoạt tính sinh học kể cả mescalin và N, N–dimetyltryptamin. Chúng là những amin đơn giản, được tổng hợp từ các amino acid, trong đó nguyên tử nitơ không ở trong vòng dị hoàn.
Giả alkaloid là những hợp chất không bắt nguồn từ những amino acid, bao gồm hai nhóm hợp chất lớn là alkaloid steroid và alkaloid terpenoid. 3 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Thu Thảo 2. Flavonoid Khái niệm Flavonoid là một nhóm hợp chất lớn thường gặp trong thực vật. Hơn một nữa rau quả thường dùng có chứa flavonoid.
Flavonoid cũng là thành phần hay gặp trong dược liệu có nguồn gốc từ thực vật. Cho đến nay có khoảng 4.000 chất đã được xác định cấu trúc. Chỉ riêng 2 nhóm flavon và flavonol và với nhóm thế là -OH và / hoặc -OCH3 thì theo lý thuyết có thể gặp 38. Phần lớn các chất flavonoid có màu vàng (flavonoid do từ flavus có nghĩa là màu vàng).
Tuy nhiên một số có màu xanh, tím, đỏ, một số khác lại không có màu cũng thuộc nhóm flavonoid. Trong thực vật cũng có một số nhóm hợp chất khác không thuộc flavonoid nhưng lại có màu vàng như carotenoid, anthranoid, xanthon. Cấu trúc hóa học Người ta xếp vào nhóm flavonoid những chất có cấu tạo khung theo kiểu C6– C3–C6 hay nói cách khác là khung cơ bản gồm 2 vòng benzen A và B nối với nhau qua một mạch 3 carbon.1: khung cơ bản của flavonoid Người ta xem cấu trúc này gồm hai phần (được theo dõi bằng chất đồng vị): + C6 – C3 (tức là vòng B + 3C) phần này xuất phát từ acid shikimic dẫn đến các dẫn chất phenylpropanoid 4 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Thu Thảo Hình 2.2: sơ đồ hình thành phenylpropanoid + C6 hay là (vòng A) xuất phát từ 3 đơn vị acetat dẫn đến acid triacetic. Sau đó 2 phần được ghép lại tạo thành chalcone Hình 2.3: cấu tạo cơ bản của chalcone Phần lớn các flavonoid có thể xem là các dẫn chất có gốc phenyl của các nhân trên.
Đánh số thứ tự bắt đầu từ dị vòng, số 1 từ dị tố oxy rồi tiếp đến vòng A, vòng B đánh số phụ. Trường hợp không có vòng C (nghĩa là mạch 3C hở) ví dụ trường hợp chalcon thì đánh số bắt đầu từ vòng B, vòng A đánh số phụ. 5 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Thu Thảo Hình 2.4: cấu tạo cơ bản của flavan Phân loại flavonoid Sự phân loại các flavonoid dựa vào vị trí của gốc aryl (vòng B) và các mức độ oxy hóa của mạch 3C. Người ta chia ra: Euflavonoid là các flavonoid có gốc aryl ở vị trí C – 2, isoflavonoid có gốc aryl ở vị trí C – 3, neoflavonoid có gốc ary ở vị trí C – 4.
Người ta còn phân biệt biflavanoid là những flavonoid dimer, triflavonoid cấu tạo bởi 3 monomer flavonoid, flavolignan là những flavonoid mà phân tử có một phần cấu trúc ligan. Euflavonoid: bao gồm các nhóm: anthocyanidin, flavan, flavan 3–ol flavan 4– ol, 3,4–diol, flavanon, 3–hydroxy flavanon, flavon, flavonol, dihydrochalcon, chalcon, auron. Isoflavonoid: bao gồm nhiều nhóm khác nhau: isoflavan, isoflav-3–ene, isoflavan – 4 –ol, isoflavanon, isoflavon, rotenoid, pterocarpan, coumestan, 3– arylcoumarin, coumaronochromen, coumaronochromon, dihyroisochalcon, homoisoflavon. Isoflavonoid thường gặp trong họ Đậu – Fabaceac.
Neoflavonoid chỉ có giới hạn trong một số loài thực vật, bao gồm: 4– arylchrroman, 4–arylcoumarin, dalbergion. Biflavonoid và triflavonoid: những flavonoid dimer và trimer. Những hợp chất này được gọi là proanthocyanidin. Ở đây những biflavonoid tạo thành từ flavon, flavanon, dihydroflavonol–chalcon, dihydro chalcon, auron, isoflavon.
6 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Thu Thảo Sự phân bố flavnoid trong thực vật Trong thực vật bậc thấp flavonoid ít được gặp. Trong ngành rêu chỉ phát hiện được rất ít chất. Trong dương xỉ số lượng flavonoid ít nhưng đều có mặt các nhóm anthocyanin, flavanon, flavon, flavonol, chalcon, dihydrochalcon. Ngành hạt trần có khoảng 700 loài, 20 họ, số lượng flavnoid cũng không nhiều nhưng cũng đủ các nhóm anthocyanidin, leucoanthocyanidin, flavanon, flavon, flavonol, isoflavon.
Nét đặc trưng của nghành hạt trần có khác thực vật bậc thấp và ngành hạt kín ở chỗ sự hiện diện của nhiều dẫn chất biflavonoid. Flavonoid tập trung chủ yếu vào ngành hạt kín ở lớp 2 lá mầm. Có rất nhiều họ chứa flavonoid và đủ các loại flavonoid. Tuy nhiên cũng có một vài nét đặc trưng cho một số họ ví dụ họ Asteraceae là một họ lớn với 15.000 loài, 1000 chi, có rất nhiều dẫn xuất thuộc các nhóm khác nhau.
Tuy nhiên, một số chi có nét đặc trưng riêng của nó, ví dụ trong các chi Carthamus, Coreopsis, Cosmos, Dahlia thì hay gặp các dẫn chất chalcon và auron. Chi Gymnosperma, Ageratum thì gặp các dẫn chất flavon và flavonol có nhiều nhóm thế có oxy (có thể đến 8 nhóm). Họ Fabaceae thì hay gặp các chất thuộc nhóm isoflavonoid. Họ Rutaceae thường gặp các flavon và flavonol có nhiều nhóm methoxy.
Họ Theaceae hay gặp các flavan–3–ol. Họ Ranunculaceae và Paeoniaceae hay gặp dẫn chất flavonol 3,7 diglycosid. Họ Rosaceae chi Rubrus và Prunus ở trong quả hay gặp anthocyanin có mạch đường phân nhánh. Họ Polygonaceae ở chi Hydropiper hay gặp các flavon và flavonol sulfat.
Lớp một lá mầm có 53 họ nhưng cho đến nay chỉ khoảng trên 10 họ tìm thấy có flavonoid: Amaryllidaceae, Araceae, Cannaceae, Commelinaceae, Iridaceae, Lemnaceae, Liliaceae, Musaceae, Oridaceae, Poaceae. Hàm lượng và cả thành phần flavonoid trong cây phụ thuộc vào nơi mọc. Cây mọc ở vùng nhiệt đới và núi cao thì hàm lượng cao hơn ở nơi cây thiếu ánh sáng. 7 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Thu Thảo Hình 2.5: sơ đồ sinh tổng hợp flavonoid Tính chất Các dẫn chất flavon có màu vàng rất nhạt có khi không có màu (trường hợp các nhóm OH đã methyl hóa), flavonol vàng nhạt đến vàng, chalcon và auron vàng đậm, đến đỏ cam.
Các chất thuộc nhóm isoflavon, flavanon, isoflavanon, flavanonol, leuco–anthocyanidin, flavan–3–ol do không có nối đôi liên hiệp giữa vòng B với nhóm carbonyl nên không màu. Các dẫn chất anthocyanidin thì màu thay đổi tùy theo pH của môi trường. Tuy nhiên khi các flavonoid ở trong các bộ phận của cây thì còn phụ thuộc vào hỗn hợp với các sắc tố khác. Độ tan không giống nhau, thường flavonoid glycosid và flavonoid sulfat là những hợp chất phân cực nên không tan hoặc ít tan trong dung môi hữu cơ, tan được trong nước tốt nhất là cồn.
Các aglycon flavonoid thì tan được trong dung môi hữu cơ, không tan trong nước. Các dẫn chất flavnoid có nhóm 7–hydroxy thường đễ tan trong dung dịch kiềm loãng. 8 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Thu Thảo Tác dụng sinh học của flavonoid Các dẫn chất flavonoid có khả năng loại bỏ các gốc tự do như -HO, -ROO. Các gốc này sinh ra trong tế bào bởi nhiều nguyên nhân và khi sinh ra cạnh DNA thì sẽ gây ra những ảnh hưởng nguy hại như gây biến dị, hủy hoại tế bào, gây ung thư, tăng nhanh sự lão hóa.
Thí nghiệm cho thấy khả năng ức chế của một số flavonoid theo thứ tự: myriceum > quercetin > rhammetin > morin > diosmetin > naringenin > apigenis > catechin > 5,7 dihydroxy–3’, 4’, 5’ trimethoxy flavon > robinin > kaempferol > flavon.