彻底清除效能的理论研究槲皮素和山柰酚的代谢产物

文摘

大量的研究已经证明黄酮类化合物在疾病的有利影响与氧化应激有关。彻底清除行动是一种可能的方法通过两个过程:氢自由基的转移或电子。相对应的焓变这两个过程可以有一个很好的计算精度评估的自由基清除特性多酚类物质。如果很多研究已经确定的自由基清除属性糖苷配基或糖基化的类黄酮,没有进行理论计算代谢物这些化合物的活性分子在组织或人血浆。摘要相对应的焓变两个激进的扫气过程,氢原子或电子的转移,准确地计算出两个丰富的类黄酮的代谢产物,槲皮素和山柰酚和自由基清除的进化属性连续讨论了新陈代谢,给真正活跃的一些见解激进的食腐动物体内。

关键字

黄酮醇、债券dissociationenthalpies、电子转移不计其数,代谢物,抗氧化剂

介绍

大量的科学研究支持保护作用的多酚慢性退行性疾病(1]。最初这种效果是由于自由基清除这些化合物的性质但现在出现了更复杂的模式。与自由基清除属性,在体外氧化应激的影响表现出减少由其他途径,特别是金属相互作用和抑制ROS的产生酶如黄嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶和脂氧合酶(2]。也有证据的过程,多酚作为信号分子。在此模式中,减少的交互炎症反应的身体,因此,ROS的产生。然而,体内研究不是简单的分析,可以与体外的矛盾。这是由于这样的事实,多酚类物质在体内的吸收代谢。积极分子不再摄入的。

它建立了多酚的饮食摄入量范围介于0.15和1 g(一天3]。多酚类物质,类黄酮很多关注,因为它的许多属性。他们中的一些人的消费,一般作为糖基化的衍生品,可以达到10 - 100毫克每天。然而在人类血浆水平很少超过1毫米。这是一个强大而复杂的分解代谢的结果在消化过程中被广泛研究了体外和体内实验。

分解代谢可以发生在所有消化服装和大多数糖甙deglycosylated前由特定酶的吸收。然后,其他酶代谢。的生物转化多酚是非常复杂的,具体的消化服装的一部分,是说明了最近的一项研究[4]:紧随其后在体外苹果多酚的代谢,特别是糖化槲皮素的不同果汁的消化服装。证明,水解取代槲皮素的嘴不是由于唾液而是取决于口腔菌群。黄酮醇是稳定在模拟胃液。在十二指肠汁,黄酮醇苷被发现稳定但是作者观察到,糖苷配基槲皮素在2小时3几乎完全退化,4-dihydroxybenzoic酸和间苯三酚通过中间2,4,6-trihydroxybenzoic酸。相比之下,槲皮素被发现回肠造口术孵化项目稳定但可以水解类黄酮苷。吸收后,肝脏的代谢产物可以修改。为了研究过程中,作者有孵化新孤立肝细胞的分子:糖苷配基槲皮素进行了密集的共轭反应,主要是4的-O-glucuronide。总之,作者的研究结果与其他研究:糖苷配基的重要代谢发生在十二指肠和小肠。苷更好的被肠道吸收,但进一步在肝脏代谢。最常见的轭合物中发现血浆葡萄糖醛酸酯,硫酸盐或甲基化合物(5,6]。

其他的研究也强调了茶多酚的生物转化的重要性在结肠。槲皮素的生物转化,其糖基化的衍生品是非常重要的因为只有一小部分(1 - 5%)最初消耗槲皮素的分泌消化丸的结肠(7]。这种新陈代谢的一个重要组成部分是由于微生物区系包含在胃肠道,特别是在远端胃肠道。每个部分的胃肠道有一个独特的植物,但细菌物种的浓度在其远端部分重要得多。由于微生物区系的转换是O C-deglycosylation,水解酯和deglucuronidation芳香脱羟基,脱甲基的氧化脂肪族元素生成的芳环破裂后。有不同的类黄酮生物转化的可能性:一枚戒指的裂变(图1)观察了终极代谢物有限公司₂。真细菌种虫害黄酮类化合物降解deglycosylating活动,将c - r的能力。一些研究[8,9)表明,其他细菌种虫害梭状芽胞杆菌快速分裂的c - r糖化或糖苷配基槲皮素的形成3 4-dihydroxyphenylacetic酸和间苯三酚。第一个分子还可以进一步代谢3-hydroxylphenylacetic酸和4-hydroxy——3-methoxyphenylacetic酸。3,4-dihydroxytoluen也被认为是槲皮素的代谢物。对于大多数的类黄酮、酚酸起源于b环保持完好无损。其他代谢物源自一个环。新陈代谢在结肠的重要性可以通过体内评价研究志愿者结肠切除手术。这些主题的回肠流体包含quercetin-3-O-rutinoside他们摄入的86% (10),没有血浆或尿液代谢物检测。特别是,没有酚酸起源于c - r乳沟可以证明尿。相比之下,在健康的志愿者,这些酚酸的数量对应于类黄酮素摄入量的22%。

由于黄酮醇的重要性和复杂性的新陈代谢和其他多酚类物质,重要的是要知道代谢物保留的自由基清除属性吸收的化合物。本文的目的是计算自由基清除两个丰富的黄酮醇的代谢产物的性质是为了评估自由基清除的可能性在活的有机体内。

槲皮素是一种很常见的类黄酮,可以发现在很多蔬菜和水果。富含槲皮素的食物包括红茶和绿茶(茶树;2000 - 2500毫克/公斤),酸豆(1800毫克/公斤),独活草(1700毫克/公斤),苹果(440毫克/公斤),洋葱,尤其是红洋葱(191毫克/公斤)、红葡萄、柑橘类水果、番茄、西兰花和其他绿叶蔬菜,和一些浆果[11]。山柰酚是另一个糖苷配基类黄酮具有更少抗氧化剂属性。它可以从茶、孤立12]花椰菜、飞燕草、金缕梅、柚子、卷心菜、甘蓝、豆类、菊苣、韭菜、西红柿、草莓、葡萄、球芽甘蓝和苹果。这两个黄酮醇是不同的在小肠和肝脏代谢。克朗et al。13)回顾了结构不同的多酚类物质在人类血浆和尿液。发现槲皮素葡糖苷酸的混合物和硫酸盐的槲皮素和甲基槲皮素。山柰酚的分解代谢是不重要,因为有证据表明人类的只有自由山柰酚、山柰酚- 3-glucuronide等离子体。在本文中,这些不同的代谢产物自由基清除能力计算比较的糖苷配基的化合物。产生的分子乳沟的c - r或b环也被调查以来大量的糖苷配基黄酮醇是由胃肠道微生物群落的代谢。

计算方法

它已被证明14),在质子溶剂和水,本质上是两种机制导致自由基的清除类黄酮。第一,从抗氧化自由基增长一个氢原子,变成了一个激进的:

R^•+Φ哦→RH+ΦO^•(1)

这样一个氢转移的发生(帽子)决定的键解离焓(12)措施的力量哦。

关系(2)给出了焓对应这样的过程:

12=H(ΦO^•)+H(H^•)−H(Φ哦)(2)

H(ΦO^•苯氧基自由基的焓,H (H^•)是氢自由基的焓和H(Φ哦)的类黄酮。如果12多酚是低于RH,反应是放热的。

如果多酚分子存在于阴离子形式在生理因为它的pH值低的pKa,第二个机制已经被命名为顺序Proton-Loss Electron-Transfert (SPLET): [15,16]。

Φ哦↔ΦO^{- - - - - -}+ H⁺

ΦO^{- - - - - -}+R^•→ΦO^•+R^{- - - - - -}

可以表示重要的这个反应焓与高频(电子转移焓)17]。在这篇文章中,高频计算:

研讨会=H(ΦO^•)−H(ΦO⁻)(4)

多酚清除的激进的能力取决于疾病的相对价值R⁻和ΦO⁻因此,电子或氢自由基捐赠是两个独立的过程,依赖于高频或12的价值观彻底清除。然而,如果多酚的12或高频值很低,清除相对稳定自由基的能力将会增加。

相对应的焓变两种以上机制计算通过使用高斯09年包(18]。计算执行密度泛函理论(DFT)方法和混合功能B3LYP这主要是用于计算由于其良好的繁殖实验结果时加上一套大型基础。两个热力学量的计算程序的特征捐赠流程如下:

12:

一个物种的焓呸估计为:

(5)

在E₀计算总电子能量,零点零点能量,和其他方面的热焓的贡献来自翻译、旋转或振动的分子。最后五个方面评估的频率计算由高斯。

整个分子和激进分子的几何形状优化中的密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP交换相关势和基础设置:6-31 + G (2 d, 2 p)。不受限制的开壳层方法(UB3LYP)用于激进的物种。焓变H(呸)和H(‹失落™)在相同级别的计算评估。12对应于两个物种之间的焓差-氢自由基的焓。在文献[19]的焓HA‚·哈特里激进已经等于0.49764。计算焓变的帧内自洽反应场极化连续模型(SCRF-PCM) [20.,21),溶剂通过构建一个腔的模拟解决方案重叠的领域。因此,bd已经计算在水中给bd以来更准确的数量可以稍微不同的几个分子在气相或溶液中的水。

研讨会:计算的电子转移不计其数,阴离子的几何图形和激进的优化方法和基础设置B3LYP / 6-31 + G (2 d, 2 p) (UB3LYP / 6-31 + G (2 d, 2 p))。零点能量(零点)计算在相同级别的计算。研讨会是能量从零点校正之间的区别。相反12,研讨会在解决方案或气相是完全不同的。溶剂效应评估框架的自洽反应场极化连续模型(SCRF-PCM) [20.,21在高斯包中实现。

结果与讨论

总结了计算的结果表1。这个表显示12的代谢物在中性和阴离子形式,研讨会和免费阴离子和中性形式德之间的能量差。前者数量,12千卡每摩尔和研讨会,在哈特里。的能量差德给出了评价pK_一个相对的化合物(22与已知的产品相比。槲皮素具有两种类型的构象(23]根据债券的方向哦儿茶酚的一部分。当儿茶酚指向的位置3,与哦债券位置3的4对哦债券,去质子化站点位置4”。当儿茶酚的构象,这样4哦债券指向的位置3,去质子化站点位置7。这个构象稍微稳定但DE更高。它可以与p作为参考使用K_一个接近7。

替换类黄酮:替换由甲基硫酸或葡萄糖醛酸的羟基氢原子在4至8槲皮素增加了12千卡每摩尔。这个结果预计当苯邻二酚取代槲皮素以来主要给出了氢位置4”。然而,在deprotonated糖苷配基化合物,位置3的12有相同的数量级比4的位置。如果12氢氧根的局部性质,替换不会有这样的效果。替换在位置3或3 '降低剩余的12氢氧根,再次说明,12的价值不仅与分子的位置哦集团也电子离域的可能性(24]。最强大的替代游离基清除剂是quercetin-3 -o-methyl阴离子的形式。然而,它的评估pKa似乎相对较高,这种形式不太可能存在生理博士酸替代其他代谢物。因此,他们在生理阴离子博士二阶阴离子的DEs计算评估如果第二次去质子化是可能的。只有一个构象quercetin-3-o-glucuronide具有相同规模的槲皮素。Quercetin-3-o-glucuronide有四个构象大约相同的自由能。这些构象不同取向的两个位置的羟基7和3 ' 4 '。当氢原子苯邻二酚组的指向2的位置,计算表明,该去质子化发生在位置7 (图2)。计算是0.465哈特里,相比高,槲皮素。cathechol组点另一个方向时,去质子化发生在4的位置和计算DE糖苷配基大小一样的槲皮素。这种二阶阴离子具有低的疾病,可以视为最好的游离基清除剂的一系列取代槲皮素。Quercetin-3 -o-sulfate只有两个稳定的构象:在这些构象,位置的羟基4”指向硫酸。的去质子化发生在7和位置计算是相对较高的。另一方面,quercetin-3-o-sulfate拥有quercetin-3-oglucuronide的四个配置。但是DE阴离子deprotonated的位置4”是两个高构象异构体的分离在生理pH值。

总之,槲皮素的代谢物与一个取代基在75 - 79年间拥有12千卡每摩尔,可以视为温和抗氧化剂氢自由基的捐赠。人们可以注意到这些值12足够低,允许在媒体脂质过氧化氢自由基的清除。然而这些分子的给电子能力是微不足道但有一个例外:quercetin-3-o-glucuronide的二阶阴离子。的双取代的代谢物quercetin-3-o-glucuronide-3”——甲基已经失去了所有的自由基清除母体化合物的属性。我们也可以看到这样的损失对山柰酚的代谢物。

众所周知,糖基化的影响减少12类黄酮替换时位于儿茶酚或位置3。已经观察到,这种减少的12的结果是减少马利肯负责的氧原子的羟基取代的化合物(14]。替换由葡萄糖醛酸甲酯或硫酸有同样的效果:它降低了所有的羟基黄酮类的指控。因此,所有其余的12的羟基代谢物均高于相应的父化合物。此外,替换的酸性组一般由大量增加的疾病。可以部分解释这个发现,质子溶剂稳定分子的否定形式。有一些例外,尤其是乙酸。对于大多数的代谢产物槲皮素和山柰酚通过替换一个或两个羟基,电子的礼物已经成为不可能。

产生的代谢物的乳沟c - r:槲皮素裂解时,两种代谢物形成:3,4-dihydroxyphenylacetic酸和3,4-dihydroxytoluen保护儿茶酚B环的一部分。他们保持良好秩序的激进的食腐动物和12 74千卡/摩尔他们不同的构象。取代甲苯有高DE和仍在生理中性博士的一个羟基3 4-dihydroxyphenylacetic酸可以在结肠和裂解形成3-hydroxyphenylacetic酸变得更糟的是氢原子捐赠游离基清除剂,但它保持很好的自由基清除能力的电子捐赠。在组织3 4-dihydroxyphenylacetic酸转换4-hydroxy-3 - methoxyphenylacetic酸。这种化合物保持温和彻底的清除捐赠财产的氢原子12为76.9千卡/摩尔,但失去了捐赠一个电子的能力。

参考14显示了良好的协议计算和实验糖苷配基自由基清除能力和替换类黄酮。图3表明本协议继续槲皮素的代谢物3,计算12以来4-dihydroxyphenylacetic酸,3-hydroxyphenylacetic酸和3,4-dihydroxytoluen显示良好的相关性与实验IC50值衡量DPPH-scavenger试验(25]。其他代谢物发出一圈后c - r的乳沟,2,4,6-trihydroxybenzoic酸和间苯三酚并不好激进的食腐动物。

结论

理论计算确认的自由基清除能力的减少大部分的代谢物槲皮素和山柰酚。然而,槲皮素的代谢产物通常保持适度的激进的食腐动物捐款的氢原子时节约黄酮类框架。c - r裂解时,发生对于大多数摄入黄酮醇,一些代谢物可能留住好的自由基清除属性通过氢原子捐赠或电子捐赠特别是当他们保护b环。其他代谢物剥夺从最初的能力。一些代谢物的剩余力量可以部分解释饮食富含蔬菜的效率发挥保护作用对许多疾病与氧化应激(26]。Perez-Vizcaino et al。27)提出了另一种解释的饮食中富含槲皮素的效率。如果槲皮素糖苷配基和苷是代替在肠道吸收和肝脏中,一些代谢物当然是deconjugated组织。事实上,没有找到槲皮素在人血浆但在组织已经观察到它的存在。Shimoi et al。28已经证明人类neutriphis类黄酮素葡糖苷酸水解和Lee-Hilz et al。29日在癌细胞系。这样看来,在活的有机体内,有一个早期解离的可能性monoglucuronides槲皮素的硫酸盐的但不是。这两种可能性并不排斥:摄取类黄酮代谢产物的一部分,deconjugated或造成裂开的一枚戒指仍然可以作为激进的食腐动物。

Aknowledgements

SGI的计算进行了计算机集群和IBM p5 - 575购买基金的阿基坦地区,法国。作者感谢美国Bercion大学des的安的列斯群岛Guyane非常有益的讨论。

引用

1. 威廉姆森G和c Manach生物利用度和bioefficacity多酚的人类。二世。回顾93年的干预研究。点。j .中国。减轻。2005;81:243s - 255。
2. MladA„›ka宠物l。心血管效应引起的不仅仅是类黄酮的抗氧化活性。免费的Rad .。Med.2010; 49:963 - 975。
3. Scalbert和威廉姆森g .膳食摄入量和茶多酚的生物利用度。j .减轻。2000;130:2073 - 2085年代。
4. 卡利K et al。肠道运输和系统性的苹果多酚代谢。欧元。j .减轻。2011;50:507 - 522。
5. Van der Woude Het。识别14槲皮素二期mono - ans混合轭合物及其形成的老鼠和人类二期体外模型系统。化学。Toxicol >, 2004; 17:1520 - 1530。
6. 面前Cet(中央东部东京)。血浆代谢物的槲皮素及其抗氧化性能。点。j .杂志。1998;275:R212-R219。
7. 机器人瓦力T et al。二氧化碳是人类的主要代谢物槲皮素。j .减轻。2001;131:2648 - 2652。
8. 冬季J et al。c - r乳沟人类肠道细菌的类黄酮。达成。环绕。活细胞。1989;55:1203 - 1208。
9. 光环是et al.Quercetin衍生品deconjugated并转换为hydroxyphenylacetic酸但不是由人类粪便菌群体外甲基化。j·阿勒。食品化学。2002;50:1725 - 1730。
10. 德尔里奥维et al。多酚和健康:涉及的化合物是什么?营养、代谢和心血管疾病2010;20:1-6。
11. 美国农业部数据库的类黄酮含量选择食品。2003。
12. Seong公园j .酶从绿茶种子山柰酚的制备及其抗氧化活性。J.Agric。食品化学。2006;54:2951 - 2956。
13. 克朗。How should we assess the effects of exposure to dietary polyphenols in vitro? Am. J. Clin. Nutr. 2004;80:15-21.
14. Lespade L和Bercion美国糖替代效应的理论研究类黄酮的抗氧化性能。自由基研究2012;46:346 - 358。
15. Litwinienko G andIngold骨。异常对氢原子抽象溶剂的影响。1。酚类化合物的反应与2-diphenyl-picryl-hydrazyl (dpphA¢ˆ™)醇。j . Org。化学2003;68:3433 - 3438。
16. Litwinienko G andIngold骨。溶剂对利率的影响和机制的反应自由基的酚类化合物。Acc。化学。杂志2007;40:222 - 230。
17. 克莱因E et al。DFT / B3LYP天然维生素E和色满抗氧化作用的研究精力充沛。化学。学报。2007;336:51-57。
18. 弗里希MJet。高斯09年高斯Inc .匹兹堡,P, 2009。
19. 赖特JS et al。酚类抗氧化剂的活性:预测理论方法,分析取代基的影响,应用抗氧化剂的主要家庭。j。化学。Soc。2001; 123:1173 - 183。
20. Miertos et al。静电相互作用的连续的溶质。从头开始的直接利用分子溶剂效应的预知潜力。化学。学报。1981;55:117。
21. Cossi M et al。从头开始研究溶剂化分子:一个新的极化连续模型的实现。化学。理论物理。列托人。1996;255:327 - 335。
22. LemaA…„平方公里列阵(ska) K et al . pH值的影响抗氧化性能和抗氧化作用的机理hydroxyflavones。免费的Rad .。医学。2001;31:869 - 881。
23. Lespade L andBercion s理论研究的机制抑制黄嘌呤Oxydase类黄酮和没食子酸衍生物。j .化学。理论物理。B 2010; 114:921 - 928。
24. Lespade l .理论设计的非常有效的自由基拾荒者。计算和理论化学2013;1009:108 - 114。
25. Glaßer G et al。抗氧化能力的比较和槲皮素抑制胆固醇生物合成的影响和潜在的代谢物。Phytomed。2002;9:33-40。
26. 米德尔顿EJ et al。植物类黄酮对哺乳动物细胞的影响:影响炎症、心脏病和癌症。杂志。启52:673 2000;751年。
27. Perez-Vizcaino F等。类黄酮悖论:共轭和早期解离为关键步骤为黄酮类化合物的生物活性?阿格利司J Sci食物。2012;92:1822 - 1825。
28. Shimoi K等al.Deglucuronidation黄酮类,luteolinmonoglucoronide,在炎症。药物金属底座。Dispos。2001; 29:1521 - 1524。
29. Lee-Hilz YY et al . EpRE-mediated基因转录的激活quercetinglucuronides取决于他们的早期解离。食品化学。Toxicol。2008; 46:2128 - 2134。