Nhóm hợp chất Flavonoid tổng quan, hoạt tính sinh học, các phương pháp chiết suất và ứng dụng

TIỂU LUẬN MÔN HỌC CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ THỰC VẬT ĐỀ TÀI: Nhóm hợp chất Flavonoid: tổng quan, hoạt tính sinh học, các phương pháp chiết suất và ứng dụng I.. Nhữn

TIỂU LUẬN MÔN HỌC CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ THỰC VẬT

ĐỀ TÀI: Nhóm hợp chất Flavonoid: tổng quan, hoạt tính sinh học, các phương

pháp chiết suất và ứng dụng

I TỔNG QUAN:

Flavonoid là một trong những nhóm hợp chất phong phú và đa dạng nhất trong thiên nhiên Cũng giống vitamin C, các flavonoid được khám phá bởi một trong những nhà sinh hóa nổi tiếng nhất của thế kỷ 20: Albert Szent-Gyorgyi (1893-1986) Ông nhận giải Nobel năm 1937 với những khám phá quan trọng về các đặc tính của vitamin C và flavonoid

Trong quá trình phân lập vitamin C, Szent-Gyorgyi đã khám phá ra các flavonoid Một người bạn của ông đã ngừng chảy máu nướu răng sau khi dùng dịch chiết giàu vitamin C từ nước chanh Nhưng sau đó khi người bạn bị chảy máu nướu răng tái phát, Szent-Gyorgyi cho bạn ông dùng vitamin C nguyên chất, thì sự cải thiện không xảy ra Như vậy đã có sự tham gia của một chất khác bên cạnh vitamin C trong dịch chiết nước chanh Và Szent-Gyorgyi đã phân lập được chất này, giúp người bạn chống chảy máu nướu răng hữu hiệu

Ban đầu Szent-Gyorgyi gọi chất này là “vitamin P”, do khả năng làm giảm tính

thấm thành mạch của nó (vascular permeability), một trong những triệu chứng thường

gặp của bệnh Scorbut do thiếu vitamin C Sau đó ông đã công bố bệnh Scorbut xảy ra không chỉ do thiếu vitamin C mà còn do thiếu flavonoid Tuy nhiên vì flavonoid không

có đầy đủ các tính chất của một vitamin nên sau này người ta bỏ cái tên “vitamin P” này

đi Người ta thấy trong giới thực vật có nhiều hợp chất thứ sinh có đặc tính tương tự vitamin P và đặt cho chúng một tên chung là flavonoid Những công trình sau đó đã chứng minh rằng tác dụng tăng cường sức bền vững của thành mao mạch và do đó giảm sức thấm các hồng huyết cầu qua thành mạch có quan hệ đến các nhóm OH phenol trong cấu trúc hóa học của các flavonoid

Hiện nay người ta đã biết có gần 4.000 chất flavonoid có phổ biến trong thực vật

và có ở phần lớn các bộ phận của các loài thực vật bậc cao Tuy nhiên, Flavonoid không

những có mặt nhiều trong những thực vật bậc cao mà còn có trong một số thực vật bậc thấp, thậm chí còn có trong một số loại tảo Ta thường gặp Flavonoid trong hơn nửa các loại rau quả dùng hàng ngày hoặc nhóm các thực vật có nhiều tinh dầu Phần lớn các flavonoid có màu vàng Ngoài ra còn có những chất màu xanh, tím, đỏ hoặc không màu Flavonoid có mặt trong tất cả các bộ phận của các loài thực vật bậc cao, đặc biệt là hoa, tạo cho hoa những sắc màu rực rỡ để quyến rũ các loại côn trùng giúp cho sự thụ phấn của cây Trong cây, flavonoid giữ vai trò là chất bảo vệ, chống oxy hóa, bảo tồn acid ascorbic trong tế bào, ngăn cản một số tác nhân gây hại cho cây (vi khuẩn, vi rus, côn trùng, ) một số còn có tác dụng điều hòa sự sinh trưởng của cây cối

Ngoài ra Flavonoid cũng là một nhóm hoạt chất lớn trong dược liệu, các vị thuốc nam, các đồ uống cổ truyền Đặc biệt nhóm Flavonoid có mặt trong chè xanh có tác dụng rõ rệt đối với cơ thể con người Điều này được chứng minh không những qua các kinh nghiệm dân gian mà qua các nghiên cứu khoa học xác thực Những năm gần đây,

Flavonoid là một trong những hợp chất được đặc biệt quan tâm bởi các kết quả nghiên cứu cho thấy Flavonoid có tác dụng to lớn đối với sức khỏe của con người Trong đó, tác dụng nổi bật của Flavonoid là khả năng chống oxy hóa mạnh

Flavonoid được khai thác sử dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm và

có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong y học và dược học Flavonoid có ứng dụng trong y học để điều trị một số bệnh như viêm nhiễm, dị ứng, loét dạ dày và hành tá tràng, giúp

cơ thể điều hòa các quá trình chuyển hóa, chống lão hóa, làm bền thành mạch máu, và giảm lượng cholesterol trong máu Với các nhà hóa sinh thì cho rằng Flavonoid là những chất chống oxi hóa lý tưởng Hiện nay nhiều Flavonoid được phân lập từ thực vật

đã được ứng dụng thành các chế phẩm đặc biệt trị bệnh và sử dụng trong bảo quản thực phẩm, được thế giới công nhận là một trong những hợp chất thiên nhiên có tác dụng làm chậm quá trình lão hóa và đột biến của các tế bào trong cơ thể, phòng chống ung thư Các thực phẩm giàu flavonoid phổ biến gồm nước cam, củ hành, củ hành, ngò tây, các loại đậu, trà xanh, rượu vang đỏ,… Với chế độ dinh dưỡng đầy đủ và hợp lý, mỗi ngày trung bình mỗi người có thể nhập vào từ 150-200mg flavonoid

Sau đây là bảng thành phần flavonoid (mg/100g) trong một số loại thực phẩm:

II CẤU TẠO HÓA HỌC VÀ PHÂN LOẠI:

2.1 Cấu tạo hóa học:

Flavonoid là các hợp chất thuộc nhóm hợp chất phenolic đa vòng Thuật ngữ “hợp chất phenolic” dùng để chỉ một nhóm hợp chất có cấu trúc vòng benzen, mang một hoặc nhiều nhóm thế hydroxyl gắn trực tiếp vào vòng thơm Dựa vào cấu tạo người ta phân loại các chất Phenolic trong thực vật thành 3 nhóm chính:

1 Nhóm phenol đơn giản: Được cấu tạo từ một vòng benzen với một hay nhiều nhóm OH

2 Nhóm hợp chất phenol phức tạp: Trong thành phần cấu tạo, ngoài vòng benzen còn

có dị vòng mạch nhánh và được phân thành các nhóm:

- Nhóm axit phenol carbonic: cấu trúc phân tử có thêm nhóm carbonyl

4-Oxo-flavonoids

Anthocyanin Catechins Biflavans

Cây xô thơm (ngài đắng) 1000-1500

- Nhóm axit cumaric, axit cafeic: có gốc carbonnyl được nối với nhân benzen qua hai nguyên tử carbon

- Nhóm đa vòng Flavonoid: cấu trúc phân tử là một chuỗi polyphenolic có 15 nguyên tử Carbon, gồm 2 vòng benzen và 1 vòng pyran.

Có thể khái quát cấu trúc phân tử của Flavonoid là có khung cơ bản kiểu C6C3C6 (2 vòng benzen A và B nối với nhau qua một mạch 3 Carbon) và được chia thành nhiều nhóm khác nhau

2.2 Phân loại:

Tùy thuộc vào cấu tạo của mạch C trong bộ khung C6C3C6, Flavonoid được chia thành các nhóm sau:

1 Nhóm Flavonoids, bắt nguồn từ cấu trúc của 2-phenylchromen-4-one

(2-phenyl-1,4-benzopyrone), bao gồm các nhóm: flavon, flavonol, flavanon, flavanol, chalcon, antocyanin, anthocyanidin

Ví dụ: Flavon rất phổ biến trong thực vật như thông, hoàng cầm, lá me, cây anh thảo,… Chalcon có chủ yếu ở một số cây họ cúc, Anthocyanin có nhiều trong các loai rau quả như nho, dâu, bắp cải đỏ, hoa hồng,…

2 Nhóm Isoflavonoids, bắt nguồn từ cấu trúc của 3-phenylchromen-4-one

(3-phenyl-1,4-benzopyrone), bao gồm: isoflavon, isoflavanon, rotenoid

Ví dụ: isoflavon

3 Nhóm Neoflavonoids, bắt nguồn từ cấu trúc của 4-phenylcoumarine

(4-phenyl-1,2-benzopyrone): Ví dụ: neoflavon

III Các tính chất của Flovonoid:

1 Tính chất vật lý:

+ Tính tan trong dung môi: Trong tự nhiên các hợp chất này thường tồn tại dưới dạng glycoside nên dễ tan trong nước và các dung môi phân cực, rất dễ bị thủy phân trong môi trường axít, kiềm nhẹ, hoặc bởi enzym β-glucosidaza, emulsin

+ Mùi, vị: thường có mùi thơm, vị đắng chát đặc trưng Do có các nối đôi liên hợp mà các Flavonoid thường có màu, đặc biệt là màu vàng Nếu hệ thống này bị phá vỡ thì hợp chất bị mất màu

+ Có khả năng hấp thụ tử ngoại do có hệ thống nối đôi liên hợp Thường thu được 2 dải hấp thụ cực đại: dải 1 có λmax = 240-280mm, dải hấp thụ 2 thường cố định dài hơn dải

1 và giữa 2 dải thường có 1 vai phụ, đặc biệt là đối với flavon và flavonol Tùy theo pH của môi trường và điều kiện tạo muối và phức với các kim loại (K, Na, Fe hoặc Al) mà các bước sóng hấp thụ có thể chuyển dịch

2 Tính chất hoá học

Flavonoid đa dạng về cấu trúc hóa học vì vậy khả năng phản ứng hóa học của chúng cũng rất lớn

- Phản ứng oxy hóa: các Flavonoid rất dễ bị oxy hóa Quá trình này có kèm theo sự

mở vòng pyron và đó cũng là nguyên nhân gây ra tác dụng của Flavonoids đối với

các enzym oxy hóa khử (oxydoreductaza) Nhiều phản ứng oxy hóa khác như với AgNO3, KmnO4… vẫn được dùng để định tính và định lượng Flavonoid

- Phản ứng với kiềm: do các nhóm OH có nhóm axít nên dễ phản ứng với các hydroxit kiềm tạo muối tan trong nước, khi có nhóm C=O (cacbonyl) trong phân

tử thì tính axít lại càng tăng thêm và flavonoid có thể tan trong dung dịch NaHCO3

- Phản ứng este hóa: trong thiên nhiên ít gặp các este của phenol, nhưng trong thí

nghiệm in vitro, các nhóm OH của phenol thường dễ dàng cho este, thường gặp là

este metylic

- Phản ứng tạo phức với kim loại: Nhóm OH thường tạo phức được với AlCl3, NaOH, KOH, … cho màu vàng đặc trưng Đờng thời sự có mặt nhóm chức này là nguyên nhân làm cho các Flavonoid tự nhiên có ái lực mạnh với các ion kim loại nặng hóa trị 2 như Fe, Cu, Zn,… và có thể tạo phức chất bền vững với các nguyên

tố chuyển tiếp thuộc chu kỳ 4 Những kim loại này thường có trong các tế bào sinh vật dưới dạng các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự sinh tồn của tế bào Mặt khác, các Flavonoid có thể ngăn chặn sự hình thành các gốc tự do có hại bằng cách kết hợp với những ion kim loại nặng (Fe, Mn) vốn là những tác nhân xúc tác nhiều quá trình sinh hóa làm xuất hiện các gốc tự do

- Tạo liên kết hydro: các nhóm OH tự do rất dễ nối với nhau bởi các liên kết hydro nội phân tử hoặc giữa các phân tử Hiện tượng này ảnh hưởng nhiều đến những tính chất hóa lý học như độ sôi, độ nóng chảy, tính hòa tan,… Khả năng phản ứng cũng có thể giảm đi đáng kể

IV CÁC HOẠT TÍNH SINH HỌC:

Flavonoid là nhóm hợp chất có nhiều tác dụng sinh học Trước hết, các dẫn chất flavonoid là chất chống ô xy hóa, do có khả năng dập tắt các gốc tự do như OH, ROO (là các yếu tố gây biến dị, hủy hoại tế bào, ung thư, tăng nhanh sự lão hóa, ) Đồng

thời, flavonoid tạo phức với các ion kim loại nên ngăn cản các phản ứng oxy hóa mà những ion đó là enzym xúc tác Do đó, các chất flavonoid có tác dụng bảo vệ cơ thể, ngăn ngừa xơ vữa động mạnh, tai biến mạnh, lão hóa, thoái hóa gan, tổn thương do bức xạ

- Flavonoid làm bền thành mạch, được dùng trong các trường hợp rối loạn chức năng tĩnh mạnh, trĩ, rối loạn tuần hoàn võng mạc,

- Flavonoid còn có tác dụng chống độc, làm giảm thương tổn gan, bảo vệ chức năng gan

- Nhiều flavonoid thuộc nhóm flavon, flavanon, flavanol có tác dụng lợi tiểu rõ rệt có trong lá diếp cá, cây râu mèo,

- Trên hệ tim mạch, nhiều flavonoid như quercetin, rutin, myciretin, hỗn hợp các catechin của trà có tác dụng làm tăng biên độ co bóp tim, tăng thể tích phút của tim, Flavonoid còn được gọi là “những người thợ sửa chữa sinh hóa của thiên nhiên” nhờ vào khả năng sửa chữa các phản ứng cơ thể chống lại các hợp chất khác trong các dị ứng nguyên, virus và các chất sinh ung thư Nhờ vậy chúng có đặc tính kháng viêm, kháng dị ứng, chống virus và ung thư Hơn nữa, flavonoid là một chất chống oxy hóa mạnh giúp

cơ thể chống lại các tổn thương do sự oxy hóa và các gốc tự do một cách hữu hiệu Nhờ vậy flavonoid còn có tác dụng bảo vệ hệ tim mạch, giảm nguy cơ tử vong do các bệnh lý tim mạch như thiếu máu cơ tim, đau thắt ngực, nhồi máu cơ tim, xơ vữa động mạch,… nhờ khả năng chống sự ôxy hóa không hoàn toàn cholesterol (cũng giống như các chất chống ôxy hóa khác như vitamin C, E,…) Ngược lại, nếu lượng flavonoid cung cấp hàng ngày giảm đi, nguy cơ các bệnh lý này tăng lên rõ rệt Khả năng chống ôxy hóa của flavonoid còn mạnh hơn các chất khác như vitamin C, E, selenium và kẽm Mỗi một loại flavonoid đều mang lại những lợi ích riêng, nhưng chúng thường hoạt động hỗ trợ nhau và phổ tác dụng thường chồng chéo lên nhau

Tóm lại, có thể chia các hoạt tính sinh học và cơ chế tác dụng đối với cơ thể người của flavonoid thành 3 nhóm như sau:

1 Tác dụng chống oxy hóa: flavonoid tạo ra những gốc tự do bền vững Aryl thay thế các gốc tự do kém bền vững trong phản ứng peroxy hóa lipid màng tế bào, vì thế dây chuyền sẽ bị cắt đứt Ngoài ra flavonoid ngăn chặn hình thành gốc tự do bằng cách kết hợp với các ion kim loại nặng (Fe, Mn) vốn là những tác nhân xúc tác nhiều quá trình sinh hóa làm xuất hiện các gốc tự do

2 Tác dụng đối với các enzym sinh học: các flavonoid có thể làm kìm hãm hoạt tính của một số enzym xúc tác cho các quá trình bất lợi cho cơ thể, nhờ thế có thể hỗ trợ chữa một số bệnh như: đái tháo đường (aldoreductaza khử đường glucoza), dị ứng hen phế quản (proton-ATP.aza tạo tác nhân histamin và serotonin), nhiễm siêu vi trùng, kháng viêm (protaglandin gây cảm giác đau, sốt), thấp khớp,…

3 Khả năng chống peroxy hóa lipid màng tế bào: Sự peroxy hóa lipid sinh vật đều thông qua cơ chế của quá trình gốc tự do Những gốc tự do sinh ra từ các quá trình chuyển hóa trong cơ thể không bền và rất dễ phản ứng Trong khi đó những gốc tự do tạo ra từ flavonoid tự nhiên ArO lại rất bền vững, khó phản ứng Trong quá trình peroxy hóa lipid màng, những gốc này sẽ loại bỏ và thay thế các gốc kém bền dẫn tới

sự cắt đứt quá trình Đó chính là cơ chế giải thích sự chống peroxy hóa lipid của flavonoid, dẫn tới làm chậm lại sự lão hóa của con người

V Các phương pháp triết xuất:

VI Một số flavonoid tiêu biểu:

1 PCO:

Một trong những nhóm Flavonoids thực vật hữu ích nhất là proanthocyanidins (còn được gọi là procyanidins) Nhóm này mang lại rất nhiều ích lợi cho sức khỏe Mỗi proanthocyanidins liên kết với các loại proanthocyanidins khác Một hỗn hợp gồm các proanthocyanidins nhị trùng, tam trùng, tứ trùng và các phân tử trùng phân lớn

hơn được gọi chung là procyanidolic oligomer, gọi tắt là PCO PCO có trong nhiều loại thực vật và rượu vang đỏ, tuy nhiên về mặt thương mại người ta hay dùng PCO trong dịch chiết hạt nho hoặc vỏ cây thông vùng biển

Chiết xuất Proanthocyanidins và PCO có rất nhiều tác động dược lý.: tăng nồng độ vitamin C nội bào, giảm tính thấm tính dễ vỡ của thành mạch máu, thu dọn các chất oxy hóa và các gốc tự do, ức chế sự phá hủy collagen,…Collagen là loại protein phổ biến nhất trong cơ thể giúp duy trì sự toàn vẹn của chất nền, gân cơ, dây chằng, sụn khớp,…Collagen cũng hỗ trợ cho cấu trúc da và thành mạch máu Chiết xuất PCO hỗ trợ và bảo vệ các cấu trúc collagen một cách hữu hiệu, ảnh hưởng lên chuyển hóa collagen bằng nhiều cách Chúng làm tăng cường các sợi liên kết chéo, giúp củng cố thêm các sợi collagen liên kết chéo trong chất căn bản của mô liên kết Chúng cũng ngăn ngừa các tổn thương do gốc tự do nhờ khả năng chống oxy hóa mạnh và hoạt động thu dọn gốc tự do Hơn nữa, PCO còn ức chế sự phân hủy collagen xảy ra do các men mà bạch cầu hoặc vi khuẩn tiết ra trong quá trình viêm nhiễm PCO ngăn chặn sự phóng thích và tổng hợp các hợp chất làm tăng tình trạng viêm và dị ứng, như histamine, serine protease, prostaglandins, leukotrien,…

Hầu hết các tác động trên não của PCO đều do khả năng chống oxy hóa mạnh của

nó Chống oxy hóa và thu dọn gốc tự do giúp ngăn ngừa các tổn thương do gốc tự do cũng như do sự ôxy hóa Các thương tổn do gốc tự do liên quan chặt chẽ với tiến trình lão hóa cũng như với mọi bệnh lý thoái hóa mạn tính khác, gồm bệnh tim, viêm khớp, ung thư,… Mỡ và cholesterol rất dễ bị tổn thương do các gốc tự do Khi bị tổn thương như vậy, chúng tạo ra các dẫn xuất có độc tính tương ứng là lipide peroxide, cholesterol epoxide Người khám phá ra các đặc tính chống ôxy hóa và thu dọn gốc

tự do của PCO là Jacques Masquelier, năm 1986

Nhiều phương pháp hiện đại và phức tạp đã chứng minh hoạt động bảo vệ mạch máu của PCO và tạo cơ sở vững chắc cho việc sử dụng PCO trong điều trị các bệnh lý mạch máu Các phương pháp này cho thấy PCO có khả năng: