Ним ағашының құрамындағы азадирахтин: қасиеттері мен қолданылуы
Azadirachtin
Азадирахтин – лимоноид тобына жататын, күрделі құрылымды және синтездеуі қиын неем тұқымының химиялық қосылысы. Құрамы, касиеттері мен зерттелу тарихы.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Лимоноидтар тобына жататын азадирахтин – ним тұқымдарында кездесетін екіншілік метаболит. Бұл жоғары тотыққан тетранортритерпеноид, көптеген оттегі бар функционалдық топтарға ие, соның ішінде энол эфирі, ацеталь, гемиацеталь, төрт есе алмастырылған эпоксид және әртүрлі карбоксилді эфирлер бар.
Azadirachtin, a chemical compound belonging to the limonoid group, is a secondary metabolite present in neem seeds. It is a highly oxidized tetranortriterpenoid which boasts a plethora of oxygen bearing functional groups, including an enol ether, acetal, hemiacetal, tetra substituted epoxide and a variety of carboxylic esters.
Химиялық синтез
Азадирахтиннің күрделі молекулалық құрылымы бар; оның молекулалық құрылымында екінші және үшінші гидроксил тобы, сондай-ақ тетрагидрофуран эфирі бар, ал 16 стереогендік орталыққа ие, олардың 7-сі төрттен бірге алмастырылған. Осы ерекшеліктер синтетикалық органикалық химия әдістерін қолданып, қарапайым заттардан осы қосылысты дайындауға тырысқанда туындайтын қиындықтарды түсіндіреді. Сондықтан, қосылыс ашылғаннан кейін 22 жылдан астам соң, алғашқы толық синтез жарияланды: бұл алғашқы синтезді 2007 жылы Кембридж университетінің Стивен Лей зерттеу тобы аяқтады. Сипатталған синтез ретрансляциялық тәсілді қолданды, онда қажетті, жоғары функционалды декалин аралық қосылысы шағын көлемде толық синтез арқылы жасалды, бірақ синтезді аяқтау үшін қажетті граммдық көлемдегі операциялар үшін табиғи өнімнен алынды.
Azadirachtin has a complex molecular structure; it presents both secondary and tertiary hydroxyl groups and a tetrahydrofuran ether in its molecular structure, alongside 16 stereogenic centres, 7 of which are tetrasubstituted. These characteristics explain the great difficulty encountered when trying to prepare this compound from simple precursors, using methods of synthetic organic chemistry. Hence, the first total synthesis was published over 22 years after the compound's discovery: this first synthesis was completed by the research group of Steven Ley at the University of Cambridge in 2007. The described synthesis was a relay approach, with the required, heavily functionalized decalin intermediate being made by total synthesis on a small scale, but being derived from the natural product itself for the gram scale operations required to complete the synthesis.
Пайдалануы және қолданылуы
Бастапқыда шөл жәндігіне (Schistocerca gregaria) жемді тежеуші ретінде активті екені анықталды, қазір ол 200-ден астам жәндік түріне әсер ететіні белгілі, негізінен жем жеуден тоқтатушы және өсуді бұзушы ретінде әрекет етеді. Жақында азадирахтин африкалық мақта жапырақты құртқа (Spodoptera littoralis) қатысты айтарлықтай уытты екені анықталды, олар Bacillus thuringiensis, кеңінен қолданылатын биологиялық пестицидке төзімді. Азадирахтин жақсы инсектицидтің көптеген критерийлеріне сай келеді. Азадирахтин биоразлаган (жарық пен суға 100 сағат ішінде ыдырайды) және сүтқоректілерге өте төменгі уыттылық көрсетеді (ешкілердегі дозасы > 3,540 мг/кг, оны іс жүзінде усыз етеді). Бұл қосылыс ним ағашының (Azadirachta indica) тұқымдарында 0,2-ден 0,8 пайызға дейін салмақ бойынша кездеседі (сондықтан префиксі aza аза қосылысын білдірмейді, бірақ ғылыми түр атауын білдіреді). Азадирахтинмен байланысты көптеген қосылыстар ним ағашының тұқымдарында, жапырақтарында және қабығында да бар, олар әртүрлі зиянкес жәндіктер арасында күшті биологиялық белсенділікті көрсетеді. Бұл препараттардың пайдалы буынтық аяқтыларға әсері, әдетте, минималды деп есептеледі. Кейбір зертханалық және далалық зерттеулер ним экстракттарының биологиялық бақылаумен үйлесімді екенін көрсетті. Таза ним майы азадирахтиннен басқа инсектицидтік және фунгицидтік қосылыстарды қамтитындықтан, пестицид ретінде қолданылғанда әдетте сумен араластырылады. Азадирахтин TreeAzin, AzaMax, BioNEEM, AzaGuard, AzaSol, Terramera Proof және Terramera Cirkil сияқты көптеген пестицидтердің белсенді компоненті болып табылады. Азадирахтин Beauveria биобақылау агентімен синергиялық әсер етеді. Нимбецидин – негізінен азадирахтин және басқа лимоноидтардан тұратын табиғи өнім инсектицидтерінің қоспасы.
Initially found to be active as a feeding inhibitor towards the desert locust (Schistocerca gregaria), it is now known to affect over 200 species of insects, by acting mainly as an antifeedant and growth disruptor. It was recently found that azadirachtin possesses considerable toxicity towards African cotton leafworm (Spodoptera littoralis), which are resistant to a commonly used biological pesticide, Bacillus thuringiensis. Azadirachtin fulfills many of the criteria needed for a good insecticide. Azadirachtin is biodegradable (it degrades within 100 hours when exposed to light and water) and shows very low toxicity to mammals (the in rats is > 3,540 mg/kg making it practically non toxic). This compound is found in the seeds (0.2 to 0.8 percent by weight) of the neem tree, Azadirachta indica (hence the prefix aza does not imply an aza compound, but refers to the scientific species name). Many more compounds, related to azadirachtin, are present in the seeds as well as in the leaves and the bark of the neem tree which also show strong biological activities among various pest insects Effects of these preparations on beneficial arthropods are generally considered to be minimal Some laboratory and field studies have found neem extracts to be compatible with biological control. Because pure neem oil contains other insecticidal and fungicidal compounds in addition to azadirachtin, it is generally mixed at a rate of of water when used as a pesticide. Azadirachtin is the active ingredient in many pesticides including TreeAzin, AzaMax, BioNEEM, AzaGuard, and AzaSol, Terramera Proof and Terramera Cirkil. Azadirachtin has a synergistic effect with the biocontrol agent Beauveria. Nimbecidine is a natural product insecticide mix which is mostly azadirachtin, with some other limonoids.
Әрекет ету механизмі
Азадирахтин жәндіктердің көптеген физиологиялық процестеріне кедерес келтіреді. Бұл зат жәндіктердің өсуін реттегіш ретінде әрекет етеді. Ол экдистероидтардың (негізінен 20E) және жас гормонның әсерін тежеп, корпус кардиак кешенінен проторацикотроптық гормонның (PTTH) және аллатотропиндердің бөлінуін азайтады. Бұл нейроэндокриндік бұзылу куколизацияны (құрттануды) баяулатады. Сонымен қатар, басқа нейроэндокринді бездердің де нашарлауына себеп болады. Бұл зат кейбір жәндіктерде көбею функцияларын бұзып, тіпті төл тумауға алып келеді. Бұл 20E және жас гормонға байланысты жоғарыда аталған нейроэндокриндік бұзылудың салдары. Сонымен қатар, сарыуыздық белок және вителлогенин синтезіне де әсер етуі мүмкін. Бұл зат жұптасу мүмкіндігін де төмендетеді. Ол сонымен қатар тамақтануға қарсы әсер етеді, нәтижесінде жәндіктер тамақтан бас тартады. Ол иіс сезу қабілетін бұзады, сондықтан кейбір жәндіктер азадирахтин қосылған тағамды жеуден гөрі аштан өлгенді жөн көреді. Егер жәндік бұл затты жұтса, ол ас қорыту ферменттерін тежейді және дофаминергиялық нейрондарды белсендіріп, жағымсыз дәмді есте сақтауға себеп болуы мүмкін. Азадирахтиннің жасушалық және молекулалық мақсаттарының кең тізімі бар. Ол p53 экспрессиясын арттырады, Hsp60-қа байланысу арқылы ақуыз синтезін бұзады және көптеген басқа жолдардың экспрессиясын өзгертеді.
Azadirachtin interferes with a wide variety of insect pathways. The substance acts as an insect growth regulator. It antagonizes both ecdysteroid (mainly 20E) and juvenile hormone activities by reducing secretion of prothoracicotropic hormone (PTTH) and allatotropins from the corpus cardiacum complex. This neuroendocrine disruption reduces pupation. It also causes degeneration of other neuroendocrine glands. The substance disrupts reproductive functions, going as far as sterility in some insects. This is partially due to the aforementioned neuroendocrine disruption surrounding 20E and JH. It could also affect yolk protein and vitallogenin synthesis. It also reduces mating success by deterrence. The substance also deters feeding, making it an antifeedant. It disrupts the sense of smell to the point that some insects would rather starve than eat azadirachtin laced food. If the insect ingests the compound, the substance further inhibits digestive enzymes and could leave an aversive taste memory by activating dopaminergic neurons. Azadirachtin additionally has a long list of cellular and molecular targets. It upregulates p53, disrupts protein synthesis possibly through binding to Hsp60, and changes the expression of many other pathways.
Биосинтез
Азадирахтин күрделі биосинтез жолы арқылы түзіледі, бірақ стероидтық тирукалол ним тритерпеноидты екіншілік метаболиттердің прекурсоры деп саналады. Тирукалол фарнезил дифосфатының (ФДФ) екі бірлігінен С30 тритерпенін құру үшін пайда болады, бірақ содан кейін үш метил тобын жоғалтып, С27 стероидіне айналады. Тирукалол аллильді изомерленуге ұшырап, бутироспермолға айналады, содан кейін ол тотыққанда кетеді. Тотыққан бутироспермол Вагнер-Мервейн 1,2 метил ауысуы арқылы қайта құрылымдалып, апотирукалол түзеді. Апотирукалол тізбектегі төрт терминалды көміртегісі бөлінгенде тетранортритерпеноидқа айналады. Тізбекте қалған көміртегілер циклдесіп фуран сақинасын құрайды және молекула одан әрі тотығып, азадирон мен азадирадионға айналады. Содан кейін үшінші сақина ашылып, тотығып, нимбин, нимбидинин және саланнин сияқты C сек-лимоноидтары пайда болады, олар L-изолейцинден алынған тиглин қышқылының молекуласымен этерификацияланады. Қазіргі уақытта мақсатты молекулаға азадиронды биосинтетикалық түрде саланнинге айналдыру арқылы жету ұсынылады, содан кейін ол азадирахтинге жету үшін күшті тотығып, циклдендіріледі.
Azadirachtin is formed via an elaborate biosynthetic pathway, but is believed that the steroid tirucallol is the precursor to the neem triterpenoid secondary metabolites. Tirucallol is formed from two units of farnesyl diphosphate (FPP) to form a C30 triterpene, but then loses three methyl groups to become a C27 steroid. Tirucallol undergoes an allylic isomerization to form butyrospermol, which is then oxidized. The oxidized butyrospermol subsequently rearranges via a Wagner Meerwein 1,2 methyl shift to form apotirucallol. Apotirucallol becomes a tetranortriterpenoid when the four terminal carbons from the side chain are cleaved off. The remaining carbons on the side chain cyclize to form a furan ring and the molecule is oxidized further to form azadirone and azadiradione. The third ring is then opened and oxidized to form the C seco limonoids such as nimbin, nimbidinin and salannin, which has been esterified with a molecule of tiglic acid, which is derived from L isoleucine. It is currently proposed that the target molecule is arrived at by biosynthetically converting azadirone into salanin, which is then heavily oxidized and cyclized to reach azadirachtin.