Введение
Тип природного фенола, являющийся вторичным метаболитом растений.
Катехин /ˈkætɪtʃɪn/ – это флаван-3-ол, тип вторичного метаболита, обеспечивающий антиоксидантные свойства растений. Он относится к подгруппе полифенолов, называемой флавоноидами. Название семейства химических соединений катехинов происходит от катеху, танического сока или отвара из *Mimosa catechu* (*Acacia catechu* L. f.).
Химия
Катехин содержит два бензольных кольца (кольца А и В) и дигидропирановый гетероцикл (кольцо С) с гидроксильной группой у атома углерода 3. Кольцо А структурно близко к резорцинольному фрагменту, а кольцо В – к катехольному фрагменту. В молекуле присутствуют два хиральных центра у атомов углерода 2 и 3. Следовательно, существует четыре диастереоизомера. Два изомера имеют транс-конфигурацию и называются катехинами, а остальные два – цис-конфигурацию и называются эпикатехинами. Наиболее распространенным изомером катехина является (+) катехин. Другим стереоизомером является (-) катехин или энт-катехин. Наиболее распространенным изомером эпикатехина является (−) эпикатехин (также известный как L-эпикатехин, эпикатехол, (−) эпикатехол, L-акатехин, L-эпикатехол, эпикатехин, 2,3-цис-эпикатехин или (2R,3R) (−) эпикатехин). Различные эпимеры можно разделить с помощью хиральной колоночной хроматографии. Если конкретный изомер не уточняется, молекулу можно просто называть катехином. Смеси различных энантиомеров могут называться (±) катехином или DL-катехином и (±) эпикатехином или DL-эпикатехином. Катехины и эпикатехины являются строительными блоками проантоцианидинов, относящихся к конденсированным танинам. Кроме того, гибкость кольца С позволяет существовать двум конформационным изомерам, в которых кольцо В находится либо в псевдоэкваториальном положении (конформер E), либо в псевдоаксиальном положении (конформер A). Исследования показали, что (+) катехин в водном растворе принимает смесь конформеров A и E, при этом конформационное равновесие составляет 33:67. Как и другие флавоноиды, катехины могут проявлять антиоксидантные свойства при высоких концентрациях in vitro, однако их антиоксидантный потенциал ниже, чем у многих других флавоноидов. Способность гасить синглетный кислород, по-видимому, связана с химической структурой катехина, в частности, с наличием катехольного фрагмента в кольце B и гидроксильной группы, активирующей двойную связь в кольце C.
Окисление
Электрохимические эксперименты показывают, что механизм окисления (+) катехина протекает в последовательные стадии, связанные с катехольными и резорцинольными группами, и зависит от pH. Окисление катехольных 3′,4′-дигидроксильных групп, являющихся донорами электронов, происходит первым, при очень низких положительных потенциалах, и является обратимой реакцией. Показано, что гидроксильные группы резорцинольного фрагмента, окисляющиеся впоследствии, подвергаются необратимой реакции окисления. Система лакказы/ABTS окисляет (+) катехин до олигомерных продуктов, одним из димеров которых является проантоцианидин А2.
Природные явления
(+) Катехин и (-) эпикатехин, а также их конъюгаты с галловой кислотой, широко распространены в сосудистых растениях и часто входят в состав традиционных растительных лекарственных средств, таких как Uncaria rhynchophylla. Эти два изомера в основном содержатся в какао и чае, а также в винограде Vitis vinifera.
В пище
Основными диетическими источниками катехинов в Европе и Соединенных Штатах являются чай и яблочные плоды. Катехины и эпикатехины содержатся в какао, которое, согласно одной базе данных, имеет самое высокое содержание катехинов (108 мг/100 г) среди проанализированных продуктов питания, далее следует черносливовый сок (25 мг/100 мл) и створки бобов (16 мг/100 г). Катехины встречаются в разнообразных продуктах, от зеленого чая до уксуса. Катехины содержатся в зерне ячменя, где они являются основным фенольным соединением, ответственным за изменение цвета теста. Вкус, связанный с мономерным (+) катехином или (-) эпикатехином, описывается как слегка терпкий, но не горький.
Биосинтез
Биосинтез катехина начинается с ма4-гидроксициннамоил-КоА, являющегося стартовым соединением, которое подвергается удлинению цепи путем добавления трех молекул малонил-КоА по пути PKSIII. 4-Гидроксициннамоил-КоА биосинтезируется из L-фенилаланина через шикиматный путь. L-Фенилаланин сначала деаминируется фенилаланин-аммиак-лиазой (PAL) с образованием цинамовой кислоты, которая затем окисляется до 4-гидроксицинамовой кислоты цинамат-4-гидроксилазой. Кальконовый синтаз затем катализирует конденсацию 4-гидроксициннамоил-КоА и трех молекул малонил-КоА с образованием халькона. Халькон затем изомеризуется в нарингенин халькон-изомеразой, который окисляется до эриодиктиола флавоноидной 3′-гидроксилазой и далее окисляется до таксифолина флаваноновой 3-гидроксилазой. Таксифолин затем редуцируется дигидрофлаванол-4-редуктазой и лейкоантоцианидин-редуктазой с образованием катехина. Схема биосинтеза катехина представлена ниже.
Леукоцианидин-редуктаза (LCR) использует 2,3-транс-3,4-цис-леукоцианидин для получения (+)-катехина и является первым ферментом в специфическом пути биосинтеза проантоцианидинов (ПА). Ее активность была измерена в листьях, цветах и семенах бобовых Medicago sativa, Lotus japonicus, Lotus uliginosus, Hedysarum sulfurescens и Robinia pseudoacacia. Фермент также присутствует в Vitis vinifera (винограде).
Биоразложение
Катехиноксигеназа, ключевой фермент в деградации катехина, присутствует в грибах и бактериях. Среди бактерий разложение (+) катехина осуществляет Acinetobacter calcoaceticus. Катехин метаболизируется до протокатехуиновой кислоты (ПКК) и карбоновой кислоты флороглюцинола (ПГКК). Его также деградирует Bradyrhizobium japonicum. Карбоновая кислота флороглюцинола далее декарбоксилируется до флороглюцинола, который дегидроксилируется до резорцинола. Резорцинол гидроксилируется до гидроксихинола. Протокатехуиновая кислота и гидроксихинол подвергаются интрадиольному расщеплению посредством протокатехуат 3,4-диоксигеназы и гидроксихинол 1,2-диоксигеназы с образованием β-карбоксицис,цис-муконовой кислоты и малеилового ацетата. Среди грибов деградацию катехина осуществляет Chaetomium cupreum.
Метаболизм у человека
[[Файл:Метаболиты эпикатехина.png|thumb|left|Метаболиты эпикатехина у человека (за исключением метаболитов, образующихся в толстой кишке) и в печени, приводящие к образованию так называемых структурно родственных метаболитов эпикатехина (SREM). Основными метаболическими путями для SREM являются глюкуронидация, сульфация и метилирование катехольной группы катехол-O-метилтрансферазой, при этом лишь небольшие количества обнаруживаются в плазме крови.
Биотрансформация
Биотрансформация (+) катехина в таксифолин посредством двухступенчатого окисления может быть осуществлена Burkholderia sp. (+) Катехин и (−) эпикатехин преобразуются эндофитным нитевидным грибом Diaporthe sp. в 3,4-цис-дигидроксифлавановые производные: (+) (2R,3S,4S) 3,4,5,7,3′,4′ гексагидроксифлаван (лейкоцианидин) и (−) (2R,3R,4R) 3,4,5,7,3′,4′ гексагидроксифлаван, соответственно, тогда как (−) катехин и (+) эпикатехин с (2S)-фенильной группой не подвергались биоокислению. Лейкоантоцианидиноредуктаза (LAR) использует (2R,3S) катехин, NADP+ и H2O для образования 2,3-транс-3,4-цис лейкоцианидина, NADPH и H+. Изучение экспрессии ее гена проводилось на развивающихся ягодах винограда и листьях виноградной лозы.
Гликозиды
(2R,3S) Катехин 7 O β D глюкопиранозид можно выделить из ячменя (Hordeum vulgare L.) и солода. Эпигеозид (катехин 3 O α L рамнопиранозил(1–4) β D глюкопиранозил(1–6) β D глюкопиранозид) можно выделить из корневищ Epigynum auritum.
Исследования
Междувидовые различия в метаболизме (−)-эпикатехина.
Сосудистая функция
Лишь ограниченные данные, полученные в ходе исследований питания, позволяют предположить, что катехины могут оказывать влияние на эндотелиозависимую вазодилатацию, что потенциально может способствовать нормальной регуляции кровотока у людей. Катехины зеленого чая могут способствовать снижению артериального давления, особенно при систолическом давлении выше 130 мм рт. ст. В связи с обширным метаболизмом в процессе пищеварения, судьба и активность метаболитов катехинов, ответственных за этот эффект на сосуды, а также точный механизм их действия, остаются неизвестными.
Нежелательные реакции
Катехин и его метаболиты способны прочно связываться с эритроцитами, тем самым индуцируя развитие аутоантител, что приводит к гемолитической анемии и почечной недостаточности. Это стало причиной изъятия с рынка в 1985 году препарата Catergen, содержащего катехин и использовавшегося для лечения вирусного гепатита. Катехины, содержащиеся в зеленом чае, могут быть гепатотоксичными, и Европейское агентство по безопасности продуктов питания рекомендовало не превышать суточную дозу в 800 мг.
Другое
Один ограниченный метаанализ показал, что увеличение потребления зеленого чая и его катехинов до семи чашек в день привело к небольшому снижению риска развития рака предстательной железы. Методы, основанные на использовании наночастиц, находятся на предварительной стадии исследований в качестве потенциальных систем доставки катехинов.
Ботанические эффекты
Катехины, выделяемые в почву некоторыми растениями, могут подавлять рост их соседей, что является формой аллелопатии. Centaurea maculosa, или пятнистый василёк, часто изучаемый в связи с этим явлением, выделяет изомеры катехина в почву через корни, что потенциально может оказывать антибиотическое или гербицидное действие. Одна из гипотез предполагает, что это вызывает волну активных форм кислорода в корнях поражаемого растения, приводящую к гибели корневых клеток посредством апоптоза. Большинство растений в европейской экосистеме обладают защитой от катехинов, однако в североамериканской экосистеме, где Centaurea maculosa является инвазивным и неуправляемым сорняком, лишь немногие растения защищены от их воздействия. Эпикатехин и катехин могут предотвращать болезнь кофейной ягоды, ингибируя аппрессориальную меланизацию гриба Colletotrichum kahawae.