Введение
Азадирахтин, химическое соединение, относящееся к группе лимоноидов, является вторичным метаболитом, содержащимся в семенах нима. Это высокоокисленный тетранортритерпеноид, обладающий множеством функциональных групп, содержащих кислород, включая энольный эфир, ацеталь, гемиацеталь, тетразамещенный эпоксид и разнообразные карбоксильные эфиры.
Химический синтез
Азадирахтин обладает сложной молекулярной структурой; в его молекулярной структуре присутствуют как вторичные, так и третичные гидроксильные группы, а также тетрагидрофурановый эфир, наряду с 16 стереогенными центрами, 7 из которых тетразамещены. Эти особенности объясняют значительные трудности, возникающие при попытке синтезировать это соединение из простых предшественников с использованием методов синтетической органической химии. Поэтому первый полный синтез был опубликован более чем через 22 года после открытия соединения: этот синтез был завершен исследовательской группой Стивена Лея в Кембриджском университете в 2007 году. Описанный синтез представлял собой последовательный подход, при котором необходимый, сильно функционализированный декалин-промежуточный продукт был получен полным синтезом в небольшом масштабе, но для граммовых операций, необходимых для завершения синтеза, использовался природный продукт.
Возникновение и использование
Первоначально обнаружено, что он действует как ингибитор питания в отношении пустынной саранчи (Schistocerca gregaria), теперь известно, что он влияет на более чем 200 видов насекомых, действуя главным образом как антифидент и нарушая рост. Недавно было обнаружено, что азадирахтин обладает значительной токсичностью по отношению к африканскому хлопковому листоеду (Spodoptera littoralis), который устойчив к широко используемому биологическому пестициду Bacillus thuringiensis. Азадирахтин отвечает многим критериям, необходимым для хорошего инсектицида. Азадирахтин биоразлагаем (разлагается в течение 100 часов при воздействии света и воды) и обладает очень низкой токсичностью для млекопитающих (LD50 у крыс составляет > 3540 мг/кг, что делает его практически нетоксичным). Это соединение содержится в семенах (0,2–0,8 процента по весу) дерева нима, Azadirachta indica (отсюда префикс aza не указывает на аза-соединение, а относится к научному названию вида). Многие другие соединения, связанные с азадирахтином, присутствуют в семенах, а также в листьях и коре дерева нима, которые также проявляют сильную биологическую активность в отношении различных вредителей. Влияние этих препаратов на полезных членистоногих обычно считается минимальным. Некоторые лабораторные и полевые исследования показали, что экстракты нима совместимы с методами биологической защиты растений. Поскольку чистое масло нима содержит другие инсектицидные и фунгицидные соединения в дополнение к азадирахтину, оно обычно смешивается с водой в соотношении, когда используется в качестве пестицида. Азадирахтин является активным ингредиентом многих пестицидов, включая TreeAzin, AzaMax, BioNEEM, AzaGuard, AzaSol, Terramera Proof и Terramera Cirkil. Азадирахтин оказывает синергетический эффект с биоагентом Beauveria. Нимбецидин – это природный инсектицидный комплекс, состоящий в основном из азадирахтина и некоторых других лимоноидов.
Механизм действия
Азадирахтин вмешивается в широкий спектр физиологических процессов у насекомых. Вещество действует как регулятор роста насекомых. Оно антагонизирует активность как экдистероидов (преимущественно 20E), так и ювенильного гормона, снижая секрецию проторацикотропного гормона (PTTH) и аллатотропинов из комплекса corpus cardiacum. Это нарушение нейроэндокринной регуляции снижает окукливание. Оно также вызывает дегенерацию других нейроэндокринных желез. Вещество нарушает репродуктивные функции, вплоть до стерильности у некоторых насекомых. Это частично обусловлено вышеупомянутым нейроэндокринным нарушением, связанным с 20E и JH. Оно также может влиять на синтез белка желтка и вителлогенина. Кроме того, оно снижает успех спаривания, оказывая отпугивающее действие. Вещество также отпугивает от питания, что делает его антифидантом. Оно нарушает обоняние настолько, что некоторые насекомые предпочтут голодать, чем есть пищу, содержащую азадирахтин. При попадании соединения в организм насекомого, вещество дополнительно ингибирует пищеварительные ферменты и может сформировать аверсивную вкусовую память, активируя дофаминергические нейроны. Азадирахтин также имеет обширный список клеточных и молекулярных мишеней. Он повышает экспрессию p53, нарушает синтез белка, возможно, посредством связывания с Hsp60, и изменяет экспрессию многих других сигнальных путей.
Биосинтез
Азадирахтин образуется посредством сложного биосинтетического пути, но считается, что стероид тирукалол является предшественником вторичных тритерпеновых метаболитов нима. Тирукалол формируется из двух молекул фарнезилдифосфата (ФДФ) с образованием тритерпена C30, который затем теряет три метильные группы, превращаясь в стероид C27. Тирукалол подвергается аллильной изомеризации с образованием бутироспермола, который впоследствии окисляется. Окисленный бутироспермол затем перестраивается посредством метильного сдвига Вагнера-Мервейна 1,2, образуя апотирукалол. Апотирукалол становится тетранортритерпеноидом при отщеплении четырех терминальных атомов углерода от боковой цепи. Оставшиеся атомы углерода в боковой цепи циклизуются, образуя фурановое кольцо, и молекула подвергается дальнейшему окислению с образованием азадирона и азадирадиона. Затем третье кольцо раскрывается и окисляется, формируя C-секолимоноиды, такие как нимбин, нимбидинин и саланнин, которые этерифицированы молекулой тиглиновой кислоты, происходящей из L-изолейцина. В настоящее время предполагается, что целевая молекула образуется путем биосинтетического превращения азадирона в саланин, который затем интенсивно окисляется и циклизуется для получения азадирахтина.