CC BY
99
УДК 577.19: 581.192.7:633.3
РОСЛИННІ ІЗОФЛАВОНИ: БІОСИНТЕЗ, ДЕТЕКТУВАННЯ ТА БІОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
В. Д. НАУМЕНКО, Б. В. СОРОЧИНСЬКИЙ, В. І. КОЛИЧЕВ
ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки» НАН України, Київ E-mail: [email protected]
Отримано 17.09.2012
Розглянуто біологічні властивості, структуру і шляхи біосинтезу рослинних ізофлавонів, передусім ізофлавонів сої (даїдзеїну, геністеїну та гліцитеїну). Описано структуру ізофлавонів та їхніх форм, агліконів та глюкозидів (глікозидів), проаналізовано шляхи біосинтезу ізофлавонів. Подано загальну інформацію про сучасні методи детектування ізофлавонів та їх кон’югатів. Обговорено важливість профілювання ізофлавонів, флавоноїдів і їх кон’югатів за допомогою аналітичних та інструментальних методів для вирішення деяких питань біології та медицини. Наведено інформацію щодо вмісту ізофлавонів в окремих рослинних культурах і в тканинах різних сортів сої. Висвітлено оздоровчі, лікувальні та профілактичні властивості ізофлавонів при онкологічних, серцево-судинних, ендокринних захворюваннях та в разі порушення обміну речовин. Описано можливі механізми їхніх біологічних ефектів. Наведено інформацію про застосування сучасних технологій для створення нових ліній рослин, які продукують ізофлавоноїди з певним рівнем ізофлавонів, що сприяє лікуванню та профілактиці захворювань. Розглянуто можливості застосування метаболічної інженерії для підвищення накопичення та синтезу ізофлавонів небобовими культурами, такими як тютюн, арабі-допсис і кукурудза. Подано приклади того, як шляхом індукції введеного ензиму ізофлавонсинтази рослинні тканини, які природно не є продуцентами ізофлавонів, набувають потенціалу для синтезу цих біологічно активних сполук. Обговорено конкретні біохімічні шляхи, що уможливлюють підвищення синтезу ізофлавону геністеїну в тканинах рослин Arabidopsis thaliana. Зроблено висновок, що генно-інженерні маніпуляції з рослинами, які спрямовано на модифікацію вмісту вторинних метаболітів, дають можливість створювати нові сільськогосподарські культури з поліпшеними агрономічними властивостями та харчовими характеристиками.
Ключові слова: ізофлавони, даїдзеїн, геністеїн, гліцитеїн, соя, біологічні властивості, метаболічна інженерія.
Ізофлавони (ІФ) — це вторинні метаболіти, що належать до великої групи природних фітоестрогенів. Фітоестрогени поділяють на 6 основних категорій, до яких належать ІФ, лігнани, куместани, лактони резорцилової кислоти, флавони та халкони. Найчислен-нішими з них є ІФ, лігнани та куместани.
У великій кількості ІФ містяться в сої (Gly -cine max L.), червоній конюшині (Trifolium pratense L.), кінських бобах (Vicia faba L.), пуерарії волосянистій (Pueraria lobata, кудзу), Thai Kwao Krua (Pueraria mirifica), у лікарській рослині Flemingia vestita (Legu -minosae), у таких рослинах, як люцерна (Medicago L.) і тонконіг (Kentucky bluegrass I Poa pratensis L.) , а також у кавових зернах. Найбільший вміст ІФ — у соєвих бобах та продуктах, вироблених із сої [1].
ІФ входять до складу природної групи ізофлавоноїдів, які майже виключно синте-
зуються рослинами родини Ьециттоёав. Вони також є важливою складовою рослинної ризосфери. ІФ — це натуральні сполуки, що мають молекулярну масу і структуру, подібну до естрогенів людини, виявляють незначну естрогенну активність і тому їх відносять до класу фітоестрогенів. Вони конкурують з ендогенним естрогеном за зв’язування з рецептором і діють одночасно як естрогенові агоністи та антагоністи [2]. Подібність структури екволу та естрогену естрадіолу показано на рис. 1.
Структура ізофлавонів та їхні форми
ІФ — підгрупа ізофлавоноїдів, які входять до складу великої групи рослинних поліфенолів. Хімічна структура ІФ базується на основі фенілпропанового скелета С6-С3-С6. Це гетероциклічні сполуки з ато-
ЕСТРОГЕН
ЕКВОЛ
ІЗОФЛАВОН
Рис. 1. Будова ізофлавонів та естрогенів
мом кисню в кільці. Від інших класів флавоноїдів ІФ відрізняються великою структурною варіабельністю, проте, на відміну від інших флавоноїдів, мають обмежене розповсюдження в природі. Важливим природним джерелом ІФ є соя, в якій вони містяться у формі глікозидів (Р-глюкозидів, ацетилглю-козидів і малонілглюкозидів, але переважно представлені в-глюкозидами), геністину та даїдзину. В агліконовій формі присутні тільки 2-5% ІФ сої. Процес перероблення сої змінює профіль ІФ, що докладно розглянуто в роботах [3-5]. Так, ацетилглюкозиди утворюються внаслідок декарбоксилювання малонілглюкозидів, а в-глюкозиди — в результаті гідролізу ефірного зв’язку малоніл-та ацетилглюкозидів. Подальше розщеплення глюкозидного зв’язку сприяє утворенню активної форми ІФ агліконів (рис. 2).
Низкою досліджень [6-8] було виявлено відмінності в рівні поглинання гліконових (глікозидних) та агліконових (без цукрового залишку) ІФ організмом людини. Неактивні глікозиди ІФ — геністин, даїдзин та гліци-тин (глікони), полярні й розчинні у воді сполуки, у разі потрапляння в шлунково-кишковий тракт у складі харчових продуктів гідролізуються ензимами мікрофлори кишечника (під дією в-глюкозидаз відбувається відокремлення вуглеводної частини) з утворенням біологічно активних гормоноподіб-них речовин, агліконів, в основному геністеїну (4,5,7-тригідроксіізофлавон), даїдзеїну (4,7-дегідроксіізофлавон) та гліцитеїну (4,7-дегідрокси-6-метоксіізофлавон) (рис. 2). За подальшого ензимного оброблення даї-дзеїну утворюється наступна його форма — еквол — головний метаболіт під час споживання ІФ, що формується в присутності шлунково-кишкової мікрофлори. Таке перетворення ІФ притаманне для 50-70% населення, яке споживає соєві продукти. ІФ геністеїн та даїдзеїн можуть також бути метаболізовані з інших попередників, наприклад біоксаніну А і формононетину (О-метиловані ізофлавони), відповідно.
Середній проміжок часу для досягнення максимальних концентрацій агліконів у плазмі крові людини — 4-7 год, тоді як для відповідних Р-глюкозидів — 8-11 год, що збігається з тривалістю гідролітичного розщеплення глюкозидної частини ІФ. Завдяки цьому підвищується їх біодоступність, при цьому для геністеїну вона значно вища, ніж для даїдзеїну, і є більшою за умови споживання їх у формі Р-глюкозидів, а не агліконів.
Згідно з Ки^и et аі. [9] у соєвих бобах та гіпокотилях міститься 9 різних глюкозидів (даїдзин, геністин, гліцитин, 6"-О-ацетил-даїдзин, 6"-О-ацетил геністин, 6"-О-ацетил-гліцитин, 6"-О-малонілдаїдзин, 6"-О-мало-нілгеністин, 6"-О-малонілгліцитин). Автори зазначають, що даїдзин, геністин, гліцитин та відповідні малонілглюкозиди накопичуються в дозріваючому насінні упродовж 35-60 днів після цвітіння. Накопичення малонілгеністину та геністину припадає на останню фазу дозрівання насіння, тимчасом як малонілдаїдзин та даїдзин акумулюються протягом усього періоду дозрівання. Загальна кількість ІФ у гіпокотилях була в 5,5-6,0 разів вища, ніж у котилідонах, а гліцитин та його похідні накопичувались виключно в гіпокотилях. Автори повідомляли, що виділений ізофлавон гліцитеїн 7-О-в-(6" -О-ацетил)-Б-глюкозид (6" -О-ацетил-гліцитин) є складовою частиною речовин, які впливають на смакові характеристики соєвих продуктів, надаючи їм специфічного смаку. Найбільш поширені ІФ сої: даїдзеїн, гліцитеїн, геністеїн, формононетин, біока-нін А, пуерарин, 7-О-в-глюкозид.
Окрім зазначених ІФ у природі трапляються такі ізофлавони, як ірилон (флавоноїд Т^оїіит ртівпвє — червона конюшина та
І------------------------1
сидегочсоои с»%осоо*, сн^ои
Малонілглюкозиди Ацетилглюкозиди Глюкозиди
\І /
^О.
Аглікони
Сполука R, R,
Даїзіеїн н н
Геністеїн он н
Гліцитеїн н осн,
Рис. 2. Утворення активних форм ІФ
Iris germanica, оробол, виділений з Aspergillus niger і Streptomyces neyagawaensis, інгібітор фосфатидилінозитолкінази, псевдо-бабтигенін — флавоноїд Trifolium pratense), метиловані форми, зокрема галікозин (Astragalus membranaceus Bge. var. Mon-gholicus та Trifolium pratense), іригенін (виділений з леопардової лілії Belamcanda chinensis), прунетин (виділений з Prunus emarginata та коренів гороху), ретузин (флавоноїд Dipteryx odorata та Dalbergia retusa), синтетичний ІФ іприфлавон і ще багато інших форм.
Шляхи біосинтезу ізофлавонів
ІФ належать до великої групи природних сполук флавоноїдів, тому шляхи їх біосинтезу доцільно розглядати в контексті біосинтезу природних поліфенолів, які, на відміну від ІФ, мають велике поширення в природі й відіграють важливу роль залежно від типу клітин та органів, де вони акумулюються (насіння, корені, плоди, листя).
Біосинтез ІФ, як і всіх флавоноїдів, відбувається в цитоплазмі (цитозолі). У 1974 р. Stafford [10] висловив припущення, що ензими, які беруть участь у біосинтезі флавоноїдів, утворюють мультиензимний комплекс. Так, у цитозольній фракції протопластів, виділених із квітів Hippeastrum і Tulipa, було виявлено найвищу активність халконсинтази, халконізомерази та глюко-зилтрансферази, дещо нижча активність зазначених ензимів — у мікросомальній фракції [11]. На основі цих даних зроблено припущення, що ензими локалізовані в безпосередній близькості до внутрішніх мембран клітини. Подальшими біохімічними, імуногістохімічними та молекулярно-цитологічними й іншими дослідженнями було підтверджено, що ензими, які беруть участь у біосинтезі флавоноїдів, утворюють мультиензимний комплекс [12-14]. Усі інші ензими біофлавоноїдного шляху локалізуються поблизу мембрани ендоплазматичного ретикулума.
На сьогодні відомо два шляхи утворення природних фенольних сполук: шикиматний і ацетатно-малонатний. Для вищих рослин у процесі біосинтезу флавоноїдів характерним є поєднання ацетатно-малонатного шляху
з шикиматним. Суттєвою особливістю будови флавоноїдів порівняно з іншими поліфенолами є походження двох бензольних кілець їхньої структури [15].
Із поданої загальної схеми біосинтезу флавоноїдів (рис. 3) видно, що попередни-
ком усіх флавоноїдів є 4, 2', 4', Р'-тетрагід-роксихалкон, який утворюється в результаті каталізованої халконсинтазою (СИБ) конденсації малонілкоензиму А та п-кумарил -коензиму А, далеким попередником якого є шикимова кислота. Згодом тетрагідроксил-халкон під дією халконізомерази (СИІ) перетворюється на 5, 7, 4'-тригідроксифла-ванон (нарингенін), з якого утворюється більшість флавоноїдів, у тому числі й ІФ. Перетворення халкону на різні підгрупи флавоноїдів відбувається циклізацією та модифікуванням гетероциклічного ядра.
Біосинтез флавоноїдів, зокрема й ІФ, зручніше розглядати поетапно: 1) утворення основного С6-С3-С6-скелета; 2) шляхи, за допомогою яких флавоноїди різних класів утворюються з основного С6-С3-С6-поперед-ника і де можливі взаємоперетворення між флавоноїдами різних класів; 3) кінцеві модифікації, такі як гідроксилювання, метилування і глікозилювання, які дають початок багатьом флавоноїдам всередині кожного класу.
Рис. 4 є більш деталізованою порівняно з рис. 3 частиною схеми біосинтезу флавоноїдів, на ньому добре видно два шляхи утворення ІФ. Геністеїн утворюється з першого проміжного субстрату нарингеніну, який є продуктом халконсинтази та халконізомерази. За допомогою халконре-дуктази утворюється другий субстрат — ліквіритигенін, який далі конвертується в даїдзеїн.
Потім ІФ за участю ізофлавон-О-метил-трансферази (ІОМТ), ізофлавон-2'-гідрокси-лази (І2 И ), ізофлавонредуктази (І¥Я), вес-титонредуктази (УЯ), 7,2'-дигідрокси,
4'-метоксіізофлаванолдегідрогенази (ВМІВ) перетворюються на ізофлавоноїди.
Методи детектування ізофлавонів та їхніх кон’югатів
Детектування і структурна характеристика ізофлавонів та їхніх кон’югатів, одержаних із рослинного матеріалу як у вигляді окремих сполук, так і сумішей, ускладнюються через присутність великої кількості ізомерних форм агліконів ІФ та їх глюкозидів. У більшості випадків з метою ідентифікації та характеристики ІФ, як невідомих сполук, застосовують ядерний магнітний резонанс (ЯМР) (1H and 13С), мас-спектрометрію (MS), УФ- та ІЧ- (UV- and IR) спектрометрію, однак вони не можуть надати всієї необхідної інформації про структуру
Рис. З. Схема біосинтезу флавоноїдів:
показано утворення окремих підкласів флавоноїдів (флавонолів, антоціанів, проантоціанідинів, флобафенів, ауронів, флавонів та ізофлавонів). Позначено також проміжні сполуки та ензими Примітка. Ензими:
ACTs — ацетилтрансферази;
ANR — антоціанідинредуктаза;
ANS — антоціанідинсинтаза (відома також як лейкоантоціанідиндіоксигеназа )
C4H — цінамат-4-гідроксилаза;
CHI — халконізомераза;
CHR — халконредуктаза;
CHS — халконситаза;
4CL — 4-кумарол-СоА лігаза;
DFR — дигідрофлавонол 4-редуктаза;
DMID — 7,2'-дигідрокси, 4/-метоксіізофлаванолдегідрогеназа;
F3H — флаванон 3-гідроксилаза;
FNS1; FNS11 — флавонсинтаза І і ІІ;
F3'H; F3'5'H - флавоноїд 3'- і 3'5'- гідроксилаза;
IOMT — ізофлавон-O-метилтрансфераза;
IFR -ізофлавонредуктаза;
I2 H - ізофлавон 2 -гідроксилаза;
IFS — ізофлавонсинтаза;
LAR — лейкоантоціанідин редуктаза;
OMTs — O-метилтрансферази;
PAL — фенілаланіламоніаліаза;
GTs — глюкозилтрансфераза;
VR — веститонредуктаза.
аналізованого зразка. Важливим є коректне детектування ІФ у тканинах організму та фізіологічних рідинах (сеча, кров, спіналь-на рідина), оскільки при цьому часто доводиться мати справу з різними модифікаціями ІФ [16]. В організмі людини і тварин ІФ
присутні у формі глюкозидів, сульфатів та метильованих сполук [17, 18].
Одним із завдань функціональної геномі-ки та системної біології є профілювання метаболітів. Кількісний та якісний моніторинг похідних ІФ, разом з інформацією про
СНЯ (халконредуктаза) СНЯ (халконсинтетаза) СНІ (халконізомераза)
7,4 -дигідроксифлаванон 5,7,4'-тригідроксифлаванон (ліквіритигенін) (нарингенін)
^ ІЕЯ (ізофлавонсинтетаза) ^
7,4' -дигідроксіізофлавон 5,7,4'-тригідроксіізофлавон
(даїдзеїн) (геністеїн)
Рис. 4. Два шляхи утворення ізофлавонів
рівень транскрипції та експресію протеїнів, дають змогу виявити функції генів [19-22]. Окрім того, важливим є здійснення профілювання кон’югатів ІФ та флавоноїдів у генетично модифікованих лініях рослин, наприклад, з підвищеною стійкістю до умов навколишнього середовища (патогенних мікроорганізмів, комах та фізичних стресів, таких як температура, посуха та УФ-опромі-нення). Урожайність, що залежить від умов довкілля, супроводжується підвищеним синтезом бажаних та/або небажаних природних сполук у рослинних тканинах, які містять біологічно активні сполуки флавоноїди та ізофлавоноїди [23-27]. Отже, аналіз ІФ, флавоноїдів та їхніх кон’югатів є одним із важливих завдань аналітичних та інструментальних методів дослідження і допомагає вирішити низку важливих проблем біології та медицини. Вибір методу одержання зразка ІФ із рослин, харчових продуктів чи добавок дуже важливий і залежить від мети дослідження [28]. Низку проектів присвячено оцінюванню просторового розподілення аналізованих сполук в органах, тканинах, клітинах та на субклітинному рівні. У цих випадках кількість матеріалу може бути дуже малою, тому застосовують метод мікроекстракції [29]. Слід уникати хімічної і/або ензиматичної деградації метаболітів, що є вкрай важливим у профілюванні глікозидів ізофлавоноїдів рослин під час фізіологічних і біохімічних досліджень та у функціональній геноміці, для яких потрібна інформація про наявність усіх класів ізо-флавоноїдних кон’югатів. Стратегії виділення та визначення активних фенолів у рослинних тканинах та харчових продуктах присвячено огляди [30, 31] .
Для структурної характеристики й ідентифікації ІФ та їхніх кон’югатів використовують методи органічної хімії. ЯМР є найшир-
ше вживаним методом для структурного аналізу, який дає змогу ідентифікувати структуру аглікону та глікозидну частину. Він базується на інтенсивності взаємозв’язків між різними атомами всередині молекули у високоінтенсивному магнітному полі. Для одержання інформації про структуру молекули було розроблено низку підходів. Серед них — методи, за допомогою яких можна робити запис двовимірних спектрів: кореляційна спектроскопія (correlation spectroscopy-COSY), що показує гомо(внут-рішньо)ядерні взаємозв’язки; спектроскопія ядерного ефекту Овергаузера (nuclear Overhauser effect spectroscopy NOESY); гете-роядерна одноквантова кореляція (hetero-nuclear single quantum correlation — HSQC) та гетероядерна багатозв’язкова кореляція (heteronuclear multiple bond correlation — HMBC). Недоліком ЯMР є менша чутливість порівняно з іншими методами. Спектрометрія ЯMР у поєднанні з рідинною хроматографією (LC-NMR) стає потужним інструментом для вивчення сполук.
У мас-спектрометрії (MQ використовують іонізаційні методи, при цьому мас-спектрометри можуть бути обладнані різними типами аналізаторів. Окрім того, їх можна комбінувати з газовими (GC), рідинними (LC) хроматографами та апаратами капілярного електрофорезу (CE). Перед GC-MS аналізом слід блокувати полярні функціональні групи за допомогою таких хімічних реакцій, як силірування, метилування, ацетилування. Дериватизація полярних груп поліпшує інформацію, отриману за допомогою M^ та летучість аналітів. Різноманіття MС-мето-дів, використовуваних в лабораторіях, застосовують у біології та медицині. Загальну інформацію про методи іонізації та типи аналізаторів у MС для фітохімічного аналізу наведено в табл. 1 [32].
Таблиця 1. Методи іонізації та типи аналізаторів для фітохімічних і клінічних аналізів флавоноїдів
та їхніх кон’югатів за допомогою мас-спектрометрії
Система введення зразка Метод іонізації Тип аналізатора Коментарі
Безпосереднє внесення або додавання окремої сполуки Електронний удар (ЕІ) Хімічна іонізація (СІ) Мас-спектрометрія вторинних іонів з рідкою матрицею (Ь8ІМ8)Ь Бомбардування швидкими атомами (ЕЛВ)Ь Хімічна іонізація за атмосферного тиску (ЛРЯІ)Ь Матрично-активована лазерна десорбція/іонізація (МЛЬБІ)Ь Іонізація в електроспреї (ЕЯІ)Ь Електромагнітний — (B/E або E/B)a Квадруполь — (Q) Іонна пастка — (IT) Часопролітний — (TOF)a Mас-аналізатор іонно-циклотронного резонансу з Фур’є-перетворенням (FT ICR)a Застосовують методи тільки м’якої іонізації (МС/МС), що дають змогу збільшити кількість структурної інформації
Газова хроматографія — (ОС)с Електронний удар (ЕІ) Хімічна іонізація (СІ) Бомбардування безперервним потоком швидких атомів (СЕ ЕЛБ)Ь Електромагнітний (B/E або E/B)a Квадруполь (Q) Іонна пастка (IT) Часопролітний (TOF)a Квадруполь (Q) Іонна пастка (IT) Часопролітний (Time of Flight) (TOF)a Необхідна дериватизація, можливий аналіз тільки вільних агліконів Застосовують методи тільки м’якої іонізації (МС/МС), які дають змогу збільшити кількість структурної інформації
Рідинна хроматографія — (ЬС) або капілярний електрофорез Хімічна іонізація за атмосферного тиску(ЛРСІ)ь Іонізація в електроспреї (ЕЯІ)Ь Mас-аналізатор іонно-циклотронного резонансу з Фур’є-перетворенням (FT ICR)a
Примітка: а — аналізатор високої роздільної здатності, що дає змогу розділити іони з різницею мас до 0,1 Ба; Ь — метод м’якої іонізації; с — можлива температурна деградація аналітів на ГХ-колонці.
Стратегію комбінованого застосування різних МС та хімічної дериватизації подано на рис. 5.
За допомогою мас-спектрів можна одержати інформацію про молекулярну масу всього кон’югату, розмір цукрової частини та молекулярну масу аглікону. Деталі удосконалення FAB- та LSIMS-іонізації описано в [33].
Для аналізу ізофлавонових глікозидів у соєвих продуктах та флавоноїдних глікозидів у харчових продуктах мас-спектрометри з лазерною десорбційною іонізацією комбінували з часопролітним аналізатором (MALDI ToF) [34, 35] .
Діапазон біологічної активності флавоноїдів, що їх уживають разом із їжею люди і тварини, досить широкий, тому досліджують метаболізм цих сполук. Найважливішою групою цього класу природних сполук є фітоестрогени (ІФ) та антиоксиданти
(антоціаніни: флавоноли та флавони);
сполучення їх із протеїнами (таніни) та їхніми метаболітами контролюється у фізіологічних рідинах (сеча, кров, молоко) [36]. Такі дослідження допомагають з’ясувати вплив ізофлавоноїдів на здоров’я людини і тварин, дають змогу оцінити їхню роль у різних епідеміологічних дослідженнях. Використання МС-методів у поєднанні з хроматографією (ГХ, РХ тощо) з потужними детекторами здатні ідентифікувати окремі сполуки навіть у складних сумішах.
Вміст ізофлавонів у рослинних культурах. Табл. 2 дає загальне уявлення щодо вмісту основних ІФ — даїдзеїну та геністеїну в окремих культурах [37]. Як видно, вміст даїдзеїну та геністеїну в соєвих бобах на декілька порядків вищий порівняно з іншими культурами. Детальний аналіз вмісту ІФ у фруктах, овочах, горіхах та злакових культурах подано в роботах [38-40].
Рис. 5. Стратегія одержання структурної інформації за допомогою мас-спектроскопії
ІФ сої, загальний вміст яких в різних її сортах варіює від 1,2 до 4,2 мг/г, представлені геністеїном (55-65%), даїдзеїном (близько 30%) і гліцитином (5-15%). Співвідношення основних ІФ (даїдзеїну, геністеїну та гліцитеїну) в насінні та зародку сої показано на рис. 6 [41]. Зародок характеризується досить високим вмістом гліцитеїну. Геністеїну, який справляє найбільший серед ІФ позитивний вплив на організм людини, значно більше в цілісному насінні сої (50% і вище), ніж у зародку. Тому соєві продукти, що їх виробляють із цільних бобів, та вироблені з них харчові добавки мають більший терапевтичний ефект. Аналіз вмісту основних ІФ оцінювали також під час проростання насіння сої двох сортів — Hutcheson і Caviness. Mаксимальний вміст ІФ (геністеїну, даїдзеїну та в-глюкозидів) було виявлено за довжини гіпокотиля 0,5 мм (Hutcheson) та 2,5 мм (Caviness), вміст глі-цитеїну та його глюкозидів залишався майже незмінним [42]. Отже, контроль над проростанням може бути використано для підвищення вмісту ІФ у насінні.
У сухих бобах може міститися більш ніж 200 мг ІФ на 100 г бобів, при цьому концен-
Таблиця 2. Вміст основних ізофлавонів у деяких культурах [37]
Культура Даїдзеїн, мкг/100 г сухої маси Геністеїн, мкг/100г сухої маси
Ячмінь 14 7,7
Насіння конюшини 178 323
Арахіс 58 64
Насіння сої 10 500-85 000 26 800-120 500
Турецький горох 11-192 69-214
Сочевиця 3-10 7-19
Люцерна 62 5
Броколі 6 8
Цвітна капуста 5 9
трації геністеїну та даїдзеїну в різних сортах сої та соєвих продуктах істотно варіюють. Так, у роботі [43] за допомогою високороз-дільної рідинної хроматографії було проаналізовано 11 сортів сої (4 — індійського походження і 7 — болгарського) на вміст ІФ, фенольних сполук та на антиоксидантну активність. Загальний вміст ІФ становив від 558,2 до 1 048,6 мкг/ г в індійських сортах сої і 627,9-1 716,9 мкг/ г — у болгарських. Найвищий вміст ІФ в індійських сортах було встановлено для сорту Maus-2 (1 048,6 мкг/г), а найнижчий — для Hardee (558,2 мкг/г), відповідно. У болгарських сортах найвищий рівень ІФ визначено для сорту Boryara (1 716,9 мкг/г), а найнижчий — для Line 5 (627,9 мкг/г). Досліджуючи насіння, яке зберігалося протягом тривалого часу, виявили зниження концентрації малонілглюкози-дів, тоді як концентрація глікозидів та агліконів зростала. У насінні ж, яке зберігалось упродовж 3 років, було визначено неістотне зниження загальної концентрації ІФ. Отже, процес синтезу та накопичення вторинних метаболітів, зокрема ІФ, залежить від багатьох факторів: кліматичних умов, урожайності, генотипу та частини рослини. Усе це слід враховувати під час висівання матеріалу з метою збільшення врожайності та концентрації згаданих сполук. Профілювання ІФ сої може бути корисним для розуміння регулювання їх біосинтезу з метою збільшення та поліпшення стійкості сільськогосподарських культур до різних хвороб та використання в медицині.
Цілісна насінина:
Гліцитеїн: 10% Даїдзеїн: 40% Геністеїн: 50%
Зародок: Гліцитеїн: 40% Даїдзеїн: 40% Геністеїн: 20%
Рис. 6. Вміст основних ІФ у цілісній насінині та зародку сої
Біологічні властивості ізофлавонів
ІФ сої (культури з найбільшим їх вмістом) давно привертають увагу дослідників як натуральні природні сполуки, що мають профілактичні та лікувальні властивості. До них належать: профілактика остеопорозу, онкологічних, серцево-судинних захворювань та атеросклерозу, гальмування процесів старіння та ін. [44].
Передусім ІФ становлять інтерес для дослідників як група речовин з антиканце-рогенним ефектом, чому присвячено велику кількість робіт. Пригнічення процесів канцерогенезу в організмі відбувається насамперед унаслідок того, що ІФ сої здатні інгібувати активність ензимів, які необхідні для росту клітин пухлин: протеїнтирозинкі-нази, рибосомкінази (рибосомальна протеїн-S6-кіназа), ДНК-топоізомерази II. ІФ також здатні гальмувати гіперплазію (розростання) кровоносних судин всередині пухлини. Завдяки тому, що молекулярна структура ІФ подібна до структури естрогену і він може конкуренто з’єднуватися з рецепторами естрогену в тканинах, суттєво знижується вірогідність захворювання на рак молочної залози [45-48]. Katz et al. [49] досліджували антиканцерогенну дію ІФ та опромінення на культурі клітин пухлини слинної залози людини. Дослідження показали, що ІФ геністеїн зменшує кількість клітин пухлини слинної залози людини і посилює індукцію експресії двох найважливіших протеїнів — р53 та p21CIP1. За низьких концентрацій у поєднанні з вітаміном Е вони блокують поділ клітин пухлини та інгібують синтез ДНК. ІФ підвищують чутливість цих клітин до опромінення, що дає змогу зменшувати радіотерапевтичну дозу опромінення. ІФ геністеїн здатен інгібувати ДНК-топоізомеразу II клітин раку простати, ротової порожнини та ангіогенез in vitro, який відіграє важливу роль в утворенні метастазів [50-53]. Було встановлено, що високий рівень споживання соєвих ІФ у разі використання азійської дієти корелює з меншою частотою виникнення раку простати у
чоловіків. Вивчали вплив концентрату ІФ сої на ріст клітин андрогеннезалежного раку простати РС-3 та профіль експресії генів [54]. Цей концентрат (52 мг/л) зменшує життєздатність клітин раку простати і пригнічує синтез ДНК на 50% (Р < 0,05). За допомогою протокової цитометрії та імуно-блотингу було показано, що за концентрації ІФ 200 мг/л відбувається накопичення клітин у С2/М фазі клітинного циклу та зниження цикліну А на 20% (Р < 0,05). Використовуючи мікроарей-аналіз (Л££утеШх-оліго-нуклеотидні мікрочипи ДНК із 17 000 генів людини), оцінювали зміну профілю експресії генів. Зміну експресії генів під впливом концентрату ІФ сої відзначено для 75 генів, для 28 з них експресія була підвищена, для 47 — знижена (Р < 0,05). Подальший аналіз показав, що рівні мРНК інтерлейкіну-8 (ІЬ-8), матричної металопротеїнази 13, інгібіну бета А, фолістатину, фібронектину знижувались, а експресія р21СІР1, інгібітору клітинного поділу, підвищувались. Автори дійшли висновку, що концентрат ІФ сої здатен пригнічувати ріст клітин раку простати РС-3 шляхом модуляції клітинного поділу та зміною експресії генів, які беруть участь у регуляції клітинного циклу, метастазуванні та ангіогенезі.
Проте повного розуміння антиканцеро-генної активності ІФ немає. Так, було показано [55], що низькі дози ІФ геністеніну на клітини епітелію молочної залози майже не діяли, а вищі концентрації провокували різке гальмування проліферативної активності клітин, що призводило до апоптозу. Одним із пояснень такого ефекту може бути антиестрогенна активність геністеїну. Є й інші докази того, що дія геністеїну на клітини аналогічна дії агоністів естрогену, які мають здатність зв’язуватися з рецепторами на поверхні клітин-мішеней, конкуруючи за посадку на рецептор, і саме тому ІФ, що належать до селективних модуляторів естрогенових рецепторів, можуть справляти антиестрогенну та естрогеноподібну дію. Геністеїн поводить себе як естроген, але має здатність гальмувати проліферацію клітин, а це може означати, що механізм протипухлинного ефекту, імовірно, не має стосунку до його естрогеноподібної поведінки, і протипухлинні ефекти пов’язані з активністю, не опосередкованою рецепторами естрогенів. ІФ сої здатні протидіяти молекулам, які стимулюють ріст пухлин, пригнічуючи активність протеїнтирозинкінази, епідермального фактора росту (ЕЕО ) та ДНК-топоізомерази. Було показано, що інгібування проліферації клітин раку простати
і молочної залози та індукцію апоптозу геністеїном частково опосередковано через шляхи даун-регуляції Akt-кінази і фактора транскрипції NF-kB [56].
Ще одну властивість ІФ — протекторну — було продемонстровано дослідженнями Pollard, Luckert [57]. Годування тварин соєвим протеїном з високим рівнем геністеїну і даїдзеїну сприяло зменшенню кількості випадків раку простати на 27% та подовженню латентного періоду появи пухлини після експозиції з хімічними канцерогенами, порівняно з тваринами, яких годували соєвим ізолятом з низьким рівнем геністеїну та даїдзеїну. Захисний ефект ІФ було показано за хімічно індукованого канцерогенезу в роботах [58-61]. Годування щурів їжею з добавками соєвої пасти та соєвим протеїном, а також застосування ІФ даїдзеїну, даїдзеїну і геністеїну затримувало появу і зменшувало кількість індукованих диме-тилбензантраценом (ДMБA) пухлин молочної залози у самиць щурів Sprague-Dawley порівняно з контролем. Схожі результати було одержано у разі виникнення пухлин молочної залози, індукованих радіацією.
Одним із найважливих біологічних ефектів соєвих ІФ є кардіопротекторна дія. Відомо, що в світі існує висока летальність від серцево-судинних захворювань як для чоловіків, так і для жінок у певний період життя. Особливо помітним є збільшення її для жінок у період постменопаузи. Дефіцит естрогенів при цьому призводить до суттєвих змін у жиропротеїновому обміні, передусім до збільшення холестеролу в сироватці крові. І саме запобігання цьому збільшенню або його зменшення в сироватці крові пов’язано зі скороченням ризику виникнення серцево-судинних захворювань. Гіпохолестероле-мічну дію соєвого протеїну було визнано більш ніж 30 років тому [62]. Дослідження свідчать, що заміна дієтичного тваринного протеїну на соєвий знижує рівень загального холестеролу та ліпопротеїдів низької щільності (ЛПНЩ, LDL) [63-65]. Дослідження на макаках показали, що споживання сої поліпшує показники обміну ліпідів та ліпопротеїдів плазми крові [66, 67].
Mетааналіз 38 клінічних досліджень показав, що споживання соєвого протеїну знижує загальний холестерол у сироватці крові в середньому на 9,3%, ЛПНЩ — на 12,9% , при цьому спостерігається зовсім незначне збільшення ліпопротеїдів високої щільності (ЛПВЩ) [68]. У деяких випадках соєвий протеїн може бути настільки ж ефективним, як статини — інгібітори 3-гідрок-си-3-метилглютарил-СоА-редуктази, які
здатні знижувати рівень холестеролу. Пізніше метааналіз ефекту соєвого протеїну, який містить ІФ, на профіль ліпідів виявив, що при цьому істотно зменшується рівень загального холестеролу, ЛПНЩ, тригліцеридів і значно збільшується рівень ЛПВЩ [69].
Соєвий протеїн не містить холестеролу, може сприяти збільшенню екскреції жовчних кислот та впливати на швидкість їх синтезу — одного з основних механізмів, відповідальних за регулювання холестеро-лового гомеостазу; може підвищувати також секрецію холестеролу в печінці [70]. ІФ сої підсилюють активність ЛПНЩ-рецепторів (upregulating); дослідження на моделях мишей-нокаутів C57BL / 6 показали, що за відсутності рецепторів ЛПНЩ ІФ сої не спричинювали будь-якого ефекту на ліпіди плазми та атеросклероз [71]. Setchell було висловлено припущення, що ІФ сої внаслідок їх естрогенної активності можуть відігравати певну роль в модуляції метаболізму ліпопротеїдів [72]. Після споживання соєвого протеїну зі вмістом ІФ до 58 мг/добу спостерігалось найбільше зниження рівня загального холестеролу та ЛПНЩ у пацієнтів з початковим високим рівнем першого у сироватці. Відзначено лінійну залежність «доза-відповідь» між вмістом ІФ та рівнем холестеролу в сироватці; гіпохолестероле-мічний ефект втрачався, коли ІФ було видалено із соєвого протеїну за допомогою спиртової екстракції [73]. Таким чином, дія сої та фітоестрогенів полягає в запобіганні зростанню концентрації холестеролу в сироватці крові майже у 40% дорослого населення. Цього можна досягти за допомогою дієти, завдяки чому відбувається зниження загального ризику розвитку серцево-судинних захворювань [74]. Окрім впливу на обмін ліпідів можуть бути й інші позитивні ефекти від споживання ІФ сої, які сприяють зниженню ризику виникнення серцево-судинних захворювань. Так, вони виявляють антиоксидантні властивості, які зменшують окиснення ліпідів та спричинюють кардіопротекторний ефект [75]. Ruiz-Larrea et al. [76] показали, що ІФ геністеїн знижує окиснення ЛПНЩ in vitro, і саме він є активним антиоксидантом у соєвому протеїні. Атеросклероз, захворювання, яке можна віднести до вторинної відповіді на гіперхо-лестеролемію та дисліпідемію, значно погіршує серцево-судинну реактивність [77]. Проте Honore et al. [78], проводячи дослідження на макаках-резус, хворих на атеросклероз, показали, що ІФ, подібно до стероїдів естрогенів, можуть підвищувати
реактивність серцевих судин, сприяти їх розширенню, поліпшуючи тим самим кровообіг. Mеханізм впливу цього явища на ендотелій, який виявляється не тільки дією на ліпіди плазми, поки що не з’ясовано. Дослідження in vitro підтверджують, що геністеїн інгібує процес коагуляції — ключового промоутера утворення склеротичної бляшки, і що цей ефект може бути опосередкований через пригнічення тромбоцитарно-го фактора росту [79, 80]. Усе це може бути результатом інгібування геністеїном тиро-зинкінази [81] — ензиму, який відіграє центральну роль в утворенні тромбіну та запалення загалом. Дослідження на мавпах, які отримували фітоестрогени у період постме-нопаузи, показали зниження ступеня вияву атеросклерозу на внутрішній сонній артерії, ефекту, аналогічного тому, що спостерігали у разі використання препарату премаріну (естроген) [82]. Щоб зрозуміти механізми, за допомогою яких ІФ можуть виявляти кар-діопротекторний ефект, сьогодні дедалі частіше застосовують методи генетики і раціонального харчування. Дані протеоміки та макроарей-аналізу допомагають зрозуміти, як застосування соєвої дієти (ІФ) впливає на експресію генів та рівень протеїну в клітинах ендотелію, макрофагах і гладеньких м’язах. Усе це дає змогу з’ясувати послідовність подій, що призводять до атеросклеротичних уражень, та антиатерогенні властивості соєвих ІФ [83].
Відомо, що іприфлавон, який належить до синтетичних іФ, не має естрогенної активності, але дуже схожий за своєю хімічною будовою до даїдзеїну і геністеїну. Даїдзеїн — це один із його метаболітів [84]. За введення в дозі 600 мг на добу іприфлавон запобігає втраті кісткової тканини і збільшує формування кісткової маси [85, 86]. Цей препарат затверджено як альтернативу гормонозамісної терапії (ГЗТ) для профілактики втрати кісткової маси при естрогенде-фіцитних станах [87]. Mожливість того, що фітоестрогени можуть бути природною альтернативою звичайній ГЗТ для профілактики втрати кісткової маси у зв’язку з виникненням дефіциту естрогенів в організмі, який пов’язують зі втратою функції яєчників у період менопаузи, зумовила численні клінічні дослідження з вивчення впливу соєвого протеїну і геністеїну на кісткове ремоделювання. Такі самі дослідження проводили і на тваринах. Як моделі використовували щурів із видаленими яєчниками, хоча вони й не є ідеальною моделлю для дослідження втрати кісткової маси в період постменопаузи у жінок. Проте отримані
результати були обнадійливими у зв’язку з очевидним захисним ефектом від застосування фітоестрогенів. Було встановлено, що низькі дози геністеїну справляють незначний ефект на кісткову стабільність за значних навантажень у щурів з видаленими яєчниками (оваріектамовані тварини). Ефект від використання геністеїну у підтримці трабекулярної кісткової тканини в дозі 1 мг/добу був схожий до ефекту застосування премаріну в дозі 5 г/добу, але при вищих дозах (3,2 і 10 мг/добу) був відсутній [88]. У дослідах на оваріектомованих щурах було показано, що щільність кісткової тканини більша у тварин, яких годували соєвим протеїном, порівняно з тваринами, на яких застосовували дієту на основі казеїну [89]. Куместан куместрол і мікотоксин a-зеараланол, два близьких фітоестрогени, які рідко бувають у раціоні людини, виявили позитивну дію на збереження кісток модельних щурів з видаленими яєчниками, коли їх уводили внутрішньом’язово, ефект при цьому був слабшим, ніж в естрадіолу [90]. Ці ж самі дослідники не змогли виявити будь-якого позитивного ефекту від перо-рального застосування екстракту ІФ з конюшини (131,25 мг/тиждень), який містить головним чином формононетин та біоксанін і лише 9% геністеїну. Неестрогенні похідні куместролу також спричиняли подібний ефект [91].
Отже, дія нестероїдних фітоестрогенів на ремоделювання кісток відрізняється від ефекту класичних естрогенів [92]. Детектування естрогенового рецептора в кістковій тканині [93] у поєднанні з його лігандною специфічністю до фітоестрогенів [94] може стосуватися пояснення впливу ІФ на цю тканину. Окрім того, ці ефекти не повинні обмежуватися прямою гормональною дією. Фактори росту та цитокіни відіграють певну роль у регуляції остеокластної активності [95], і деякі з них опосередковані тирозинкіназним шляхом, на який, імовірно, впливає геністеїн. Було висловлено припущення, що геністеїн може стимулювати синтез TGF/3 (Transforming growth factor receptor — рецептор трансформувально-го фактора росту) в остеокластах [96].
Незважаючи на те, що було проведено обмежені клінічні дослідження з вивчення ефекту ІФ, отримані дані дають підстави зробити припущення, що дія на тварин подібна до дії на людей. Доказ впливу ІФ на щільність кісткової тканини потребує довгострокових досліджень, тому відповідність соєвих продуктів є однією з основних проблем, які слід вирішувати, плануючи дослідження на людині. Potter et al. [97] виявили значне збільшення
вмісту мінеральних речовин в кістковій тканині у жінок в період постменопаузи, які споживали ізольований соєвий протеїн протягом 6 місяців, порівняно з контролем, в якому соєвий протеїн було замінено на казеїн. Згодом ІвЬіші також показав, що ІФ запобігають зменшенню втрати щільності кісткової тканини і накопиченню жирів у японських жінок у період постменопаузи [98]. У короткостроковому дослідженні Рапвіпі et аі. [99] протестували біохімічні маркери кісткового обміну в 17 жінок, які перебували в постменопаузі, та показали зниження вмісту Б-піродиліну (Р <
0,05) і К-телопептиду (Р < 0,001) від 10 до 24% відповідно в екскреції із сечею після 3 місяців споживання 60 г ізольованого соєвого протеїну. Частота виникнення переломів, пов’язаних з остеопорозом, є нижчою в Азії, ніж у більшості західних спільнот [100]. Однак важко розрізнити, чи пояснюється така розбіжність тільки споживанням ІФ із соєвими продуктами, чи існуванням багатьох інших чинників, які можуть впливати на результати епідеміологічних досліджень. Проте очевидно, що потенційне клінічне або харчове використання фітоестрогенів як альтернативи ГЗТ для запобігання чи обмеження втрати кісткової маси в період перед- та постменопаузи могло б мати значення для поліпшення здоров’я жінок.
Дані щодо вивчення ефекту споживання ІФ на здоров’я чоловіків на сьогодні є обмеженими. Немає чітких гендерних відмінностей у біодоступності або метаболізмі ІФ та лігнанів, тому користь від застосування фіто-естрогенів в основі спеціальної дієти, ймовірно, стосуються і чоловіків. Так, у багатьох дослідженнях було продемонстровано гіпохо-лестеролемічний ефект споживання соєвого протеїну чоловіками, хворими на гіперхо-лестеролемію [101, 102]. Щодо гормонального впливу такого дієтичного харчування, то відомо тільки декілька досліджень, які показали його мінімальний ефект. Споживання чоловіками середнього віку текстурованого рослинного протеїну (ТУР) у дозі 60 г/добу не спричинювало будь-яких значних гормональних змін [103, 104], так само як споживання напою соєвого ізоляту в тій самій концентрації не справляло істотного впливу на рівень холестеролу в сироватці та на агрегацію тромбоцитів [105 ]. Ці дані контрастують зі значними гормональними ефектами, які спостерігали у жінок в результаті аналогічного споживання соєвих продуктів; причини цього незрозумілі.
Відомо, що на рак простати впливає естрогенотерапія і що споживання фітоес-трогенів є вищим у країнах, де показники захворюваності на рак передміхурової залози та інших захворювань, які пов’язують
з естрогенами (гіпоспадія, рак яєчок), є низькими. Аналіз плазми крові та рідини передміхурової залози в азійських чоловіків, які мають низький ризик виникнення раку простати порівняно з європейськими, виявив високі концентрації ІФ, таких як еквол і даїдзеїн; визначення геністеїну в цьому дослідженні не проводили [106]. Одержані дані дали підстави зробити припущення, що ІФ, які споживають із продуктами харчування, можуть відігравати певну роль у зниженні ризику виникнення раку передміхурової залози, що випливає з аналізу епідеміологічних досліджень. За відсутності достовірних даних клінічних досліджень є тільки непрямі докази такого твердження на основі результатів, одержаних in vitro та in vivo на тваринах. Показано, що геністеїн in vitro інгібує стероїдну 5а-редук-тазу та 17/3-гідроксистероїдну дегідрогеназу в фібробластах [107], причому ці два ензими беруть участь у синтезі андрогенів та естрогенів. Було показано, що геністеїн та біоканін А пригнічують ріст клітин раку простати in vitro, незалежно від того, чи були це андрогензалежні чи андрогеннеза-лежні клітинні лінії [108, 109]. Встановлено зменшення тяжкості захворювання у щурів, коли тварин годували їжею, збагаченою соєю [110]. Запалення простати може відігравати ключову роль в утворенні пухлини за механізмами, пов’язаними з вивільненням цитокіну, утворенням вільних радикалів та подальшим ушкодженням ДНК, отже, зниження ступеня запалення загалом може розглядатись як корисне в зменшенні ризику розвитку раку. Вище вже згадувалась робота Pollard and Luckert [57], які показали , що годування щурів їжею з високим вмістом ІФ сприяє зниженню частоти раку передміхурової залози. У мишей з гіперпластичними та диспластичними змінами в передміхуровій залозі після неонатальної обробки діетил-стильбестролом було виявлено часткове запобігання виникненню таких змін після додавання ІФ сої [111]. Однак у дорослих самців ані естрогенні, ані антиестрогенні ефекти сої не виявлено [112]. У роботі Morrissey, Watson
[113] обговорюється можливе застосування фітоестрогенів для профілактики та лікування раку простати. Без сумніву, слід проводити більше досліджень, аби встановити, чи спричинюють фітоестрогени стійкі ефекти у чоловіків. Результати досліджень Miyanaga et al.
[114] підтверджують значущість ІФ у зниженні розвитку раку простати у чоловіків.
Біологічні ефекти ІФ досить різноманітні. Визначення механізмів, що беруть участь у поясненні потенційної користі для здоров’я дієти з високим вмістом ізофлавонів, природних рослинних сполук, залишається серйозною проблемою для дієтологів та вче-
них. Сьогодні активно розвивається такий напрям науки, як нутригеноміка, високий потенціал якої полягає в тому, щоб за допомогою модифікованого харчування та дієти проводити профілактику дієтозалежних захворювань людин. Фітоестрогени ІФ — це лише одна група з багатьох важливих біологічно активних фітосполук, які містяться в рослинах і входять до раціону людини. Встановлено досить багато біологічних властивостей ІФ, завдяки яким вони справляють профілактичну або лікувальну дію при гор-монозалежних захворюваннях. Дослідження in vitro та на тваринах показали позитивні ефекти застосування ІФ при численних захворюваннях. Експерименти, що їх проводили на людині, переконливо підтверджують, що дієта, збагачена фітоестрогенами, може бути корисною в профілактиці багатьох поширених захворювань в економічно розвинених країнах, продукти харчування в яких зазвичай позбавлені цих біологічно активних сполук.
Профілактичний ефект ІФ сої на людину описано в оглядах [115, 116] . Застосування новітніх технологій для створення нових ліній рослин, які продукують ІФ, та подальша комерціалізація на світовому ринку дають змогу включити їх у раціон харчування значно більшої кількості людей [117, 118], що, у свою чергу, дасть можливість запобігти виникненню багатьох злоякісних пухлин, кардіоваскулярних хвороб тощо. Генетична інженерія вторинних метаболітів [119], на прикладі ізофлаваноїдів, уможливлює створення нових сільськогосподарських культур з поліпшеними агрономічними властивостями та харчовими характеристиками. Експресія введеного гена IFS сої в геном Arabidopsis tha-liana зумовлює синтез та накопичення ІФ геністеїну в тканинах листа та стебла рослин, що не належать до родини бобових і не є продуцентами ІФ [120]. Mожливість синтезу ІФ геністеїну та даїдзеїну в тканинах небобових однодольних та дводольних рослин було показано в [121]. Геністеїн, який синтезували клітини рослин тютюну, арабідопсису та кукурудзи, було виявлено в кон’югованій формі, що вказувало на здатність ендогенних ензимів розпізнавати його як субстрат. Індукція синтезу антоціанів за допомогою УФ-В (шлях біосинтезу флавоноїдів) також підвищувала син-
тез геністеїну в тканинах рослин АгаЬійорзія іНаїіапа. Отже, було показано, що шляхом індукції активності введеного ензиму ізофла-вонсинтази рослинні тканини, які не є продуцентами ІФ, можуть синтезувати ці біологічно активні сполуки. Наявність субстрату для ізофлавонсинтази залежить від активності фенілпропаноїдного відгалуження метаболічного шляху біосинтезу флавоноїдів, тому ІФ можуть синтезуватися тільки в певних тканинах за специфічних умов навколишнього середовища, коли активується біосинтез флавоноїдів. Індукція УФ відповідних біохімічних шляхів та використання транскрипційних факторів, які активують низку генів біосинтезу флавоноїдів, забезпечують стратегію одержання необхідного субстрату для синтезу ІФ. У роботі [122] було показано, що після введення гена ізофлавонсинтази сої (ОтІЕ82) у геном рослини Бгаззіса пария, що не належить до бобових, клітини яких синтезують флавоноїди та фенілпропаноїди, але не синтезують ІФ, вона була здатна синтезувати та накопичувати геністеїн у листках. При цьому змінювався рівень експресії генів, які беруть участь у регуляції біосинтезу флавоноїдів. Отже, можна припустити, що ензим ОтШ82 використовує нарингенін Бгаззіса париз як субстрат для синтезу геністеїну клітинами ріпаку.
У перспективі за допомогою метаболічної інженерії можна буде підвищити рівень субстрату для ІЕв, зменшити активність конкуруючих метаболічних шляхів та підвищити активність введеного ензиму Ш8, що в кінцевому підсумку сприятиме значному накопиченню ІФ у певних тканинах. Завдяки модифікації молекул природних ІФ та інших флавоноїдних сполук здійснено синтез великої групи речовин — потенційних препаратів для лікування атеросклерозу, цукрового діабету, захворювань серцево-судинної та центральної нервової систем. Одним із перспективних напрямів дослідження є створення флавоноїдних сполук із заданими фармако-форними групами: амінокислотами, амінами, олігопептидами, карбоновими кислотами, вуглеводами, ядрами п’яти- та шестичленних гетероциклів та подальше вивчення їхніх фізико-хімічних та біологічних властивостей.
ЛІТЕРАТУРА
1. Delmonte P., Rader J. I. Analysis of isof lavones in foods and dietary supplements // AO AC Int. — 2006. — V. 89, N 4. — P. 1138-1146.
2. Barkhem T., Carlsson B., Nilsson Y. et al. Differential response of estrogen receptor alpha and estrogen receptor beta to partial
estrogen agonists/antagonists // Mol. Pharmacol. — 1998. — V. 54, N 1. — P. 105-112.
3. Rostagno M.A., Villaresa A., Guillamyna E. et al. Sample preparation for the analysis of iso avones from soybeans and soy foods // J. Chromatogr. A. — 2009. — V. 1216, N 1. — P. 2-29.
4. Jackson C. J. C., Dini J. P., Lavandier C. et al. Effects of processing on the content and composition of isoflavones during manufacturing of soy beverage and tofu // Proc. Biochem. —
2002. — V. 37, N 10. — P. 1117-1123.
5. Simonne A H,, Smith M, Weaver D. B. et al. Retention and Changes of Soy Isoflavones and Carotenoids in Immature Soybean Seeds (Edamame) during Processing // J. Agric. Food Chem. — 2000. — V. 48, N 12. — P. 6061-6069.
6. Izumi T., Piskula M. K., Osawa S. et al. Soy isoflavone aglycones are absorbed faster and in higher amounts than their glycosides in humans // J. Nutr. — 2000. — V. 130, N 7. — P. 1695-1699.
7. Zubik L., Meydani M. Bioavailability of soybean isoflavones from aglycone and glucoside forms in American women // Am. J. Clin. Nutr. — 2003. — V. 77, N 6. — P. 1459-1465.
8. Setchell K. D. R., Brown N. M., Zimmer-Nechemias L. et al. Evidence for lack of absorption of soy isoflavone glycosides in humans, supporting the crucial role of intestinal metabolism for bioavailability // Ibid. — 2002. — V. 76, N 2. — P. 447-453.
9. Kudou S., Fleury Y., Welti D. et al. Malonyl isoflavone glycosides in soybean seeds (Glycine max Merrill) // Agric. Biol. Chem. — 1991. — V. 55, N 9. — P. 2227-2233.
10. Stafford H. A. Possible multienzyme complexes regulating the formation of C6-C3 phenolic compounds and lignins in higher plants. In: Metabolism and Regulation of Secondary Plant Products // Recent Adv. Phytochem. — 1974. — V. 8. — P. 53-79.
11. Hrazdina G., Wagner G. J., Siegelman H. W. Subcellular localization of enzymes of anthocyanin biosynthesis in protoplasts // Phytochemistry. — 1978. — V. 17, N 1. — P. 53-56.
12. Hrazdina G. Compartmentation in aromatic metabolism / Phenolic Metabolism in Plants. Stafford H. A. and. Ibrahim R. K., eds. — New York: Plenum Press, 1992. — P. 1-23.
13. Wink el-Shirley B. Evidence for enzyme complexes in the phenylpropanoid and flavonoid pathways // Physiol. Plant. — 1999. — V 107, N 1. — P. 142-149.
14. Saslowsky D., Winkel-Shirley B. Localization of flavonoid enzymes in Arabidopsis roots // Plant J. — 2001. — V. 27, N 1. — P. 37-48.
15. Абдрахимова Й. Р., Валиева А. И. Вторичные метаболиты растений: физиологические и биохимические аспекты (часть 3. Фенольные соединения): Уч.-метод. пособие, под ред. Багаевой Т. В. — Казань: Казанский федеральный университет, 2010. — 41 с.
16. Blaut M., Schoefer L., Braune A. Transformation of flavonoids by intestinal microorganisms // Int. J. Vitamin Nutr. Res. —
2003. — V. 73, N 2. — P. 79-87.
17. Sfakiaos J., Coward L., Kirk M., Barnes S. Intestinal uptake and biliary excretion of the isoflavone genistein in rats // J. Nutr. — 1997. — V. 127, N 7. — P. 1260-1269.
18. Yasuda T., Kano Y., Saito K., Ohsawa K. Urinary and biliary metabolites of daidzin
and daidzein in rats // Biol. Pharm. Bull. —
1994. — V. 17, N 10. — P. 1369-1374.
19. Fiehn O. Combining genomics, metabolome analysis, and biochemical modelling to understand metabolic networks // Comp. Funct. Genomics. — 2001. — V. 2, N 3.— P. 155-168.
20. Hall R., Beale M., Fiehn O. et al. Plant metabolomics: the missing link in functional genomics strategies // Plant Cell. — 2002. — V. 14, N 7. — P. 1437-1440.
21. Sumner L. W., Mendes P., Dixon R. A. Plant metabolomics: large-scale phytochemistry in the functional genomics era // Phytochemistry. — 2003. — V. 62, N 6. — P. 817-836.
22. Fernie A. R., Trethewey R. N., Krotzky A. J., Willmitzer L. Metabolite profiling: from diagnostics to systems biology // Nat. Cell Biol. — 2004.- V. 5, N 9. — P. 763-769.
23. Bovy A., de Vos R., Kemper M. et al. High-flavonol tomatoes resulting from the hete -rologous expression of the maize transcription factor genes LC and C1 // Plant Cell. —
2002. — V. 14, N 10. — P. 2509-2526.
24. Dixon R. A., Steel C. L. Flavonoids and isoflavonoids — a gold mine for metabolic engineering // Trends Plant Sci. — 1999. — V. 4,N 10.— P. 394-400.
25. Fisher R., Stoger E., Schillberg S. et al. Plant-based production of biopharmaceuticals// Curr. Opin. Plant Biol. — 2004. — V. 7, N 2. — P. 152-158.
26. Trethewey R. N. Metabolite profiling as an aid to metabolic engineering in plants // Ibid. — 2004. — V. 7, N 2. — P. 196-201.
27. Verpoorte R., Memelink J. Engineering se -condary metabolite production in plants // Curr. Opin. Biotechnol. — 2002. — V. 13, N 2. — P. 181-187.
28. Luthria D. L,, Natarajan S. S. Influence of sample preparation on the assay of isoflavones // Planta Med. — 2009. — V. 75, N 7. — P. 704-710.
29. Vas G., Veckey K. Solid-phase microextraction: a powerful sample preparation tool prior to mass spectrometric analysis // J. Mass Spectrom. — 2004. — V. 39, N 3. - P. 233-254.
30. Naczk M., Shahidi F. Extraction and analysis of phenolics in food // J. Chromatogr. A. —
2004. — V. 1054, N 1-2. — P. 95-111.
31. Robards K. Strategies for the determination of bioactive phenols in plants, fruit and vegetables // Ibid. — 2003. — V. 1000, N 1-2. — P. 657-691.
32. Strobiecki M., Kachlicki P. Isolation and identification of flavonoids / The Science of Flavonoidsand, ed. Grotewold. — Ohio, USA: Springer, 2006. — P. 47-69.
33. The Science of Flavonoids, ed. Grotewold. -Ohio, USA: Springer, 2006. - 274 p.
34. Wang J., Sporns P., Maldi-Tof M. S. Analysis of Isoflavones in Soy Products // J. Agric. Food Chem. — 2000a. — V. 48, N 12. — P. 5887-5892.
35. Wang J., Sporns P., Maldi-Tof M. S. Analisis of food flavonol glycosides // Ibid. — 2000b. — V. 48, N 5. — P. 1657-1662.
36. Prasain, J. K., Wang, C-C., Barnes S. Mass spec-trometric methods for the determination of
flavonoids in biological samples // Free Rad. Bio Med. — 2004. — V. 37, N 9. — P. 1324-1350.
37. Mazur W. Phytoestrogen content in foods // Baillieres Clin. Endrocrinol. Metab. — 1998. — V. 12, N 4. — P. 729-742.
38. Liggins J., Bluck L. J., Runswick S. et al. Daidzein and genistein content of fruits and nuts // J. Nutr. Biochem. — 2000. — V. 11, N 6. — P. 326-331.
39. Liggins J., Bluck L. J., Runswick S. et al. Daidzein and genistein contents of vegetables. // Br. J. Nutr. — 2000. — V. 84, N 5. — P. 717-725.
40. Liggins J., Mulligan A., Runswick S., Bingham S. A. Daidzein and genistein content of cereals // Eur. J. Clin. Nutr. — 2002. — V. 56, N 10. — P. 961-966.
41. http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp/ Data/isoflav/isfl_tbl.pdf
42. Zhu D., Hettiarachchy N. S., Horax R., Chen P. Isoflavone contents in germinated soybean seeds // Plant Foods Hum. Nutr. — 2005. — V. 60,N 3.— P. 147-151.
43. Sakthivelu G., Akitha Devi M. K., Giridhar P. et al. Isoflavone composition, phenol content, and antioxidant activity of soybean seeds from India and Bulgaria // J. Agric. Food Chem. —
2008. — V. 56, N 6. — P. 2090-2095.
44. Setchel K. D. R., Cassidy A. Dietary
Isoflavones: Biological Effects and
Relevance to Human Health // J. Nutr. —
1999. — V. 129, N 3. — P. 758-767.
45. Wu A. H., Yu M. C.,Tseng C.-C., Pike M. C. Epidemiology of soy exposures and breast cancer risk // Brit. J. Cancer. — 2008. — V. 98, N 1. — P. 9-14.
46. Lee M.M., Chang I. Y., Horng C. F. et al. Breast cancer and dietary factors in Taiwanese women// Cancer Caus. Contr. —
2005. — V. 16, N 8. — P. 929-937.
47. Phytoestrogens and Health / Gilani G. S, Anderson J. J. B., eds. — USA: AOCS Press,Champaign, IL. — 2002. - 660 p.
48. Lee H. P., Gourley L., Duffy S. W. et al. Dietary effects on breast cancer risk in Singapore // Lancet. — 1991. — V. 337, N 8751. — P. 1197-1200.
49. Katz J., Blake E., Medrano T. A et al. Isoflavones and gamma irradiation inhibit cell growth in human salivary gland cells// Sci. Dir. Cancer Lett. — 2008. — V. 270, N 1. — P. 87-94.
50. Alhasan S. A, Ensley J. F., Sarkar F. H. Genistein induced molecular changes in a squamous cell carcinoma of the head and neck cell line // J. Oncol. — 2000. — V. 16, N 2. — P. 333-338.
51. Fotsis T., Pepper M., Aktas E. et al. Flavo-noids, dietary-derived inhibitors of cell proliferation and in vitro angiogenesis // Cancer Res. — 1997.- V. 57, N 14.- P. 2912-2916.
52. Fotsis T., Pepper M., Adlercreutz H. et al. Genistein, a dietary ingested isoflavonoid, inhibits cell proliferation and in vitro angio-genesis // J. Nutr. — 1995.- V. 125 (3 Suppl.). — P. 790-797.
53. Wahl O., Oswald M., Tretzel L. et al. Inhibition of tumor angiogenesis by antibo-
dies, synthetic small molecules and natural products // Curr. Med. Chem. — 2011. — V. 18, N 21. — P. 3136-3155.
54. Handayani R., Rice L., Cui Y. et al. Soy isoflavones alter expression of genes associated with cancer progression, including interleukin-8, in androgen-independent PC-3 human prostate cancer cells // J. Nutr. —
2006. — V. 136, N 1. — P. 75-82.
55. Messina M. J., Loprinzi C. L. Soy for breast cancer survivors: a critical review of the literature // Ibid. — 2001. — V. 131 (Suppl. 11). — P. 3095-3108.
56. Li Y., Sarkar F. H. Inhibition of nuclear factor kappaB activation in PC3 cells by genis-tein is mediated via Akt signaling pathway // Clin. Cancer Res. — 2002. — V. 8, N 7. — P. 2369-2377.
57. Pollard M., Luckert P. H. Influence of isoflavones in soy protein isolates on deve -lopment of induced prostate-related cancers in L-W rats // Nutr. Cancer. — 1997. — V. 28, N 1. — P. 41-45.
58. Baggott J. E., Ha T., Vaughn W. H. et al. Effect of miso (Japanese soybean paste) and NaCl on DMBA-induced rat mammary tumors // Ibid. — 1990. — V. 14, N 2. — P. 103-109.
59. Constantinou A I., Lantvit D,, Hawthorne M. et al. Chemopreventive effects of soy protein and purified soy isoflavones on DMBA-induced mammary tumors in female Sprague-Dawley rats // Ibid. — 2001. — V. 41, N 1-2. — P. 75-81.
60. Pugalendhi P., Manoharan S. Chemopreventive potential of genistein and daidzein in combination during 7,12-dimethylbenz[a]anthracene (DMBA) induced mammary carcinogenesis in Sprague-Dawley rats // Pak. J. Biol. Sci. —
2010. — V. 13, N 6. — P. 279-286.
61. Troll W., Wiesner R., Shellabarger C. J. et al. Soybean diet lowers breast tumor incidence in irradiated rats // Carcinogenesis. — 1980. — V. 1, N 6. — P. 469-472.
62. Carroll K. K. Hypercholesterolemia and atherosclerosis: effects of dietary protein // Fed. Proc. — 1982. — V. 41, N 11. — P. 2792-2796.
63. Sirtori C. R., Lovati M. R., Manzoni C. et al. Soy and cholesterol reduction: clinical experience // J. Nutr. — 1995. -V. 125 (3 Suppl.). — P. 598-605.
64. Clarkson T. B. Soy, soy phytoestrogens and cardiovascular disease // Ibid. — 2002. — V. 132, N 3. — P. 566-569.
65. Hermansen K., Dinesen B., Hoie L. H. et al. Effects of soy and other natural products on LDL:HDL ratio and other lipid parameters: a literature review // Adv. Ther. — 2003. — V. 20, N 1. — P. 50-78.
66. Anthony M. S., Clarkson T. B., Bullock B. C., Wagner J. D. Soy protein versus soy phytoestrogens in the prevention of diet-induced coronary artery atherosclerosis of male cynomolgus monkeys // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. — 1997. — V. 17, N 11. — P. 2524-2531.
67. Anthony M. S., Clarkson T. B., Hughes C. L. et al. Soybean isoflavones improve cardiovascular
risk factors without affecting the reproductive system of peripubertal rhesus monkeys // J. Nutr. — 1996. — V. 126, N 1. — P. 43-50.
68. Anderson J. W., Johnstone B. M., Cook-Ne-well M. E. Meta-analysis of the effects of soy protein intake on serum lipids // New Engl. J. Med. — 1995. — V. 333, N 5. — P. 276-282.
69. Zhan S., Ho S. C. Meta-analysis of the effects of soy protein containing isoflavones on the lipid profile // Am. J. Clin. Nutr. — 2005. — V. 81, N 2. — P. 397-408.
70. Duane W. Effects of legume consumption on serum cholesterol, biliary lipids, and sterol metabolism in humans // J. Lipid Res. — 1997. — V. 38, N 6. — P. 1120-1128.
71. Kirk E. A., Sutherland P., Wang S. A. et al. Dietary isoflavones reduce plasma cholesterol and atherosclerosis in C57BL/6 mice but not LDL receptor-deficient mice // J. Nutr. — 1998. — V. 128, N 6. — P. 954-969.
72. Setchell K. D. R. Phytoestrogens: the biochemistry, physiology, and implications for human health of soy isoflavones / Estrogens in the Environment. II: Influences on Development, ed. McLachlan J. A. — New York: Elsevier, 1985. — P. 69-85.
73. Crouse J. R., Morgan T., Terry J. G. et al. A randomized trial comparing the effect of casein with that of soy protein containing varying amounts of isoflavones on plasma concentrations of lipids and lipoproteins // Arch. Intern. Med. — 1999. — V. 159, N 17. — P. 2070-2076.
74. Anderson J. W., Bush H. M. Soy protein effects on serum lipoproteins: a quality assessment and meta-analysis of randomized, controlled studies // J. Am. Coll. Nutr. —
2011. — V. 30, N 2. — P. 79-91.
75. Kapiotis S., Hermann M., et al. Genistein, the Dietary-Derived Angiogenesis Inhibitor, Prevents LDL Oxidation and Protects Endothelial Cells From Damage by Atherogenic LDL // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. — 1997. — V. 17, N 11. — P. 2868-2874.
76. Ruiz-Larrea M. B., Mohan A. R., Paganga G. et al. Antioxidant activity of phytoestro-genic isoflavones // Free Radic. Res. — 1997. — V. 26, N 1. — P. 63-70.
77. Tikkanen M. J., Adlercreutz H. Dietary soy-derived isoflavone phytoestrogens. Could they have a role in coronary heart disease prevention? // Biochem. Pharmacol. —
2000. — V. 60, N 1. — P. 1-5.
78. Honore E. K., Williams J. K., Anthony et al. Soy isoflavones enhance coronary vascular reactivity in atherosclerotic female macaque // Fertil. Steril. — 1997. — V. 67, N 1. — P. 148-154.
79. Sargeant P., Farndale R. W., Sage S. O. The tyrosine kinase inhibitors methyl 2,5-dihydroxycinnamate and genistein reduce thrombin-evoked tyrosine phosphorylation and Ca2+ entry in human platelets // FEBS Lett. — 1993. — V. 315, N 3. — P. 242-246.
80. Wilcox J. N., Blumenthal B. F. Thrombotic mechanisms in atherosclerosis: potential
impact of soy proteins // J. Nutr. — 1995. — V. 125 (3 Suppl.) — P. 631-638.
81. Akiyama T., Ishida J., Nakagava S. et al. Genistein, a specific inhibitor of tyrosine-specific protein kinases // J. Biol. Chem. — 1987. — V. 262, N 12. — P. 5592-5595.
82. Anthony M. S., Clarkson T. B. Comparison of soy phytoestrogens and conjugated equine estrogens on atherosclerosis progression in post-menopausal monkeys (abs.) // Circulation. — 1998. — V. 97. — P. 829.
83. Rimbach G., Boesch-Saadatmandi C., Frank J. et al. Dietary iso avones in the prevention of cardiovascular disease. — A molecular perspective // Food Chem. Toxicol. — 2008. — V. 48, N 4. — P. 1308-1319.
84. Yoshida K., Tsukamoto T., Torii H. et al. Disposition of ipriflavone (TC-80) in rats and dogs // Radioisotopes. — 1985. — V. 34, N 11.— P. 618-623.
85. Cheng S. L, Zhang S. F., Nelson T. L. et al. Stimulation of human osteoblast differentiation and function by ipriflavone and its metabolites // Calcif. Tissue Int. — 1994. — V. 55, N 5. — P. 356-362.
86. Yao J., Zhang J., Hou J. F. Effects of ipri-flavone on caged layer bone metabolism in vitro and in vivo // Poult. Sci. — 2007. — V. 86, N 3. — P. 503- 507.
87. Brandi M. L. New treatment strategies: ipri-flavone, strontium, vitamin D metabolites and analogs // Am. J. Med. — 1993. — V. 95, N 5A. — P. 69-74.
88. Anderson J. J., Ambrose W. W., Garner S. C. Orally dosed genistein from soy and prevention of cancellous bone loss in two ovariec-tomized rat models // J. Nutr. — 1995. — V. 125 (3 Suppl.). — P. 799.
89. Arjmandi B. H., Alekel L., Hollis B. W. et al. Dietary soybean protein prevents bone loss in an ovariectomized rat model of osteoporosis // Ibid. — 1996. — V. 126, N 1. — P. 162-167.
90. Draper C. R., Edel M. J., Dick I. M. et al. Phytoestrogens reduce bone loss and bone resorption in oophorectomized rats. // Ibid. — 1997. — V. 127, N 9. — P. 1795-1799.
91. Tsutsumi N., Kawashima K., Nagata H. et al. Effects of KCA-012 on bone metabolism in organ culture // Jpn. J. Pharmacol. — 1995. — V. 67, N 2. — P. 169-171.
92. Blair H. C., Jordan S. E., Peterson T. G., Barnes S. Variable effects of tyrosine kinase inhibitors on avian osteoclastic activity and reduction of bone loss in ovariectomized rats // J. Cell. Biochem. — 1996. — V. 61, N 4. — P. 629-637.
93. Kuiper G. G., Nilsson S., Gustaffson, J.-A. Characteristics and function of the novel estrogen receptor p / Hormones and Signaling, ed. O’Malley B. W. — New York: Academic Press, 1998. — V. 1. — P. 89-112.
94. Kuiper G. G., Carlsson B., Grandien K. et al. Comparison of the ligand binding specificity and transcript tissue distribution of estrogen receptors alpha and beta // Endocrinology. —
1997. — V. 138, N 3. — P. 863-870.
95. Manolagas S. C., Jilka R. Bone marrow, cytokines, and bone remodeling. Emerging insights into the pathophysiology of osteoporosis // N. Engl. J. Med. — 1995. — V. 332, N 5. — P. 305-311.
96. Kim H., Peterson T. G., Barnes S. Mecha -nisms of action of the soy isoflavone genis-tein: emerging role for its effects via transforming growth factor beta signaling pathways // Am. J. Clin. Nutr. — 1998. — V. 68 (6 Suppl.) — P. 1418 -1425.
97. Potter S. M., Baum J. A., Teng^ H. et al. Soy protein and isoflavones: their effects on blood lipids and bone density in postmenopausal women // Am. J. Clin. Nutr. —
1998. — V. 68 (6 Suppl.). — P. 1375-1379.
98. Ishimi Y. Nutrition and bone health. Iso-flavones in bone health // Clin. Calcium. —
2009. -V. 19, N 10. — P. 1506-1513.
99. Pansini F., Bonaccorsi G., Albertazzi P. et al. Soy phytoestrogens and bone / Proceedings of North American Menopause Society (abs.). — 1997. — P. 44.
100. Ho S. C. Body measurements, bone mass, and fractures. Does the East differ from the West? // Clin. Orthop. Relat. Res. — 1996. — V. 323 — P. 75-80.
101. Potter S. M., Bakhit R. M., Essex-SorlieD. L. et al. Depression of plasma cholesterol in men by consumption of baked products containing soy protein // Am. J. Clin. Nutr. — 1993. — V. 58, N 4. — P. 501-506.
102. Teixeira S.R., Potter S. M., Weigel R. et al. Effects of feeding 4 levels of soy protein for 3 and 6 wk on blood lipids and apolipoproteins in moderately hypercholesterolemic men // Ibid. — 2000. — V. 71, N 5. — P. 1077-1084.
103. Cassidy A., Faughnan M., Hughes R. et al. Hormonal effects of phytoestrogens in postmenopausal women and middle-aged men // Ibid (abs.). — 1998. — V. 68, N 6 (Suppl.) — P. 1531.
104. Cassidy A, Faughnan M. Phyto-oestrogens through the life cycle // Proc. Nutr. Soc. Am. — 2000. — V. 59, N 3. — P. 489-496.
105. Gooderham M. J.,Adlercreutz, H.A., Ojala S. T. et al. A soy protein isolate rich in genistein and daidzein and its effects on plasma isoflavone concentrations, platelet aggregation, blood lipids and fatty acid composition of plasma phospholipid in normal men // J. Nutr. — 1996. — V. 126, N 8. — P. 2000-2006.
106. Morton M. S., Chan P. S. F., Cheng C. et al. Lignans and isoflavonoids in plasma and prostatic fluid in men: samples from Portugal, Hong Kong, and the United Kingdom // Prostate. — 1997. — V. 32, N
2. — P. 122-128.
107. Evans B. A. J., Griffiths K., Morton M. S. Inhibition of 5 alpha-reductase in genital skin fibroblasts and prostate tissue by dietary lig-nans and isoflavonoids // J. Endocrinol. — 1995. — V. 147, N 2. — P. 295-302.
108. Peterson G., Barnes S. Genistein and biochanin A inhibit the growth of human prostate cancer cells but not epidermal growth factor receptor
tyrosine autophosphorylation // Prostate. — 1993. — V. 22, N 4. — P. 335-345.
109. Hedlund T. E., Johannes W. U., Miller G. J. Soy isoflavonoid equol modulates the growth of benign and malignant prostatic epithelial cells in vitro // Ibid. — 2003. — V. 54, N 1. — P. 68-78.
110. Sharma O. P., Adlercreutz H., Strandberg J. D. et al. Soy of dietary source plays a preventive role against the pathogenesis of prostatitis in rats // J. Steroid Biochem. Mol. Biol. — 1992. — V. 43, N 6. — P. 557-564.
111. Makela S. I., Pylkkanen L. H., Santti R., Adlercreutz H. Dietary soybean may be antiestrogenic in male mice // J. Nutr. —
1995. — V. 125, N 3. — P. 437 -445.
112. Makela S. I., Santti R., Salo L., McLach-lan J. A. Phytoestrogens are partial estrogen agonists in the adult male mouse // Environ. Health Perspect. — 1995. — V. 103 (7 Suppl.). — P. 123-127.
113. Morrissey C., Watson R. W. Phytoestrogens and prostate cancer // Curr. Drug. Targets. —
2003. — V. 4, N 3. — P. 231-241.
114. Miyanaga N., Akaza H., Hinotsu S. et al. Prostate cancer chemoprevention study: an investigative randomized control study using purified isoflavones in men with rising prostate-specific antigen // Cancer Sci. —
2012. — V. 103, N 1. — P. 125-130.
115. Барабой В. А. Ізофлавони сої: біологічна активність та застосування // Біотехно-логія. — 2009. — Т. 2, № 3. — P. 44-54.
116. Науменко В.Д,, Сорочинський Б. В., Коли-чев В. І. та ін. Ізофлавони сої та їх біологічні властивості // Пробл. харч. — 2011. — Т. 24, № 1-2. — P. 58-69.
117. Dixon R. A., Ferreira D. Genistein // Phytochemistry. — 2002. — V. 60, N 3. — P. 205-211.
118. Liu R., Hu Y., Lin Zh. Production of soybean isoflavone genistein in non-legume plants via genetically modified secondary metabolism pathway // Metabol. Engineer. —
2007. — V. 9, N 1. — P. 1-7.
119. Sreevidya V. S., Srinivasa Rao C., Sullia S. B. et al. Metabolic engineering of rice with soybean isoflavone synthase for promoting nodu-lation gene expression in rhizobia // J. Exp. Bot. — 2006. — V. 59, N 9. — P. 1957-1969.
120. Liu C. J., Blount J. W., Steele C. L., Dixon R. A. Bottlenecks for metabolic engineering of isoflavone glycoconjugates in Arabidopsis // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. — 2002. — V.99,N 22. — P.14578-14583.
121. Oliver Y., Woosuk J., June S. et al. Production of the Isoflavones Genistein and Daidzein in Non-Legume Dicot and Monocot Tissues // Plant Physiol. — 2000. — V. 124, N 2.— P. 781-794.
122. Li X., Qin J.C., Wang Q.Y. et al. Metabolic engineering of isoflavone genistein in Brassica napus with soybean isoflavone synthase // Plant Cell Rep. — 2011. — V. 30, N 8. — P. 1435-1442.
РАСТИТЕЛЬНЫЕ ИЗОФЛАВОНЫ: БИОСИНТЕЗ, ДЕТЕКТИРОВАНИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
В. Д. Науменко, Б. В. Сорочинский, В. И. Количев
ГУ «Институт пищевой биотехнологии и геномики» НАН Украины, Киев
E-mail: [email protected]
Рассматриваюся биологические свойства, структура и пути биосинтеза растительных изофлавонов, прежде всего изофлавонов сои (даидзеина, генистеина, глицитеина). Описаны структура изофлавонов и их формы, агликоны и глюкозиды (гликозиды), анализируются пути биосинтеза изофлавонов. Приведена обобщенная информация о современных методах детекции изофлавонов и их конъюгатов. Обсуждается важность профилирования изофлавонов, фла-воноидов и их конъюгатов с помощью аналитических и инструментальных методов для решения некоторых вопросов биологии и медицины. Представлена информация относительно содержания основных изофлавонов в отдельных растительных культурах и в тканях разных сортов сои. Освещены оздоровительные, лечебные и профилактические свойства изофлавонов при онкологических, сердечно-сосудистых, эндокринных заболеваниях и при нарушении обмена веществ. Описаны возможные механизмы их биологических эффектов. Приводится информация о применении новейших технологий для создания новых линий растений, продуцирующих изофлавоноиды с определенным уровнем изофлавонов, что способствует лечению и профилактике заболеваний. Рассматриваются возможности применения метаболической инженерии для повышения накопления и синтеза изофлавонов небобовыми культурами, такими как табак, арабидопсис и кукуруза. Даны примеры того, как путем индукции введенного энзима изофлавонсинтазы растительные ткани, изначально не являющиеся продуцентами изофлавонов, приобретают потенциал для синтеза этих биологически активных соединений. Обсуждаются конкретные биохимические пути, которые делают возможным повышение синтеза изофлавона генистеина в тканях растений Arabidopsis thaliana. Сделан вывод, что генно-инженерные манипуляции с растениями, направленные на модификацию уровня вторичных метаболитов, дают возможность создавать новые сельскохозяйственные культуры с улучшенными агрономическими свойствами и пищевыми характеристиками.
Ключевые слова: изофлавоны, даидзеин, генистеин, глицитеин, соя, биологические свойства, метаболическая инженерия.
PLANT ISOFLAVONES: BIOSYNHTESIS, DETECTION AND BIOLOGICAL PROPERTIES
V. D. Naumenko, B. V. Sorochinsky, V. I. Kolychev
PI «Institute of Food Biotechnology and Genomics» of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine
E-mail: [email protected]
Biological properties, chemical structures and biosynthesis pathways of plant isoflavones, especially soybean isoflavones (daidzein, genistein and glycitein) are reviewed. The structures of isoflavones, and their aglicone and glucosides (glycosides) forms as well as isoflavone biosynthesis pathways are described. General information about the advanced methods for the detection of isoflavones and their conjugates are considered. The importance of the profiling of isoflavones, flavonoids and their conjugates by means of analytical tools and methods to dissolve some questions in biology and medicine is discussed. The review provides data on the major isoflavone content in some vegetable crops and in the tissues of different soybean varieties. Health benefits and treatment or preventive properties of isoflavones for cancer, cardiovascular, endocrine diseases and metabolic disorders are highlighted. The mechanisms that may explain their positive biological effects are considered. The information on the application of advanced technologies to create new plant forms producing isoflavonoids with a predicted level of isoflavones, which is the most favorable for the treatment is given. The possibilities to use the metabolic engineering for the increasing of accumulation and synthesis of iso-flavones at the non-legume crops such as tobacco, Arabidopsis and maize are considered. The examples how the plant tissues, which are not naturally produced of the isoflavones, can obtain potential for the synthesis of biologically active compounds via inducing of the activity of the introduced enzyme isoflavon synthase, are given. Specific biochemical pathways for increasing the synthesis of isoflavone genistein in Arabidopsis thaliana tissues are discussed. It is concluded that plant genetic engineering which is focused on the modification of the secondary metabolites contain in plant tissues, enables to create the new crop varieties with improved agronomic properties and nutritional characteristics.
Key words: isoflavones, daidzein, genistein, gly-citein, soy, biosynthesis, biological properties, metabolic engineering.
