Tutin (toksyna)
 | |
| Dane kliniczne | |
|---|---|
| Kod ATC |
|
| Identyfikatory | |
| |
| Numer CAS | |
| Identyfikator klienta PubChem | |
| ChemSpider | |
| UNII | |
| Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA ) | |
| Karta informacyjna ECHA | 100.236.780 |
| Dane chemiczne i fizyczne | |
| Formuła | C15H18O6 _ _ _ _ _ |
| Masa cząsteczkowa | 294,303 g·mol -1 |
| Model 3D ( JSmol ) | |
| |
| |
Tutin jest trującą pochodną roślinną występującą w nowozelandzkich roślinach tutu (kilka gatunków z rodzaju Coriaria ). Działa jako silny antagonista receptora glicyny i ma silne działanie konwulsyjne . Jest stosowany w badaniach naukowych nad receptorem glicynowym. Czasami wiąże się to z wybuchami toksycznego zatrucia miodem , gdy pszczoły żywią się wysiękiem spadzi z wysysającej soki pasieki winorośli ( Scolypopa australis ) owady, gdy winorośle żywią się sokiem krzewów tutu. Toksyczny miód jest rzadkim zdarzeniem i jest bardziej prawdopodobny, gdy miód z plastra jest spożywany bezpośrednio z ula, który zbierał spadź z lejków marakui żerujących na roślinach tutu.
Historia
Tutin został po raz pierwszy odkryty jako zanieczyszczenie miodu pod koniec XIX wieku. Misjonarze z zagranicy sprowadzili pszczołę miodną ( Apis mellifera ) do Nowej Zelandii w 1839 roku. Kilkadziesiąt lat później ludzie jedzący lokalny miód cierpieli z powodu objawów, takich jak wymioty, bóle głowy i dezorientacja. W tym momencie zbadano neurotoksynę i na początku XX wieku w pełni scharakteryzowano jej toksyczne działanie. Wiadomo było, że toksyna pochodzi z rośliny tutu. Jednak ani nektar , ani pyłek rośliny tutu nie zawierają tej toksyny, dwóch części, które spożywają pszczoły miodne. Ostatecznie okazało się, że męczennica ( Scolypopa australis ), szkodnik, pobiera sok z młodych pędów rośliny tutu i uwalnia wydzieliny, spadzi, które zawierają toksynę tutin. Pszczoły miodne będą spożywać spadź jako dodatkowe źródło pożywienia, zanieczyszczając w ten sposób produkowany przez siebie miód tą toksyną. Od tego momentu okresowo pojawiały się dalsze ogniska zatrucia tutinem. Jeszcze w 2008 r. rodzina musiała być hospitalizowana z powodu ciężkich objawów spowodowanych przez domowy miód zanieczyszczony tutiną.
Struktura i właściwości chemiczne
Tutin to polioksygenowany policykliczny seskwiterpen z rodziny pikrotoksanów. Tutin jest jednym z szeregu chemicznie i farmakologicznie podobnych związków, z których głównie badano pikrotoksyninę i koriamyrtinę. Conroy zaproponował strukturę pikrotoksyny, co zostało potwierdzone w badaniach krystalograficznych rentgenowskich, a także określił konfigurację absolutną cząsteczki. Karyone i Okuda zaproponowali strukturę tutyny w oparciu o strukturę piktrotoksyny i badania degradacji chemicznej. Strukturę tutyny, w tym absolutną stereochemię, potwierdzono rentgenowską analizą kryształów wraz z metodami chemicznymi i chiroptycznymi. Tutin ma bardzo napięty szkielet, w tym dwa pierścienie epoksydowe i lakton , który jest podatny na różne przegrupowania. Tutin ma charakterystyczny intensywnie gorzki smak. Tutin jest bardzo dobrze rozpuszczalny w acetonie , ale rozpuszcza się umiarkowanie w chloroformie i jest nierozpuszczalny w dwusiarczku węgla lub benzenie . Dodanie mocnego kwasu siarkowego do kilku kropli nasyconego wodnego roztworu tutyny powoduje powstanie krwistoczerwonego zabarwienia.
Izolacja od natury
W 1901 r. Easterfield i Aston po raz pierwszy wyizolowali tutin i zidentyfikowali go jako konwulsyjną truciznę obecną w nowozelandzkich gatunkach Coriaria („tutu” lub „toitoi” w języku maoryskim). Easterfield i Aston użyli 1,5 kilograma nasion i 11 kilogramów suszonej na powietrzu Coriaria thymifolia (bez korzeni) z Dunedin w czasie kwitnienia w styczniu. Nasiona sproszkowano i wyczerpano dwusiarczkiem węgla usuwając zielony suszący olej. Roślinę przepuszczano przez sieczkarnię i gotowano z wodą. Mieszaninę potraktowano dużą objętością etanolu . Z etanolu wytrąciły się sole nieorganiczne, kwas elagowy i duża ilość czarnej substancji. Po oddestylowaniu pozostałość ekstrahowano eterem dietylowym . Kryształy rekrystalizowały się kilkakrotnie z wody, co skutkowało wydzieleniem substancji w charakterystyczne formy igieł oraz rekrystalizacją z etanolu w graniastosłupach skośnie zakończonych. Produkt końcowy zawierał charakterystyczny wysoce trujący nieazotowy glukozyd [ wymagane wyjaśnienie ] tutynę w postaci bezbarwnych kryształów o temperaturze topnienia 204–205 ° C (399–401 ° F).
Chemiczna synteza (+)-tutyny
W 1989 roku Wakamatsu i współpracownicy opisali szczegółowo pierwszą całkowitą syntezę (+)-tutyny w sposób stereokontrolowany. (+)-Tutin można zsyntetyzować w dziewięcioetapowym procesie reakcji. Po pierwsze, alkohol (-)-bromo był chroniony przez sililowanie . Po tym etapie przeprowadzono konwersję ugrupowania bromku allilu w alkohol allilowy w warunkach Coreya. Następnie w C-2 wprowadzono ugrupowanie hydroksylowe, regio- i stereoselektywnie reakcja wewnątrzcząsteczkowa była spowodowana wykorzystaniem funkcji hydroksylowej C-14 do uzyskania pożądanego cyklicznego eteru. Następnie wiązanie eteryczne zostało rozerwane, otrzymując bromek allilu. Następnie sililową grupę zabezpieczającą usunięto stosując fluorek tetra- n -butyloamoniowy w THF. Wewnątrzcząsteczkowy S N 2 reakcja na ugrupowaniu bromku allilu doprowadziła do powstania epoksyolefiny. Następnie epoksyolefina została przekształcona w bisepoksyd w trzech etapach, najpierw hydroliza alkaliczna z wytworzeniem alkoholu, druga estryfikacja z wytworzeniem węglanu 2,2,2-trichloroetylu i ostatnia epoksydacja. Następnie bisepoksyd utleniono tlenkiem rutenu(VII) otrzymując 2,2,2-trichloroetoksykarbonylo-α-bromotutynę. Ostatnim etapem syntezy (+)-tutyny jest redukcja cynkiem i chlorkiem amonu.
Reakcje chemiczne
Donoszono o acylowaniu drugorzędowego alkoholu 2-OH i podwójnym acetylowaniu zarówno przy 2-OH, jak i C6-OH tutyny. W nowozelandzkim miodzie toksynowym znaleziono dwie główne struktury koniugatów tutyny; 2-(β-D-glukopiranozylo)-tutyna i 2-[6'-(α-D-glukopiranozylo)-β-D-glukopiranozylo]-tutyna. Chemiczną syntezę 2-(β-D-glukopiranozylo)-tutyny można przeprowadzić poprzez reakcję β -O -glikozylacji między tutyną a aktywowanym donorem cukru. Opublikowano wiele metod O -glikozylacji dotyczących syntezy złożonych glikozydów z anomeryczną β-stereoselektywnością.
Mechanizm akcji
GABA (kwas γ-aminomasłowy) jest głównym neuroprzekaźnikiem hamującym w ośrodkowym układzie nerwowym ssaków. Tutin jest antagonistą receptorów GABA . Hamując te receptory, uspokajające działanie tego neuroprzekaźnika jest osłabiane, co prowadzi do intensywnej stymulacji układu nerwowego. Na podstawie obszernych danych określono, że tutin jest niekonkurencyjnym antagonistą przy użyciu mechanizmu allosterycznego .
Oprócz hamowania receptora GABA, badania in vitro wykazały również hamujący wpływ tutyny na receptory glicynowe neuronów w rdzeniu kręgowym. Receptory te mają funkcje hamujące porównywalne z receptorami GABA.
Wreszcie, badanie podobnych toksyn wykazało, że są one blokerami dla innych kanałów jonowych bramkowanych ligandem . W związku z tym podejrzewa się, że tutyna może mieć również właściwości antagonistyczne wobec innych kanałów jonowych.
Metabolizm
Nie są dostępne laboratoryjne badania na zwierzętach dotyczące wchłaniania, dystrybucji, metabolizmu i wydalania tutyny. Według Fitchett i Malcolm 1909, McNaughton i Goodwin 2008, ogólnoustrojowe wchłanianie oczyszczonej tutyny po podaniu doustnym wydaje się szybkie u zwierząt, jako objawy kliniczne zgodne z neurotoksycznością, które pojawiają się w ciągu mniej niż 15 minut u myszy i po około jednej godzinie u psów. Zwierzęta, które otrzymały dawki nieśmiercionośne wykazało szybką poprawę, co sugeruje szybką eliminację. Przeciwnie, czas wystąpienia toksyczności po spożyciu miodu zawierającego tutynę jest bardzo zmienny. W 2008 r. średni czas wystąpienia 11 potwierdzonych przypadków wynosił 7,5 godziny, a czas wystąpienia wynosił od pół godziny do 17 godzin po spożyciu.
Efekty biologiczne
Tutin działa toksycznie zarówno na ssaki, jak i na owady. Zbadano, czy byłby użytecznym środkiem gryzoniobójczym . U szczurów miał działanie śmiertelne w ciągu jednej godziny przy dawce 55 mg/kg masy ciała. Zalecono jednak zastosowanie bardziej specyficznej toksyny.
U ludzi ma również działanie toksyczne. Chociaż dokładne dawki pozostają nieznane, ludzie zostali ubezwłasnowolnieni, hospitalizowani, a nawet zmarli z powodu dostania się tutinu do ich organizmu. Przeprowadzono badanie, w którym sześciu mężczyzn otrzymało dawkę tutyny wynoszącą 1,8 μg/kg masy ciała. Chociaż efekty były prawie nieodczuwalne przez ochotników, zaobserwowano niezwykłe stężenia w surowicy. Szczyt stężenia tutyny obserwowano godzinę po spożyciu, a drugi, większy i przedłużony szczyt obserwowano około 15 godzin po spożyciu. Przyczyny tej obserwacji nie zostały jeszcze ustalone. Skutki uboczne zatrucia tutiną to: bóle głowy, nudności, wymioty, zawroty głowy i drgawki.
Doniesiono, że aktywność biologiczna tutyny jest prawie identyczna z aktywnością innych seskwiterpenów pikrotoksanowych; pikrotoksyny i koriamyrtyny. Objawy zatrucia tutiną to np.: wstępna depresja, ślinotok , spadek częstotliwości tętna , przyspieszony oddech, drgawki . Efekt wynika z działania na rdzeń przedłużony i zwoje podstawy mózgu.
Toksyczność
Skutki zatrucia tutyną opisano jako wydzielanie śliny, spowolnienie akcji serca, zwiększoną aktywność oddechową, a później, głównie drgawki kliniczne, które we wczesnych stadiach ograniczają się do przedniej części ciała. Wyniki opublikowanych badań toksyczności ostrej na różnych zwierzętach mają ograniczoną wartość ze względu na niepewność co do profilu zanieczyszczeń podawanej tutyny. Na przykład Palmer-Jones (1947) podał, że LD50 przy podawaniu doustnym szczurom wynosi 20 mg/kg tutyny. Podawanie drogą podskórną (SC) i dootrzewnową (IP) wykazało wyższą toksyczność ostrą z LD50 wynoszącą około 4 i 5 mg/kg. Niewiele wiadomo na temat dawki śmiertelnej dla przeciętnego człowieka, chociaż przeprowadzono testy na różnych gatunkach zwierząt. Na przykład, dootrzewnowe wstrzyknięcie tutyny szczurom wykazało, że stężenia 3, 5 i 8 mg/kg były śmiertelne, podczas gdy 1 mg/kg nie było śmiertelne, przy czym wszystkie szczury wykazywały objawy, takie jak skurcze mięśni i drgawki ogólne. Udokumentowane narażenie ludzi na tutynę sugerowało, że dawka około miligrama powoduje nudności i wymioty u zdrowego, dorosłego mężczyzny.
Wpływ na zwierzęta
Wiadomo, że Tutin powoduje śmierć owiec i bydła należących do osadników z Nowej Zelandii. Dlatego na początku XX wieku przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad wpływem tutyny na różne gatunki zwierząt. Objawy po wstrzyknięciu były mniej więcej takie same u wszystkich zwierząt i obejmowały przyspieszony oddech, wydzielanie śliny, drgawki i ostatecznie śmierć. Stwierdzono, że minimalna dawka śmiertelna dla kotów i psów wynosi około 1 mg/kg. U małych gryzoni, takich jak szczury, króliki i świnki morskie, minimalna dawka śmiertelna była nieco wyższa i wynosiła około 2,5 mg/kg. U młodych zwierząt minimalna dawka śmiertelna jest mniejsza. Uważano, że ptaki są odporne na zatrucie tutiną, ponieważ żywią się jagodami rośliny turyńskiej. Po badaniach stało się jasne, że ptaki mają wysoką minimalną dawkę śmiertelną (około 10,25 mg/kg), ale nie mają całkowitej odporności. Pozorna odporność w warunkach naturalnych polega na tym, że aby osiągnąć dawkę 10,25 mg/kg, ptaki muszą zjeść więcej jagód, niż są w stanie fizycznie. Stosunkowo wysoką dawkę śmiertelną można wytłumaczyć sposobem trawienia pokarmu przez ptaki. od wola (część gardła u wielu ptaków, w której przechowywany jest pokarm przed wejściem do żołądka), żyły idą bezpośrednio do krążenia ogólnoustrojowego, zamiast najpierw przez wątrobę, jak u ssaków. [ wymagane wyjaśnienie ]