Organická chémiaOrganická chémia

v živočíšnej ríšiv živočíšnej ríši

(http://www.chtf.stuba.sk/~szolcsanyi/education/index.htm)

Komunikácia a obranaKomunikácia a obrana (sémiochemikálie a alkaloidy)(sémiochemikálie a alkaloidy)

Od jedov k liekomOd jedov k liekom (toxíny ako inšpirácia)(toxíny ako inšpirácia)

„„Homo olfactoricus“Homo olfactoricus“ (parfémy, feromóny a sex)(parfémy, feromóny a sex)

KomunikáciaKomunikácia

SÉMIOCHEMIKÁLIE

- Feromóny

- Alelochemikálie

alomóny

kairomóny

synomóny

Chemická komunikácia hmyzuChemická komunikácia hmyzu

Hmyz (Insecta) je druhovo najbohatšie živočíšne spoločenstvo

(Predpokladá sa, že tvorí asi 90% všetkých živých foriem na Zemi!)

Vône a pachy sú pre hmyz nepostrádateľné pre:

- hľadanie si potravy

- výber optimálneho miesta na kladenie vajíčok

- identifikácii a lokalizácii koristi

- obrane a útoku pri napadnutí predátorom

- výbere sexuálneho partnera a samotnom párení

- organizovaní sociálneho života

Chemická komunikácia hmyzuChemická komunikácia hmyzu(http://www.pherobase.com)

Feromóny: - sexuálne

- agregačné

- disperzné

- poplachové

- stopovacie

- značkovacie

- sociálne

- juvenilné

disparlure - sexuálny feromónmníšky ve¾kohlavej(Lymantria dispar)

O 5

N

monomorín - znaèkovací feromónmravca faraónskeho

(Monomorium pharaonis)

multistriatín - agregaèný feromónpodkôrnika pásového

(Scolytus multistriatus)

OO

Diverzita hmyzích feromónovDiverzita hmyzích feromónov

poplachový feromónjuhoafrického mravca (Paltothyreus tarsatus)

značkovací feromónrobotnice včely medonosnej

(Apis mellifera)

agregačný feromónsamca lykožrúta lesklého

(Pityogenes chalcographus)

sexuálny feromón samičkyobaľovača jablčného

(Cydia pomonella)

SH3C

SS CH3

1,3-dimetyltrisulfid

H3C

H3C

H3C OH

geraniol

O

O CH3

chalkogran

(E,E)-8,10-dodekadién-1-ol

HO CH35

(Poly)funkčnosť hmyzích feromónov(Poly)funkčnosť hmyzích feromónov

Voška slivková(Hyalopterus pruni)

Zlatoočka škvrnitá(Chrysopa perla)

-farnezén

Poplachový feromón

Drevokaz čiarkovaný(Trypodendron lineatum)

OO

1,3-dimetyl-2,9-dioxa-bicyklo[3.3.1]nonán

Disperzné feromóny

O

heptanal

Vrtivka čerešňová(Rhagoletis cerasi)

Praktické využitie feromónovPraktické využitie feromónov

Reprodukcia hospodárskych zvierat:

• 5-androstenón izolovaný zo slín kanca urýchli dospievanie mladej samice svine domácej (Sus scrofa domestica) zhruba o jeden mesiac

„Manipulácia“ opeľovačov:

• mandibulárny feromón kráľovnej (QMP) včely medonosnej (Apis mellifera) oddiali rojenie• rastliny ošetrené QMP sú opeľované častejšie• vyššia úroda ovocia a vyššie výnosy medu

Feromónové pasce:

• agregačný feromón lykožrúta smrekového (Ips typographus) spôsobí koncentráciu hmyzu na jednom mieste, kde sa následne aplikuje insekticíd

Chemická obrana živočíchovChemická obrana živočíchov

Taiwanský podzemný termit(Coptotermes formosanus)

Naftalén(b.v. = 80°C, LD50 = 100 mg/kg)

Predátor: „Červený mravec“ Red imported fire ant(Solenopsis invicta)

- agresívny druh spôsobujúci bolestivé uhryznutie

Hmyzí „delostrelec“Hmyzí „delostrelec“

„chrobák strelček“African bombardier beetle

(Stenaptinus insignis)

Teplota koktejlu: 100°C !

Frekvencia pulzov: 500 Hz !

Sprevádzané počuteľnýmidetonáciami !

„„Limu make o Hana“Limu make o Hana“

Hana, Maui (Havaj, USA)

• Stará legenda domorodcov z ostrova Maui hovorí o „smrteľnej chaluhe z Hany“ (Limu make o Hana)• Existuje písomný záznam z roku 1838 referujúci o „jedovatej morskej riase zo zálivu Hana“ (David Malo)• P. J. Scheuer a R. E. Moore sa v 1961 rozhodli preskúmať pravdivosť legendy...

Paul J. Scheuer Richard E. Moore Hawaian Institute ofMarine Biology

Zbrane morských živočíchov I.Zbrane morských živočíchov I.

Mäkké koraly rodu Palythoa (Havajské ostrovy, USA)

O

HO

HO

OHOH

OHHO

HOOH CH3 O

O

CH3

CH3

O

OHOH

OHHO

HO

CH3

OHHO

OHHO

OHO

HO

OH

HO

OHO

HOHO

HO

HO

OH

OH

CH3

HO

OHOH

O

HO OHOH

HO

HO

OO

OHO

NH2

OH

OH

OH

HN

O

HN

O

OH

OH

OH

PALYTOXÍNLD50 = 60 ng/kg !

Druhý najšikovnejší syntetik na sveteDruhý najšikovnejší syntetik na svete

Totálna syntéza palytoxínu (1994):

- Nozaki-Hiyama-Kishi coupling na prípravu alylalkoholov- Pd(0)/TlOH-katalyzovaná syntéza E/Z-konjugovaných diénov- Nová metóda prípravy N-acylvinylových močovín

Yoshito Kishi

Palytoxín:• Izolovaný z mäkkých koralov v roku 1961 na Havaji - Scheuer Izolovaný z mäkkých koralov v roku 1961 na Havaji - Scheuer && Moore (Honolulu) Moore (Honolulu)• Štruktúra čiastočne vyriešená v roku 1981 - Hirata (Nagoya) Štruktúra čiastočne vyriešená v roku 1981 - Hirata (Nagoya) && Moore (Honolulu) Moore (Honolulu)• Štruktúra a konformácia detailne vyriešená v roku 1982 - Kishi (Cambridge)Štruktúra a konformácia detailne vyriešená v roku 1982 - Kishi (Cambridge)• Prvé syntetické štúdie v roku 1985 - Kishi (Cambridge)Prvé syntetické štúdie v roku 1985 - Kishi (Cambridge)• Sumárny vzorec CSumárny vzorec C129129HH223223OO5454NN3,3, Mólová hmotnosť 2679 g/mol Mólová hmotnosť 2679 g/mol• 64 stereogénnych centier, 7 násobných C=C väzieb• Možnosť existencie 227171 (2 361 183 241 434 822 606 848) rôznych izomérov !!! (2 361 183 241 434 822 606 848) rôznych izomérov !!!

Zbrane morských živočíchov II.Zbrane morských živočíchov II.

„Japonská ruleta“ (mortalita 61%)

NH HO

O

HOOH

O

O-

HO

HN

H2N+

tetrodotoxínŠtvorzubec (Fugu rubripes)

Potentný neurotoxín:• produkuje ho aktinomycéta Nocardiopsis dassonvillei žijúca vo vaječníkoch štvorzubca• viaže sa NaNa++ kanáliky na povrchu nervovýchbuniek a blokuje prenos vzruchov• narúša prirodzenú rovnováhu iónov nevyhnutnúpre existenciu akčných potenciálov• je mimoriadne efektívny v tlmení bolesti• LDLD5050 = 0.6 mg/kg (intravenózne) = 0.6 mg/kg (intravenózne)

Od jedov k liekomOd jedov k liekom

Z pralesa do lekárneZ pralesa do lekárne

Krovinár žararakaKrovinár žararaka(Bothrops jararaca)(Bothrops jararaca)

Zdravá Zdravá vsvs. aterosklerotická aorta. aterosklerotická aorta Kaskáda renín-angiotenzín-aldosterónKaskáda renín-angiotenzín-aldosterón

• had je najčastejším pôvodcom uhryznutí na brazílskych banánových plantážach

• jed spôsobuje prudký pokles krvného tlaku (LDLD5050 = 210 mg = 210 mg (subkutánne u človeka))(subkutánne u človeka))

• bol z neho izolovaný pentapeptid, ktorý je účinným ACE inhibítorom

N

OHS

HOOC

Captopril

Z pralesa (takmer) do lekárneZ pralesa (takmer) do lekárne

Pralesnička trojfarebná

(Epipedobates Epipedobates tricolortricolor)

Epibatidín

Ekvádorskí Indiáni už stáročia používajú sekréty zo žiab ako šípové jedyEpibatidín: - funguje ako selektívny depolarizátor nAChr - spôsobuje svalovú relaxáciu a kardiorespiračnú depresiu - je asi 200-krát účinnejším analgetikom ako morfín - terapeutické dávky sú však už pre ľudí toxické...

HN

N

Cl

H

Z pralesa (takmer) do lekárneZ pralesa (takmer) do lekárne

ABT-594Epibatidín

Molekula vyvinutá firmou Abbott Laboratories (Illinois, USA) v roku 1998ABT-294: - potláča bolesť spôsobenú lokálnym prehriatím alebo bodnutím - zároveň plne zachováva príjemný dotykový vnem - má asi 100-krát lepšiu selektivitu pri väzbe na nAChr - zlúčenina je rádovo menej toxická ako epibatidín...

HN

N

Cl

H N Cl

OHN

Homo olfactoricusHomo olfactoricus

"èokoláda"(2,5-dimetylpyrazín)

N

N

O

O

O

"pižmo"(1,5-dioxa-cyklo-

-pentadekán-6-ón)NH2

"ryba"(terc-butylamín)

"moè"(androstenón)

O H

H

O

"eukalyptus"(1,3,3-trimetyl-2-oxa-bicyklo[2.2.2]oktán)

"cesnak"(alyltiol)

SH

Komplexnosť čuchového vnemuKomplexnosť čuchového vnemu

O O

(+)-karvónlimit=600 ppb

(-)-karvónlimit=43 ppb

rasca lúèna(Carum carvi)

mäta pieporná(Mentha piperita)

Enantioselektívna čuchová percepcia

cyklooktán

O

(+)-gáfor

Cl

Cl

Cl Cl

ClCl

hexachlóretán

Molekuly vyvolávajúce identický čuchový vnem

(+)-limonén (-)-limonénpomaranè borovica

Fyziologické efekty pachov a vôníFyziologické efekty pachov a vôní

• endokrinologické zmeny – nálada, chuť do jedla - éterické oleje, aromaterapia, praktiky obchodných reťazcov

• sociálne rozpoznávanie (ne)príbuzných – rodič & dieťa, výber partnera - major histocompatibility complex (MHC), human leukocyte antigen (HLA)• synchronizácia menštruačných cyklov – McClintockovej efekt - volatilné steroidy z potu podpazušia (alebo vaginálne sekréty?)

(Bimodálne) Vnímanie pachov a vôní(Bimodálne) Vnímanie pachov a vôní

Hľuzovka čiernaHľuzovka čierna((Tuber melanosporumTuber melanosporum))

Prasa domácePrasa domáce((Sus scrofa Sus scrofa domesticadomestica))

Človek „rozumný“Človek „rozumný“((Homo sapiens sapiensHomo sapiens sapiens))

• 50% ľudí vôbec necíti 5-androstenón• 15% ho vníma slabo (neutrálne/príjemne)• 35% ho vníma intenzívne (limit = 20 ppt) ako pach moču/potu• chlapci na rozdiel od dievčat naň strácajú po puberte citlivosť, naopak ženy sa vekom stávajú vnímavejšie na 5-androstenón• 3-androstenol pravdepodobne spôsobuje synchronizáciu menštruačných cyklov

H3C

H5-androst-16-én-3-ol

(3-Androstenol)

HO

CH3

H

H

H

H3C

H5-androst-16-én-3-ón

(5-Androstenón)

O

CH3

H

H

H

Prchavé steroidy izolované z podpazušia

Poruchy vnímania pachov a vôníPoruchy vnímania pachov a vôní(špecifické anosmie)(špecifické anosmie)

Zdroj Molekula odorantu Pach/Vôňa Anosmia

Podpazušie

5-Androstenón moč 46-50%

3-Androstenol pižmo 12%

Kyselina (E)-3-metyl-2-hexénová ((E)-3-M2H) podpazušie „some

individuals“

Kyselina 4-etylheptánová koza(cap) 16%

Chodidlo Kyselina izovalérová pot 3%

Dych Trimetylamín ryba 6%

Ejakulát 1-Pyrolín spermie 16%

J. N. Labows, G. Preti: Human semiochemicals. In Fragrance: the psychology and biologyof perfume. Eds.: S. Van Toller, G. H. Dodd, pp. 69-90, London: Elsevier Science, 1992.

Telové pachy ako diagnostické markeryTelové pachy ako diagnostické markery

Ochorenie Popis a pôvod charakteristického pachuTuberkulóza „Zvetrané“ pivo

Týfus Čerstvo upečený tmavý chlieb

Záškrt Nasladlý pach

Giardóza (parazit) Pokazené vajcia (H2S)

Diabetická ketóza Ovocná aróma pokazených jabĺk (CH3COCH3)

Rakovina pľúc o-Toluidín, Anilín (v dychu)

Cirhóza pečene Dimetylsulfid, Limonén (v dychu)

Schizofrénia Ostro páchnuci pot ((E)-3M2H))

Trimetylaminúria Zdochnutá ryba (Et3N v pote, dychu a moči)

Fenylketonúria Zatuchnutý pot (PhCH2CO2H)

R. L. Doty: The primates III: humans. In Social odours in mammals, Eds.: R. E. Brown, D. W. MacDonald, pp. 804-832, London: OUP, 1985.

Čo je vlastne parfum ?Čo je vlastne parfum ?

Voňavá organická chémiaVoňavá organická chémia

Evernyl®drevitá vôòa

"Égoiste Platinum"(Chanel, 1993)

HO OH

CO2Me O

H

Ambrox®

jantárová vôòa"Drakkar Noir"

(G. Laroche, 1982)

O

Galaxolide®

pižmová vôòa"Trésor"

(Lancôme, 1990)

O

CO2Me

4

Hedione®

kvetinová vôòa"Éau Savage"(C. Dior, 1996)

O

OO

Calone 1951®

morská vôòa"Escape for her"(C. Klein, 1997)

N

N

OMe

Galbazine®

zelená vôòa"Elements Aqua"(H. Boss, 1997)

O

-undekalaktónovocná vôòa"Mitsouko"

(Guerlain, 1919)

O6

CHOO

Isobutavan®

korenistá vôòa"A * Men"

(T. Mugler, 1996)

PriO

O

Molekuly odorantov zodpovedné za charakteristické vône parfémov

„„Absolútna“ vôňa môže zabiť Absolútna“ vôňa môže zabiť

Ľudské feromóny (?)Ľudské feromóny (?)

Humánne steroidy s feromónovými účinkami

H3C

H

5-androst-16-én-3-ol(limit=0.00067 ng/l)

HO

CH3

H

H

H

H3C

H

5-androst-16-én-3-ón(limit=0.0004 ng/l)

O

CH3

H

H

H

H3C

H

5-androst-16-én-3-ol(limit=5.3 ng/l)

HO

CH3

H

H

H

Pravdepodobné ľudské feromóny

estr-1,3,5(10),16-tetraén-3-ol(limit=8 ng/l)

HO

CH3

androst-4,16-dién-3-ón(limit=0.002 ng/l)

O

CH3

H3C

"ŽENSKÝ FEROMÓN" "MUŽSKÝ FEROMÓN"

Vždy ide o prachy a....sexVždy ide o prachy a....sex

Realm for MenRealm for Women

„Vomeroferíny“- androstény- progestíny- estrogény

(EROX Corp., 1993)

Pheromone 10:13 Pheromone 10XPre pánov

(neprchavé steroidy)(Athena Institute, 1989)Pre dámy

(dehydroepiandrosterón)

„„...AND WE ALL WILL ...AND WE ALL WILL BE IRRESISTIBLY BE IRRESISTIBLY

SEXY AND SEXY AND ATTRACTIVE“ ATTRACTIVE“

Konečne poriadne afrodiziakum!Konečne poriadne afrodiziakum!

• metabolit Melanotanu II. vyvinutého ako „samoopaľovacieho“ peptidu (9 z 10 dobrovoľníkov však okrem opálenia pozorovalo aj spontánnu erekciu!)

• agonista peptidového hormónu melanokortínu (-MSH) v CNS (neovplyvňuje kardiovaskulárny systém!)

• u mužov spôsobuje erekciu (možná liečba erektilnej dysfunkcie)

• u žien zvyšuje libido (možná liečba sexuálnej dysfunkcie)

• vo forme nosového spreja sa v súčasnosti nachádza v III.fáze klinických skúšok (Palatin Technologies, New Jersey, USA)

Bremenalotid (Peptid PT-141)

Použitá literatúraPoužitá literatúra

M. Balog, M. Tatarko:Odhalené tajomstvá chémie (Vydavateľstvo Veda, 2008)

T. D. Wyatt:Pheromones and Animal Behaviour (Cambridge University Press, 2003)

K. C. Nicolaou, T. Montagnon:Molecules That Changed the World (Wiley-VCH, 2008)

H. Surburg, J. Panten:Common Fragrance and Flavor Materials (Wiley-VCH, 2006)

J. Emsley:Better Looking, Better Living, Better Loving (Wiley-VCH, 2007)

Internetové zdrojeInternetové zdrojeDatabáza hmyzích feromónov:http://www.pherobase.com

„Včelárska chémia“:http://www.chemsoc.org/ExemplarChem/entries/2001/loveridge/index.html

Legenda o palytoxíne:http://www2.hawaii.edu/~bemorton/Neuroscience/Neurochemistry/Legend.html

Vývoj Captoprilu z hadieho jedu:http://opa.faseb.org/pdf/venom.pdf

Parfémy:http://en.wikipedia.org/wiki/Perfume

„Unisex“ afrodiziakum:http://www.palatin.com/products/bremelanotide/overview.asp