stringtranslate.com

Непеталактон

Непеталактон — это название для множества стереоизомеров аналогов иридоидов . Непеталактоны вырабатываются Nepeta cataria ( кошачья мята ) и многими другими растениями, принадлежащими к роду Nepeta , в которых они защищают эти растения от травоядных насекомых, действуя как репелленты . Их также вырабатывают многие тли , в которых они являются половыми феромонами . [1] Непеталактоны являются аттрактантами для кошек и вызывают поведенческие эффекты, которые кошачья мята вызывает у домашних кошек . Однако они оказывают видимое воздействие только на две трети взрослых кошек. Они вызывают аналогичные поведенческие эффекты у многих других кошачьих , особенно у львов и ягуаров . [2] В 1941 году исследовательская группа Сэмюэля М. МакЭлвейна была первой, кто определил структуры непеталактонов и нескольких родственных соединений. [3] [4]

Структура и свойства

Относительная стереохимия непеталактонов

Непеталактон имеет три хиральных центра , два в слиянии двух колец и один, где метильная группа присоединяется к циклопентану . Таким образом, он имеет восемь (2 3 ) стереоизомеров . Термины цис и транс используются для обозначения относительной стереохимии в слиянии колец, а также метильной группы по сравнению с лактоном на циклопентане. [ необходимо разъяснение ]

( цис , транс )-Непеталактон — бесцветное масло. [5] Температура кипения — 71 °C при 0,05  мм рт . ст. При 25 °C его плотность составляет 1,0663 г/мл, а показатель преломления — 1,4859. [6]

Естественное явление

Растения, принадлежащие к роду Nepeta, производят 4 различных стереоизомера непеталактона: ( цис , цис )-, ( цис , транс )-, ( транс , цис )- и ( транс , транс )-непеталактон. [ необходимо разъяснение ] Их относительное распространение варьируется среди видов растений. [7] Небольшие количества ( цис , транс )- и ( транс , цис )-непеталактона также встречаются в древесине Lonicera tatarica , но предполагается, что его привлекающее кошек действие вызвано актинидином , который содержится в нем в более высоких концентрациях. [8]

Непеталактоны также производятся многими тлями , в которых они действуют как половые феромоны . Наиболее распространенным изомером у тлей является ( цис , транс )-непеталактон. Тли также обычно производят структурно родственный (1 R ,4a S ,7 S ,7a R ) -непеталактол , который также является половым феромоном тлей. Относительные концентрации этих двух соединений различаются среди видов тлей. [9]

Биосинтез

Непеталактон — это бициклический монотерпен, который образуется через терпеноидный путь в роде Nepeta с использованием его исходного соединения, геранилпирофосфата (GPP). [10] Существует три изомера непеталактона, и предполагается, что их стереохимия образуется с использованием различных ферментов. Геранилпирофосфат подвергается гидролизу и нескольким окислениям с образованием 8-оксогераниаля, который может проходить каноническую стадию активации-циклизации в биосинтезе иридоидов . Неканонически 8-оксогераниаль будет восстанавливаться с образованием промежуточного 8-оксоцитронеллиленола . С помощью реакции Дильса-Альдера с группой циклаз, известных как ферменты короткоцепочечных дегидрогеназ, родственные непеталактону (NEPS), биосинтезируются различные стереоизомеры непеталактона. [11]

Процесс начинается с того, что гераниолсинтаза (GES) гидролизует GPP с образованием гераниола , который окисляется в 8-гидрогераниол гераниол-8-гидроксилазой (G8H) (схема 1). [12] Гераниол-8-гидроксилаза далее окисляется 8-гидроксигераниолоксидоредуктазой (8OG) с образованием 8-оксогераниаля, который восстанавливается иридоидсинтазой (ISY) и НАДФН с образованием промежуточного продукта 8-оксоцитронеллиленола ( схема 2). Этот промежуточный продукт приводит к циклизации генным кластером, который использует ISY и основные гены, подобные белку латекса (MLPL) или гомологи NEPS. [1] 8-оксоцитронеллил енол циклизуется в ( цис , транс )-непеталактол с помощью MLPL, NEPS1 или NEPS2, а затем окисляется NEPS5 и кофактором NAD + с получением ( цис , транс )-непеталактона (схема 3). Процесс можно повторить с 8-оксоцитронеллил енолом, циклизующимся в ( цис , цис )-непеталактол с помощью NEPS3 и окислением NEPS1 или NEPS5 и NAD + с получением ( цис , цис )-непеталактона (схема 4). 8-Оксоцитронеллил енол также может быть циклизован в ( транс , цис )-непеталактол с помощью NEPS4, а затем окислен NEPS1 в ( транс , цис )-непеталактон (схема 5). Предполагается, что отсутствие NEPS1 приводит к распаду и образованию ( транс , цис ) -иридодиала . [1]

Биосинтез непеталактона в Nepeta

Эффекты у кошек

Изменение продолжительности и эффективности

Непеталактоны воздействуют на домашних кошек через слизистую оболочку носа . Пероральный прием не оказывает никакого воздействия. [5] Они вызывают заметные поведенческие эффекты примерно у двух третей взрослых кошек. Тем не менее, все кошки, вероятно, подвержены им, но эффекты у одной трети взрослых кошек менее заметны. Непеталактоны не оказывают заметного воздействия на котят, которым меньше трех месяцев. Их эффекты также имеют тенденцию быть менее выраженными у кастрированных кошек по сравнению с некастрированными кошками, но незначительно. [2]

Эффекты непеталактонов начинаются быстро у домашних кошек и длятся от 5 до 15 минут. У кошек развивается лекарственная толерантность к непеталактонам после воздействия. Толерантность сохраняется в течение нескольких часов. [5]

Львы ( Panthera leo ) и ягуары ( Panthera onca ) чувствительны к непеталактонам. Их воздействие может длиться у них до 60 минут. [2] [13] Они также влияют на леопардов ( Panthera pardus ). Виды, проявляющие в целом меньшую или нулевую чувствительность, включают тигров ( Panthera tigris ), рысей ( Lynx rufus ), [8] пум ( Puma concolor ) [13] или онцилл ( Leopardus tigrinus ). [14]

Эффекты

Две трети взрослых домашних кошек начинают лизать, нюхать, есть, царапать или кататься по источнику непеталактона после его воздействия. Они также могут начать царапать лапой, трясти головой, тереть щеки, облизывать себя или издавать звуки . Около трети взрослых кошек реагируют на непеталактоны более пассивно и могут принимать позу сфинкса , уменьшать издавание звуков или движение. Эффекты непеталактонов аналогичны у других кошачьих . [2]

Механизм действия

Воздействие непеталактонов или непеталактолов на обонятельные рецепторы кошачьих вызывает секрецию β-эндорфина в крови; этот выброс эндорфина, в свою очередь, активирует μ-опиоидные рецепторы как агонисты , таким образом действуя аналогично морфину или другим опиоидам . [5] Известно, что налоксон , антагонист μ-опиоидных рецепторов , блокирует эффекты непеталактонов и непеталактолов у домашних кошек, что подтверждает этот механизм действия, связанный с эндорфинами. [2] [5] Повторное воздействие непеталактонов или непеталактолов не вызывает отмены опиоидов у кошачьих, вероятно, потому, что контролируется эндогенная секреция β-эндорфина. [5] ( цис , транс )- и ( транс , цис )-непеталактоны оба показали себя как привлекатели для домашних кошек в исследованиях низкого качества. Оба изомера встречаются в кошачьей мяте, например, но ( цис , транс )-изомер является основным. [8]

Эволюционные причины эффектов

Кошачьи реагируют на растения, содержащие непеталактоны, облизывая их и втирая их в свой мех. [5] Непеталактоны и непеталактолы отпугивают некоторых болезнетворных насекомых. Например, непеталактолы способны отпугивать Aedes albopictus . [5] [1] Кошки обычно охотятся на других животных, выслеживая их. Для этого требуется сохранять неподвижность или двигаться медленно, что позволяет насекомым легче укусить кошку. Это заставило бы эволюционное давление отбирать поведение трения естественного репеллента от насекомых . Это было предложено в качестве причины этой широко сохранившейся поведенческой черты у кошачьих в статье, опубликованной в 2021 году. [5]

Источники

  1. ^ abcd Lichman BR, et al. (2020). "Эволюционное происхождение аттрактанта кошек непеталактона в кошачьей мяте". Science Advances . 6 (20): eaba0721. Bibcode :2020SciA....6..721L. doi :10.1126/sciadv.aba0721. PMC  7220310 . PMID  32426505.
  2. ^ abcde Espín-Iturbe LT и др. (2017). «Активные и пассивные реакции на кошачью мяту (Nepeta cataria) зависят от возраста, пола и ранней гонадэктомии у самцов и самок кошек». Поведенческие процессы . 142 : 110–115. doi : 10.1016/j.beproc.2017.06.008. PMID  28698045. S2CID  37487390.
  3. ^ МакЭлвейн SM, Брайт RD, Джонсон PR (1941). «Составные части летучего масла кошачьей мяты. I. Непеталовая кислота, непеталактон и родственные соединения». Журнал Американского химического общества . 63 (6): 1558–1563. doi :10.1021/ja01851a019.
  4. ^ Циммерман Н. и др. (2012). «Стереоселективный синтез трансконденсированных иридоидных лактонов и их идентификация в паразитоидной осе Alloxysta victrix, Часть I: Дигидронепеталактоны». Журнал органической химии Бейльштейна . 8 (1): 1246–1255. doi :10.3762/bjoc.8.140. PMC 3458745. PMID 23019455  . 
  5. ^ abcdefghi Uenoyama R, et al. (2021). «Характерная реакция домашних кошек на растительные иридоиды позволяет им приобретать химическую защиту от комаров». Science Advances . 7 (4): eabd9135. Bibcode :2021SciA....7.9135U. doi : 10.1126/sciadv.abd9135 . PMC 7817105 . PMID  33523929. 
  6. ^ Haynes WM и др. (2014). "3. Физические константы органических соединений". CRC Handbook of Chemistry and Physics (95-е изд.). CRC Press. стр. 408–409. ISBN 9781482208689.
  7. ^ Sherden NH, et al. (2018). «Идентификация иридоидных синтазы из видов Nepeta: иридоидная циклизация не определяет стереохимию непеталактона». Фитохимия . 145 : 48–56. Bibcode : 2018PChem.145...48S. doi : 10.1016/j.phytochem.2017.10.004. PMC 5739345. PMID  29091815 . 
  8. ^ abc Bol S и др. (2017). «Реакция кошек (Felidae) на серебряную лозу (Actinidia Polygama), жимолость татарскую (Lonicera tatarica), валериану (Valeriana officinalis) и кошачью мяту (Nepeta cataria)». Ветеринарное исследование BMC . 13 (1): 70. дои : 10.1186/s12917-017-0987-6 . ПМК 5356310 . ПМИД  28302120. 
  9. ^ Döring TF (2014). «Как тли находят растения-хозяева и как они этого не делают». Annals of Applied Biology . 165 (1): 3–26. doi : 10.1111/aab.12142 .
  10. ^ Флорес Ф. Г. и др. (2012). «Альтернативный путь к циклическим терпенам путем восстановительной циклизации в биосинтезе иридоидов». Nature . 492 (7427): 138–142. Bibcode :2012Natur.492..138G. doi :10.1038/nature11692. PMID  23172143. S2CID  4431685.
  11. ^ Lichman BR, et al. (2020). "Эволюционное происхождение аттрактанта кошек непеталактона в кошачьей мяте". Science Advances . 6 (20): eaba0721. Bibcode :2020SciA....6..721L. doi :10.1126/sciadv.aba0721. PMC 7220310 . PMID  32426505. 
  12. ^ Sherden NH, et al. (2018). «Идентификация иридоидных синтазы из видов Nepeta: иридоидная циклизация не определяет стереохимию непеталактона». Фитохимия . 145 : 48–56. Bibcode : 2018PChem.145...48S. doi : 10.1016/j.phytochem.2017.10.004. PMC 5739345. PMID  29091815 . 
  13. ^ ab Hill JO, et al. (1976). «Видовые характерные реакции на кошачью мяту у неприрученных кошачьих». Журнал химической экологии . 2 (2): 239–253. doi :10.1007/BF00987747. S2CID  24240498.
  14. ^ Resende LS, et al. (2011). «Влияние корицы и кошачьей мяты на стереотипную походку кошек онцилла (Leopardus tigrinus) в неволе». Журнал прикладной науки о благополучии животных . 14 (3): 247–254. doi :10.1080/10888705.2011.576981. PMID  22044295. S2CID  769991.