Cyklodextriner är kolhydrater , cykliska oligomerer av glukos erhållna på enzymatiska sätt från stärkelse .
I sammansättningen av cyklodextriner är D-(+)- glukopyranosrester kopplade till makrocykler genom α-D-1,4- glykosidbindningar . Egenskaperna hos cyklodextriner skiljer sig kraftigt från konventionella (linjära) dextriner . Ibland kallas cyklodextriner cykloamyloser , cyklomaltooligosackarider , cyklomaltodextriner . Historiskt namn: Shardingers kristallina dextriner .
För första gången upptäcktes cyklodextriner av M. Villiers ( MA Villiers ) 1891 , som studerade metaboliska produkter av bakterierna Clostridium butyricum och gav den första beskrivningen av dessa kristallina kolhydrater under namnet "cellulosa" (cellulosa). Det största bidraget till studiet av cyklodextriner gjordes senare (1903-1911) av F. Schardinger , efter vilken de under lång tid kallades Schardinger-dextriner.
Alla cyklodextriner är vita kristallina pulver, giftfria, praktiskt taget smaklösa. Utåt är dessa vita kristallina och amorfa ämnen. Mängden kristallisationsvatten varierar från 1 till 18% beroende på metoderna för torkning och beredning av läkemedlet.
Cyklodextriner kännetecknas av antalet glukosrester som finns i en av deras molekyler. Så den enklaste representanten - α-cyklodextrin - består av 6 glukopyranosenheter. β-cyklodextrin innehåller 7 och y-cyklodextrin - 8 enheter. Det är dessa tre typer av sk. naturliga (eller naturliga) cyklodextriner är de vanligaste och mest studerade. Cyklodextriner, vars molekyler består av 3-5 glukopyranosenheter, har ännu inte syntetiserats med enzymatiska metoder, men de erhölls med organiska syntesmetoder.
Vid omvandlingen av stärkelse till cyklodextriner med hjälp av det mikrobiella enzymet cyklodextringlukanotransferas (CGTase, EC 2.4.1.19) bildas även cykliska sockerarter som har nio, tio, elva eller fler (upp till 30-60) glukosrester i cykeln och betecknas med motsvarande bokstäver i det grekiska alfabetet σ, ε , ζ, η, θ, etc. Dessa är de så kallade large- ring (storring) cyklodextrinerna .
Tabellen nedan visar huvudegenskaperna hos cyklodextriner:
| Fast egendom | a-cyklodextrin | p-cyklodextrin | y-cyklodextrin |
|---|---|---|---|
| Antalet glukosrester i makrocykeln | 6 | 7 | åtta |
| Molekylvikt, ja | 972,85 | 1134,99 | 1297,14 |
| Torus yttre diameter, Å | 13.7 | 15.3 | 16.9 |
| Toruskavitetens inre diameter, Å | 5.2 | 6.6 | 8.4 |
| Torushöjd, Å | 7.8 | 7.8 | 7.8 |
| Inre kavitetsvolym, ų | 174 | 262 | 472 |
| Den fysiska volymen av kaviteten i ett prov på 1 g CD, ml: | 0,1 | 0,14 | 0,2 |
| Partiell molvolym i lösningar, ml mol −1 | 611,4 | 703,8 | 801.2 |
| Löslighet i vatten vid 25 °C, g/100 ml | 14.5 | 1,85 | 23.2 |
| Sönderdelningstemperatur, °C | 278 | 299 | 267 |
Formen av molekylerna av cyklodextriner i en grov approximation är en torus , som också liknar en ihålig stympad kon. Denna form stabiliseras av vätebindningar mellan OH-grupper , såväl som α-D-1,4-glykosidbindningar. Alla OH-grupper i cyklodextriner är belägna på den yttre ytan av molekylen. Därför är den inre kaviteten hos cyklodextriner hydrofob och kan bilda inklusionskomplex med andra organiska och oorganiska molekyler i vattenlösningar . I inklusionskomplex är cyklodextrinringen "värdmolekylen", den ingående substansen kallas "gästen".
Inklusionskomplex i vatten dissocierar till cyklodextrin och utgångsmaterialet, vilket visar huvudegenskaperna hos det senare. Vid uppvärmning över 50–60°C sönderfaller komplexen vanligtvis fullständigt och återställer vanligtvis sin struktur vid kylning.
Under bildandet av komplex förändras många av de initiala egenskaperna hos de ingående föreningarna. Ämnen som är olösliga i vatten får större löslighet, blir stabila i processerna för oxidation och hydrolys, ändrar smak, färg och lukt. Från vätskor och till och med vissa ädelgaser kan pulverformiga föreningar erhållas, från oljiga ämnen - helt vattenlösliga läkemedel (till exempel fettlösliga vitaminer ).
På grund av sina egenskaper används cyklodextriner i stor utsträckning inom livsmedelsteknik , läkemedel , kosmetika , bioteknik , analytisk kemi , har goda möjligheter att användas i textilindustrin , i vattenreningsprocesser och till och med i oljeproduktion .
Beta-cyklodextrin är registrerad som livsmedelstillsats E459 .
För närvarande finns cyklodextriner tillgängliga till låga priser, deras världsproduktion uppskattas till tiotusentals ton.
På grund av deras förmåga att absorbera etylalkohol (upp till 60% av sin egen vikt), används cyklodextriner som grund för att skapa pulveriserade snabba alkoholhaltiga drycker. [ett]
Cyklodextriner kan öka lösligheten av dåligt lösliga läkemedel i vatten, samt förbättra penetrationen av läkemedel genom biologiska membran. [2]
Dessutom tillåter cyklodextriner kombinationen av vanligtvis inkompatibla läkemedel. Särskilt preparat som, när de blandas, kan fällas ut. [3]
Cyklodextriner är av stort intresse delvis eftersom de är giftfria. LD50 (oral, råtta) är i storleksordningen gram per kilogram. [4] Men försök att använda cyklodextriner för att förebygga åderförkalkning , [5] [6] [7] åldersrelaterad ansamling av lipofuscin [8] och fetma [9] hämmas av skador på hörselnerven [10] och nefrotoxicitet . [9]
Med tanke på det faktum att åderförkalkning är den främsta orsaken till hjärt-kärlsjukdomar , som står för 40 - 50% av alla dödsorsaker i befolkningen i industrialiserade länder, fortsätter försöken att skapa ett läkemedel baserat på cyklodextrin för att förebygga det. I synnerhet har läkemedlet UDP-003, som är en dimer av cyklodextrin, skapats, som har låg toxicitet och är mycket effektivare än andra cyklodextriner för att ta bort giftigt oxiderat kolesterol , en nyckelfaktor i ackumuleringen av kolesterolplack . [5]