Первичный и вторичный метаболизм в растениях и их продукты
Под метаболизмом, или обменом веществ, понимают совокупность химических реакций в организме, обеспечивающих его веществами для построения тела и энергией для поддержания жизнедеятельности.
Первичный метаболизм
Часть реакций оказывается сходной для всех живых организмов (образование и расщепление нуклеиновых кислот, белков и пептидов, а также большинства углеводов, некоторых карбоновых кислот и т.д.) и получила название первичного метаболизма, или первичного обмена.
Вторичный метаболизм
Помимо реакций первичного обмена существует значительное число метаболических путей, приводящих к образованию соединений, свойственных лишь определённым, иногда очень немногим, группам организмов. Эти реакции, согласно И. Чапеку (1921) и К. Пэху (1940), объединяются термином вторичный метаболизм, или вторичный обмен, а продукты называются продуктами вторичного метаболизма, или вторичными соединениями (иногда, что не совсем верно, вторичными метаболитами). Следует, однако, подчеркнуть, что различия между первичным и вторичным метаболизмом не очень резки.
Вторичные соединения образуются по преимуществу у вегетативно малоподвижных групп живых организмов — растений и грибов, а также многих прокариот. У животных продукты вторичного обмена сравнительно редки и часто поступают извне вместе с растительной пищей. Роль продуктов вторичного метаболизма и причины их появления в той или иной группе различны. В самой общей форме им приписывается адаптивная роль и в широком смысле — защитные свойства.
Стремительное развитие химии природных соединений за последние четыре десятилетия, связанное с созданием высокоразрешающих аналитических инструментов, привело к тому, что мир «вторичных соединений» значительно расширился. Например, число известных на сегодня алкалоидов приближается к 5 000 (по некоторым данным — 10 000), фенольных соединений — к 10 000, причём эти цифры растут не только с каждым годом, но и с каждым месяцем.
Любое растительное сырьё всегда содержит сложный набор первичных и вторичных соединений, которые, как сказано выше, и определяют множественный характер действия лекарственных растений. Однако роль тех и других в современной фитотерапии пока различна. Известно относительно немного растительных объектов, использование которых в медицине определяется прежде всего наличием в них первичных соединений. Однако в будущем не исключено повышение их роли в медицине и использование в качестве источников получения новых иммуномодулирующих средств.
Продукты вторичного обмена применяются в современной медицине значительно чаще и шире. Это связано с ощутимым и нередко очень ярким фармакологическим эффектом. Образуясь на основе первичных соединений, они могут накапливаться либо в чистом виде, либо в ходе реакций обмена подвергаются гликозилированию, т.е. оказываются присоединенными к молекуле какого-либо сахара. В результате гликозилирования возникают молекулы — гетерозиды, которые отличаются от негликозилированных вторичных соединений, как правило, лучшей растворимостью, что облегчает их участие в реакциях обмена и имеет в этом смысле важнейшее биологическое значение. Гликозилированные формы любых вторичных соединений принято называть гликозидами.
Источник
Продукты (вещества) первичного метаболизма растений
Белки — биополимеры, структурную основу которых составляют длинные полипептидные цепи, построенные из остатков альфа-аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. Как правило, белками называют полипептиды, содержащие более 50 аминокислотных фрагментов.
Белки делят на
- простые — протеины, при гидролизе дающие только аминокислоты, и
- сложные — в них белок связан с веществами небелковой природы:
- нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), углеводами (гликопротеиды),
- липидами (липопротеиды),
- пигментами (хромопротеиды),
- остатками фосфорной кислоты (фосфопротеиды) и др.
Из простых белков в растениях встречаются
- альбумины (семена гороха),
- глобулины (семена сои),
- глютелины и
- проламины (зерновки злаковых), которые часто используются растениями в качестве запасного питательного материала.
Среди сложных белков особое место принадлежит
В качестве ферментов (энзимов) белки регулируют все жизненные процессы клетки. Ряд белков являются токсическими веществами. Например, токсические белки представлены в ядах змей. Они характеризуются низкой молекулярной массой. Токсины растений более разнообразны по форме и молекулярной массе (токсальбумин рицин из семян клещевины).
Витамины
Витамины — особая группа органических веществ, выполняющих важные биологические и биохимические функции в живых организмах. Эти органические соединения различной химической природы синтезируются главным образом растениями, а также микроорганизмами. Человеку и животным, которые их не синтезируют, витамины требуются в очень малых количествах по сравнению с питательными веществами (белками, углеводами, жирами).
Известно более 20 витаминов. Они имеют буквенные обозначения, названия химические и названия, характеризующие их физиологическое действие.
Классифицируются витамины на
- водорастворимые (кислота аскорбиновая, тиамин, рибофлавин, кислота пантотеновая, пиридоксин, кислота фолиевая, цианокобаламин, никотинамид, биотин) и
- жирорастворимые (ретинол, филлохинон, кальциферолы, токоферолы).
К витаминоподобным веществам принадлежат некоторые флавоноиды, липоевая, оротовая, пангамовая кислоты, холин, инозит.
Биологическая роль витаминов разнообразна. Установлена тесная связь между витаминами и ферментами. Например, большинство витаминов группы В являются предшественниками коферментов и простетических групп ферментов.
Липиды
Липиды — жиры и жироподобные вещества, являющиеся производными высших жирных кислот, спиртов или альдегидов. Подразделяются на
Простые липиды
К простым относятся липиды, молекулы которых содержат только остатки жирных кислот (или альдегидов) и спиртов.
Из простых липидов в растениях и животных встречаются
Ацилглицеролы (ацилглицерины) — наиболее распространённая в природе группа липидов. Эти соединения представляют собой сложные эфиры жирных кислот и трёхатомного спирта глицерола, в котором могут быть этерифицированы одна, две или три гидроксильные группы.
Воски состоят из сложных эфиров высших жирных кислот и одно- или двухатомных высших спиртов.
К жирам близки простагландины, образующиеся в организме из полиненасыщенных жирных кислот. По химической природе это производные кислоты простаноевой со скелетом из 20 атомов углерода и содержащие циклопентановое кольцо.
Сложные липиды
Сложные липиды делят на две большие группы:
- фосфолипиды и
- гликолипиды (т.е. соединения, имеющие в своей структуре остаток кислоты фосфорной или углеводный компонент).
В составе живых клеток липиды играют важную роль в процессах жизнеобеспечения, образуя энергетические резервы у растений и животных.
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты — биополимеры, мономерными цепями которых являются нуклеотиды, которые состоят из остатков кислоты фосфорной, углеводного компонента (рибозы или дезоксирибозы) и азотистого (пуринового или пиримидинового) основания.
Пептиды — органические соединения, состоящие из остатков аминокислот, соединенных между собой пептидной связью. По числу аминокислотных фрагментов различают ди-, три-, тетра- или полипептиды. Низкомолекулярные пептиды содержатся почти во всех живых клетках. Например, трипептид глютатион, распространённый в животных и растительных тканях, принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях, а также в переносе аминокислот через цитоплазматические мембраны.
К пептидам относятся многие природные биологически активные вещества:
- некоторые гормоны (инсулин, вазопрессин),
- антибиотики (грамицидин),
- ингибитор фермента тромбина, содержащийся в слюне пиявок (гирудин); присутствующий в плазме крови брадикинин обеспечивает регуляцию кровотока и проницаемость клеточных мембран.
Некоторые полипептиды животных и насекомых обладают сильным физиологическим действием и относятся к ядам. Токсические полипептиды нейротропного действия содержатся в секрете сцифоидных медуз, представителей отряда актиний и ядовитых выделениях скорпиона (инсектотоксины); в составе пчелиного яда находятся токсические полипептиды (меллитин, сепамин, секамин и др.).
Углеводы
Углеводы — огромный класс органических соединений, к которому относят полиоксикарбонильные соединения и их производные.
В зависимости от числа мономеров в молекуле, подразделяются на
Углеводы, состоящие исключительно из полиоксикарбонильных соединений, получили название гомозидов, а их производные, в молекуле которых имеются остатки иных соединений, — гетерозидов. К гетерозидам относятся все виды гликозидов.
Моносахариды накапливаются в любой живой клетке в процессе фотосинтеза и используются затем для биосинтеза полисахаридов, гликозидов, аминокислот, полифенолов и др.
Полисахариды, как правило, накапливаются в значительных количествах как продукты жизнедеятельности протопласта. В растениях синтезируются различные формы полисахаридов, которые отличаются друг от друга как по структуре, так и по выполняемым функциям. Наиболее обычными полисахаридами являются
- целлюлоза,
- гемицеллюлозы,
- крахмал,
- инулин,
- слизи,
- камеди и
- пектиновые вещества.
Целлюлоза (клетчатка) — полимер, составляющий основную массу клеточных стенок растений. Полагают, что молекула клетчатки у разных растений содержит от 1 400 до 10 000 остатков бета-D-глюкозы.
Крахмал и инулин относятся к запасным полисахаридам. Крахмал на 96-97,6 % состоит из двух полисахаридов: амилозы (линейный глюкан) и амилопектина (разветвленный глюкан). Он всегда запасается в виде крахмальных зёрен в период активного фотосинтеза. У представителей сем. Asteraceae и Campanulaceae накапливаются фруктозаны (инулин), особенно в больших количествах в подземных органах.
Слизи и камеди (гумми) — смеси гомо- и гетеросахаридов и полиуронидов. Камеди состоят из гетерополисахаридов с обязательным участием уроновых кислот, карбонильные группы которых связаны с ионами Са 2+ , К + и Mg 2+ . По растворимости в воде камеди делятся на 3 группы: арабиновые, хорошо растворимые в воде (абрикосовая и аравийская); бассориновые, плохо растворимые в воде, но сильно в ней набухающие (трагакантовая), и церазиновые, плохо растворимые и плохо набухающие в воде (вишнёвая).
Слизи, в отличие от камедей, могут быть нейтральными (не содержат уроновых кислот), а также имеют меньшую молекулярную массу и хорошо растворимы в воде.
Пектиновые вещества — высокомолекулярные гетерополисахариды, главным структурным компонентом которых является кислота альфа-D-галактуроновая (полигалактуронан). К основной макромолекуле в виде боковых цепей присоединены D-ксилоза, L-арабиноза, D-галактоза и D-глюкоза, а в главную цепь включена L-рамноза. В растениях пектиновые вещества присутствуют в виде нерастворимого протопектина — линейного полимера метоксилированной полигалактуроновой кислоты с галактаном и арабаном клеточной стенки: цепочки полиуронида соединены между собой ионами Са 2+ и Mg 2+ .
К полисахаридам относятся также полиурониды морских водорослей. В медицинской практике нашли применение полисахариды водорослей Ahnfeltia, Laminaria, Fucus. Из красной водоросли анфельции добывают агар-агар. В ламинарии содержится кислота альгиновая — аналог кислоты пектиновой. Она состоит из остатков D-маннуроновой и D-гулуроновой кислот, связанных бета-гликозидными связями.
Ферменты — сложные белки, содержащиеся в животных и растительных организмах, выполняющие функции биологических катализаторов и ускоряющие химические процессы в них. Все ферменты делятся на одно- и двукомпонентные. Первые состоят только из белка. Двукомпонентные ферменты состоят из белка (апофермента) и небелковой части (кофактор, или кофермент). Играют важную роль в процессах метаболизма.
- Сердечный цикл и его фазовая структура
- Интегративные механизмы вегетативного обеспечения мышечной деятельности
- Центральные проекции соматовисцеральной системы
- Общие принципы регуляции деятельности сердца
- Защитные функции пищеварительного тракта
- Неврозы – Неотложная помощь
- Коклюш — Симптомы, Неотложная помощь
- Основные принципы антибиотикотерапии инфекционных болезней
- Секреторная деятельность поджелудочной железы. Регуляция панкреатической секреции
- Виды вакцин
- Системы вторичных посредников
- физиология сознания
- Заворот желудка у детей — Симптомы, Неотложная помощь
- Нервные сети
- Грудной корешковый синдром — Симптомы, Неотложная помощь
Источник