Генетический контроль биосинтеза флавоноидов
Наследуемость состава антоцианов в цветках послужила основой классических генетических экспериментов Менделя, а строгий генетический контроль биосинтеза флавоноидов был изучен более подробно, чем у какого-либо другого класса веществ растительного происхождения. Описаны многие различия отдельных генов, которые приводят к значительным качественным и количественным вариациям состава флавоноидов. Многие биохимические эффекты, например, общий биосинтез флавоноидов, накопление флавоноидов определенных классов или индивидуальных соединений, структурные модификации такие, как гидроксилирвоание, метилирвоание или гликозилирование и распределение флавоноидов в различных органах растений, коррелируют со специфическими генетическими факторами. Генетические исследования помогли установить пути биосинтеза флавоноидов, а также заложили основу многих обширных программ селекции, осуществленных в целях получения новых сортов культурных растений [2].
Факторы, влияющие на биосинтез флавоноидов
На биосинтез флавоноидов и его регуляцию оказывают влияние многие внутренние факторы и факторы окружающей среды. К наиболее важынм из них относятся свет и стрессовые условия, такие, как ранение или инфекция. Однако в большинстве случаев их влияние изучено на физиологическом, а не биохимическом уровне.
Свет: наиболее широко исследовалось влияние света. Обычно свет стимулирует синтез флавоноидов, особенно антоцианов, влияя главным образом на активность участвующих в этом процесса ферментов. По своей реакции на индукцию светом эти ферменты подразделяются на две группы. ФАЛ и ферменты, которые превращают коричную кислоту в п-кумароил-СоА, индуцируются значительно быстрее, чем ферменты, катализирующие более поздние биосинтетические реакции и образующие вторую группу. Синтез ферментов de novo начинается после индукции светом, причем главной регуляторной точкой является ФАЛ. У многих видов показано участие в этом процессе фитохрома, однако могут также функционировать и другие фоторецепторы, например флавин или флавопротеин. Интересно отметить, что регулируется, по-видимому, только образование кольца В (шикиматный путь), тогда как синтез кольца А (поликетидный путь) не подвержен регуляции.
Повреждение или инфекция: Синтез флавоноидов в зеленых растениях часто усиливается после механических повреждений или заражения патогенными организмами. Наблюдаемое увеличение содержания флавоноидов может, однако, просто отражать общее возрастание активности фенилаланин – аммиак-лиазы, вызванное необходимостью образования фенольных фитоалексинов и связанное с повышением устойчивости растения к заболеванию. Избыточное образование зараженными тканями антоцианов заметно, например, в случае поражения грибом листьев персика и миндаля, которое выражается в курчавости листьев. Пораженные листья приобретают вид ярких оранжево-красных стручков или плодов. Другой пример – яблоки. Незрелые плоды, пораженные личинками насекомых, обычно синтезируют повышенное количество антоцианов и преждевременно выглядят почти зрелыми. По этому признаку их можно легко отличть на дереве от здоровых плодов.
Возраст: Образование флавоноидов в зеленых тканях растений, по-видимому, зависит также от таких факторов, как возраст и общая стадия развития. В молодых тканях содержится больше флавоноидов, чем в зрелых. В частности, антоцианы часто образуются в больших количествах в новых побегах и листьях; в результате последние могут иметь красную окраску в отличие от зеленой у зрелых листьев [2].
Источник
Распространение флавоноидов в растительном мире
Флавоноиды широко распространены в высших растениях, встречаются они в водорослях и грибах, значительно реже — в микроорганизмах и насекомых.
Около 40% флавоноидов приходится на группу производных флавонола, несколько меньше — флавона, значительно реже встречаются флаваноны, халконы, ауроны.
Наиболее богаты флавоноидами растения семейств:
Бобовые (Fabaceae), Астровые (Asteraceaе),
Сельдерейные (Apiaceae), Яснотковые (Lamiaceae),
Розоцветные (Rosaceae), Гречишные (Polygonaceae),
Березовые (Betulaceae), Рутовые (Rutaceae) и др.
Локализация флавоноидов в растениях
В растениях флавоноиды локализуются в различных органах и частях растений:
— цветках, обуславливая окраску лепестков (бессмертник песчаный, василек синий, пижма обыкновенная),
— траве (горцы: птичий, почечуйный, перечный; хвощ полевой),
— плодах (боярышники, софора японская),
— корнях (стальник пашенный, шлемник байкальский).
Содержание их в растениях колеблется от 0,5 до 30% (бутоны софоры японской).
В клетках растений флавоноиды накапливаются в форме гликозидов, главным образом в вакуолях, а в свободном состоянии — в специальных образованиях, зачастую имеющих довольно сложное строение — смоляных и эфирномасличных ходах, канальцах, вместилищах, железках и т.д. В надземных частях растений более 85% суммы флавоноидов локализуется в клетках эпидермы и только 15% — в остальных тканях.
Биологическая роль флавоноидов в жизни растений
Биологическая роль флавоноидов в жизни растений изучена еще недостаточно.
Некоторые авторы считают, что флавоноиды принимают участие:
в окислительно-восстановительных процессах растений;
в защите растений от неблагоприятных воздействий ультрафиолетовых лучей и низких температур;
в процессе оплодотворения высших растений;
обуславливают огромное разнообразие окрасок цветков и плодов, что привлекает насекомых и тем самым способствуют опылению;
некоторые флавоноиды защищают аскорбиновую кислоту от окисления (т.е. являются антиоксидантами).
Влияние внешних факторов на накопление флавоноидов
1. На накопление флавоноидов оказывают влияние возраст и фаза развития растения. В молодых растениях их больше; в старых растениях их количество уменьшается.
Максимальное содержание флавоноидов наблюдается в цветках, листьях и травах в период бутонизации и цветения, а к фазе плодоношения содержание снижается; в плодах и семенах — в период молочной зрелости — полного созревания; в корнях — в период увядания надземной массы осенью.
2. На накопление флавоноидов влияет освещенность.
Содержание флавоноидов в растениях увеличивается с ростом освещенности, а степень их гидроксилирования (число -ОН групп) — с увеличением высоты над уровнем моря.
3. На накопление флавоноидов влияет температура. Содержание антоцианов увеличивается при понижении температуры (покраснение листьев у щавеля), у других групп флавоноидов, наоборот, содержание увеличивается при повышении температуры.
Физико-химические свойства
1. Большинство флавоноидов — твердые кристаллические вещества с определенной температурой плавления, не имеющие запаха.
2. Окрашены в желтый цвет (флавоны, флавонолы, халконы, ауроны) или бесцветные (катехины, лейкоантоцианидины, флаваноны, изофлавоны). Наиболее яркие оттенки свойственны антоцианам, которые придают растительным тканям красную или синюю окраску в зависимости от рН среды. В кислой среде они имеют красный цвет (соли катионов), в щелочной — синий (соли анионов).
3. Гликозиды (содержащие более трех остатков сахара) растворимы в воде, водно-спиртовых смесях, в спиртах при нагревании, этилацетате и нерастворимы в органических растворителях (петролейном и диэтиловом эфирах, дихлорэтане, ССl4).
Агликоны хорошо растворимы в низших спиртах (метиловом и этиловом), органических растворителях (диэтиловом эфире, ацетоне, бензоле) и в растворах щелочей. Нерастворимы в воде.
4. Гликозиды обладают оптической активностью.
5. О-гликозиды при действии разбавленных минеральных кислот и ферментов легко гидролизуются до агликона и углеводного остатка. С-гликозиды с трудом расщепляются под действием концентрированных кислот (HCl или СН3СООН) или их смесей при длительном нагревании.
6. Катехины и лейкоантоцианидины, как правило, гликозидных форм не образуют. Они легко окисляются в присутствии кислорода, под действием света и щелочей. Остальные флавоноиды более устойчивы к окислению.
7. Флавоноиды флуоресцируют в УФ-свете: при этом флавоны, флавонол-3-гликозиды, флаваноны, халконы обнаруживаются на хроматограммах в виде коричневых пятен, флавонолы и их 7-гликозиды — в виде желтых или желто-зеленых пятен.
8. Свободная ОН-группа 7 положения способна диазотироваться.
9. Благодаря карбонильным и фенольным оксигруппам флавоноиды способны образовывать комплексы с солями металлов различной степени устойчивости.
10. Флавоноиды способны восстанавливаться атомарным водородом в кислой среде в присутствии магния или цинка.
11. Флавоноиды взаимодействуют со щелочами с образованием фенолятов желтой окраски, которая при нагревании изменяется до оранжевой или коричневой.
Источник