Вторичных метаболитов растений примеры

53. Признаки вторичных метаболитов. Принципы классификации вторичных метаболитов. Основные группы вторичных метаболитов.

Четыре признака вто­ричных метаболитов:1) присутствие не во всех растениях;2) наличие биологической активности;3) относительно низкий молекулярный вес;4) небольшой набор исходных соединений для их синтеза. Ряд вторичных метаболитов найден практически во всех растениях; достаточно много вто­ричных метаболитов без выраженной биологической активности; известны высокомолекуляр­ные вторичные метаболиты. Принципы классификации вторичных метаболитов: эмпирическая (тривиальная) классификация — основанный на определенных свойствах вторичных метабо­литов. Химическая классификация — основан на при­знаках химической структуры вторичных метаболитов. Биохимическая классификация — базируется на способах биосинтеза вторичных метаболитов. Функциональная классификация — основана на функциях вторичных метабо­литов в интактном растении. Согласно функциональ­ной классификации в одну группу соединений могут попадать химически раз­ные структуры. Хорошо известны три самые большие группы вторичных метаболитов — алкалоиды, изопреноиды (терпеноиды) и фенольные соединения. Известно также около десятка менее многочисленных групп вторичных метаболитов: растительные амины, небелковые аминокислоты, цианогенные гликозиды, глюкозинолаты, полиацетилены, беталаины, алкиламиды, тиофены и др. Вторичные метаболиты в растении практически никогда не присутствуют в «чистом виде», они, как правило, входят в состав сложных смесей. Эфирные масла—смесь легко испаряю­щихся изопреноидов.Смолы представлены главным образом дитерпенами. Камеди состоят преимущественно из полисахаридов, но в их состав часто входят алкалоиды, фенольные соединения. Слизи — это смесь водорастворимых олиго- и полисахаридов, сахаров, а так­же небольших количеств фенольных соединений, алкалоидов или изопреноидов.

54. Локализация вторичных метаболитов в растении. Функции вторичных метаболитов.

Внутриклеточная локализация. Вторичные метаболиты, как правило, на­капливаются в «метаболически неактивных» компартментах клетки — вакуо­лях и периплазматическом пространстве (клеточной стенке), но синтез их про­ходит обычно в других компартментах — чаще всего в цитозоле, ЭР и хлоропластах. Изопреноидные вторичные метаболиты, в отличие от алкалоидов, обычно после синтеза выводятся из клетки. Помимо клеточной стенки, они могут иногда накапливаться в вакуолях. Фенольные соединения накапливаются как в вакуолях, так и в периплазматическом пространстве. При этом в вакуолях обычно содержатся гликозилированные фенольные соединения, тогда как в периплазматическом простран­стве — метаксилированные соединения или агликоны. Локализация в тканях. Вторичные метаболиты могут быть равномерно рас­пределены по клеткам ткани, однако это бывает достаточно редко. Гораздо чаще они накапливаются в ткани неравномерно, при этом для их локализации могут быть использованы разные структуры. В наиболее простых случаях соеди­нения накапливаются в специализированных клетках — идиобластах. Довольно часто вторичные метаболиты локализуются в тканях в специали­зированных структурах — ходах, каналах, млечниках. Эти структуры разделя­ются на две группы — производные внеклеточного пространства и производ­ные вакуоли. Смоляные ходы, камедиевые и масляные каналы (протоки) представляют собой внеклеточные структуры. ФУНКЦИИ ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ: 1. запасающая роль вторичных метаболитов. В ряде случаев концентрация вторичных метаболитов в органах может достигать зна­чительного уровня. Показано, что многие из них действительно утилизируются клеткой: при определенных условиях алкалоиды могут служить источником азота, фенольные соединения — субстратами дыхания. 2. защитная роль вторичных соединений. Все защитные соединения можно разделить на три группы — конститутивные, полуиндуцибельные и индуцибельные. Конститутивные соединения постоянно присутствуют в тканях и органах растения и относятся к «первому кругу» оборо­ны. Полуиндуцибельные соединения находятся в тканях в виде неактивного предшественника и после соответствующего сигнала или воздействия быстро превращаются в активные вещества. Индуцибельные соединения обычно участвуют в работе «третьего круга» обороны. Они характеризуются очень высокой токсичностью. В целом можно сказать, что основная функция вторичных метаболитов в растениях — экологическая в широком смысле. Это те биохимические «рычаги», которыми прикрепленный организм — растение — решает множество эколо­гических проблем на протяжении всей своей жизни.

Источник

Вторичные метаболиты: характеристики и применение

Вторичные метаболиты являются важнейшими физиологически активными соединениями в мире растений. Их количество, исследованное наукой, увеличивается с каждым годом. В настоящий момент изучено около 15 % всех видов растений на предмет наличия этих веществ. Они обладают также высокой биологической активностью в отношении организма животных и человека, что определяет их потенциал как фармацевтических средств.

Что такое вторичные метаболиты?

Отличительной особенностью всех живых организмов является то, что в них происходит метаболизм – обмен веществ. Он представляет собой совокупность химических реакций, в результате которых вырабатываются первичные и вторичные метаболиты.

Разница между ними состоит в том, что первые характерны для всех существ (синтез белков, аминокарбоновых и нуклеиновых кислот, углеводов, пуринов, витаминов), а вторые свойственны определенным видам организмов и не участвуют в росте и процессе размножения. Однако и они выполняют определенные функции.

В животном мире вторичные соединения вырабатываются редко, чаще они поступают в организм вместе с растительной пищей. Эти вещества синтезируются преимущественно в растениях, грибах, губках и одноклеточных бактериях.

Признаки и особенности

В биохимии выделяют следующие основные признаки вторичных метаболитов растений:

• высокая биологическая активность;
• небольшая молекулярная масса (2-3 кДа);
• выработка из небольшого количества исходных веществ (5-6 аминокислот для 7 алкалоидов);
• синтез присущ отдельным видам растений;
• образование на более поздних стадиях развития живого организма.

Любой из этих признаков не является обязательным. Так, вторичные фенольные метаболиты вырабатываются у всех видов растений, а натуральный каучук имеет высокую молекулярную массу. Производство вторичных метаболитов в растениях происходит только на основе белков, липидов и углеводов под воздействием различных ферментов. Собственного пути для синтеза у таких соединений нет.

Для них характерны также следующие особенности:

• наличие в разных частях растения;
• неравномерное распределение в тканях;
• локализация в определенных отсеках клетки для обезвреживания биологической активности вторичных метаболитов;
• наличие базовой структуры (чаще всего в ее роли выступают гидроксильные, метильные, метоксильные группы), на основе которой образуются другие варианты соединений;
• разные типы изменения структуры;
• способность перехода в неактивную, «запасную» форму;
• отсутствие прямого участия в обмене веществ.

Вторичный метаболизм часто рассматривают как способность живого организма взаимодействовать с собственными ферментами и генетическим материалом. Основной процесс, в результате которого образуются вторичные соединения – это диссимиляция (распад продуктов первичного синтеза). При этом выделяется некоторое количество энергии, которая участвует в производстве вторичных соединений.

Функции

Первоначально эти вещества считались ненужными продуктами жизнедеятельности живых организмов. В настоящее время установлено, что они играют определенную роль в обменных процессах:

• фенолы – участие в фотосинтезе, дыхании, передаче электронов, выработке фитогормонов, развитии корневой системы; привлечение насекомых-опылителей, антимикробное действие; окраска отдельных частей растения;
• дубильные вещества – выработка устойчивости к грибковым заболеваниям;
• каротиноиды – участие в фотосинтезе, защита от фотоокисления;
• алкалоиды – регулирование роста;
• изопреноиды – защита от насекомых, бактерий, животных;
• стеролы – регулирование проницаемости клеточных мембран.

Основная функция вторичных соединений в растениях – экологическая: защита от вредителей, патогенных микроорганизмов, адаптация к внешним условиям. Так как факторы среды значительно отличаются для разных видов флоры, то спектр этих соединений практически безграничен.

Классификации

Существует несколько принципиально разных классификаций вторичных метаболитов:

• Тривиальная. Вещества разделяют на группы в соответствии с их определенными свойствами (сапонины образуют пену, горечи имеют соответствующий вкус и так далее).
• Химическая. Основывается на характеристиках химической структуры соединений. В настоящее время является наиболее распространенной. Недостатком такой классификации является то, что вещества одной группы могут отличаться по способу производства и свойствам.
• Биохимическая. Во главе этого типа систематизации лежит способ биосинтеза. Является наиболее научно обоснованной, но ввиду малоизученности биохимии растений применение этой классификации ограничено.
• Функциональная. Основывается на определенных функциях веществ в живом организме. В одной группе могут находиться вторичные метаболиты, имеющие разную химическую структуру.

Сложность классификации заключается в том, что каждая группа вторичных метаболитов тесно связана с остальными. Так, горечи (класс терпенов) являются гликозидами, а каротиноиды (производные тетратерпенов) – это витамины.

Основные группы

Ко вторичным метаболитам клеток растений относят следующие типы веществ:

• алкалоиды (пиридиновые, имидазоловые, пуриновые, беталаины, гликоалкалоиды, протоалкалоиды и другие);
• антраценпроизводные (производные хризацина, антрона, ализарина и других соединений);
• фитостериоды (витанолиды);
• гликозиды (монозиды, биозиды и олигозиды, цианогенные гликозиды и тиогликозиды);
• изопреноиды (терпены и их производные – терпеноиды и стероиды);
• фенольные соединения и другие.

Многие из этих веществ обладают уникальными свойствами. Так, алкалоиды кураре – это сильнейший яд, а некоторые группы гликозидов обладают ярко выраженным терапевтическим действием и используются для изготовления препаратов, применяемых при лечении сердечной недостаточности.

Применение

Вторичные метаболиты оказывают активное воздействие на органы и системы человека и животных, поэтому они находят широкое применение в фармакологии и ветеринарии, используются в качестве усилителей вкуса и аромата в пищевых продуктах. Некоторые растения, накапливающие эти вещества в значительном количестве, используются в качестве сырья в производстве технических материалов.

За рубежом, в странах с развитой химической промышленностью, около четверти всех соединений, применяемых в фармации, имеют растительное происхождение. Ценное лечебное действие вторичных метаболитов связано с такими их свойствами, как:

• широкий спектр действия;
• минимум побочных эффектов даже при длительном приеме;
• комплексное воздействие на организм;
• высокая эффективность.

Так как данные соединения являются еще малоизученными, то дальнейшее их исследование может привести к созданию принципиально новых фармацевтических препаратов.

Источник