Wtórne metabolity są najważniejszymi fizjologicznie aktywnymi związkami w świecie roślin. Ich liczba, badana przez naukę, rośnie z roku na rok. Obecnie około 15% wszystkich gatunków roślin zostało przebadanych pod kątem obecności tych substancji. Wykazują również wysoką aktywność biologiczną w stosunku do organizmu zwierząt i ludzi, co determinuje ich potencjał jako farmaceutyków.
Co to są metabolity wtórne?
Wyróżniającą cechą wszystkich żywych organizmów jest to, że mają metabolizm – metabolizm. Jest to zestaw reakcji chemicznych, w wyniku których powstają metabolity pierwotne i wtórne.
Różnica między nimi polega na tym, że te pierwsze są charakterystyczne dla wszystkich stworzeń (synteza białek, kwasów aminokarboksylowych i nukleinowych, węglowodanów, puryn, witamin), podczas gdy te drugie są charakterystyczne dla określonych typów organizmów i nie uczestniczą w procesie wzrostu i reprodukcji. Pełnią jednak również pewne funkcje.
W świecie zwierząt związki wtórne są rzadko produkowane, częściej wchodząciało wraz z pokarmami roślinnymi. Substancje te są syntetyzowane głównie w roślinach, grzybach, gąbkach i bakteriach jednokomórkowych.
Funkcje i funkcje
W biochemii rozróżnia się następujące główne oznaki wtórnych metabolitów roślinnych:
- wysoka aktywność biologiczna;
- mała masa cząsteczkowa (2-3 kDa);
- produkcja z niewielkiej ilości substancji wyjściowych (5-6 aminokwasów na 7 alkaloidów);
- synteza jest nieodłączna dla poszczególnych gatunków roślin;
- formacja na późniejszych etapach rozwoju żywego organizmu.
Każda z tych funkcji jest opcjonalna. Zatem wtórne metabolity fenolowe są wytwarzane we wszystkich gatunkach roślin, a kauczuk naturalny ma wysoką masę cząsteczkową. Produkcja metabolitów wtórnych w roślinach odbywa się wyłącznie na bazie białek, lipidów i węglowodanów pod wpływem różnych enzymów. Takie związki nie mają własnego sposobu syntezy.
Posiadają również następujące funkcje:
- obecność w różnych częściach rośliny;
- nierównomierne rozmieszczenie w tkankach;
- lokalizacja w określonych przedziałach komórki w celu neutralizacji aktywności biologicznej metabolitów wtórnych;
- obecność struktury podstawowej (najczęściej jej rolą są grupy hydroksylowe, metylowe, metoksylowe), na podstawie której powstają inne warianty związków;
- różne rodzaje zmian struktury;
- możliwość przejścia do nieaktywnego, "rezerwowego" formularza;
- brak bezpośredniego udziału w metabolizmie.
Metabolizm wtórny jest często postrzegany jako zdolność żywego organizmu do interakcji z własnymi enzymami i materiałem genetycznym. Głównym procesem, w wyniku którego powstają związki wtórne, jest dyssymilacja (rozkład produktów syntezy pierwotnej). To uwalnia pewną ilość energii, która bierze udział w produkcji związków wtórnych.
Funkcje
Początkowo substancje te były uważane za niepotrzebne produkty odpadowe żywych organizmów. Obecnie ustalono, że odgrywają one rolę w procesach metabolicznych:
- fenole - udział w fotosyntezie, oddychaniu, przenoszeniu elektronów, produkcji fitohormonów, rozwoju systemu korzeniowego; przyciąganie owadów zapylających, działanie przeciwdrobnoustrojowe; wybarwienie poszczególnych części rośliny;
- garbniki - rozwój odporności na choroby grzybowe;
- karotenoidy - udział w fotosyntezie, ochrona przed fotooksydacją;
- alkaloidy - regulacja wzrostu;
- izoprenoidy - ochrona przed owadami, bakteriami, zwierzętami;
- sterole – regulacja przepuszczalności błony komórkowej.
Główną funkcją związków wtórnych w roślinach jest ekologiczna: ochrona przed szkodnikami, drobnoustrojami chorobotwórczymi,adaptacja do warunków zewnętrznych. Ponieważ czynniki środowiskowe różnią się znacznie dla różnych typów flory, spektrum tych związków jest prawie nieograniczone.
Klasyfikacje
Istnieje kilka zasadniczo różnych klasyfikacji metabolitów wtórnych:
- Trywialne. Substancje są podzielone na grupy według ich specyficznych właściwości (saponiny tworzą pianę, bittery mają odpowiedni smak itd.).
- Chemiczne. Na podstawie charakterystyki budowy chemicznej związków. Jest to obecnie najczęstsze. Wadą tej klasyfikacji jest to, że substancje z tej samej grupy mogą różnić się sposobem produkcji i właściwościami.
- Biochemiczne. Na czele tego typu systematyzacji stoi metoda biosyntezy. Jest to najbardziej uzasadnione naukowo, ale ze względu na brak znajomości biochemii roślin zastosowanie tej klasyfikacji jest ograniczone.
- Funkcjonalny. Opiera się na określonych funkcjach substancji w żywym organizmie. Ta sama grupa może zawierać metabolity wtórne o różnych strukturach chemicznych.
Złożoność klasyfikacji polega na tym, że każda grupa metabolitów wtórnych jest blisko spokrewniona z innymi. Tak więc gorzkie (klasa terpenów) to glikozydy, a karotenoidy (pochodne tetraterpenów) to witaminy.
Grupy główne
Następujące rodzaje substancji są klasyfikowane jako wtórne metabolity komórek roślinnych:
- alkaloidy (pirydyna,imidazol, puryna, betalainy, glikoalkaloidy, protoalkaloidy i inne);
- pochodne antracenu (pochodne chryzacyny, antronu, alizaryny i innych związków);
- fitosteriody (withanolidy);
- glikozydy (monozydy, biozydy i oligozydy, glikozydy cyjanogenne i tioglikozydy);
- izoprenoidy (terpeny i ich pochodne - terpenoidy i steroidy);
- związki fenolowe i inne.
Wiele z tych substancji ma wyjątkowe właściwości. Tak więc alkaloidy kurary są najsilniejszą trucizną, a niektóre grupy glikozydów mają wyraźny efekt terapeutyczny i są wykorzystywane do wytwarzania leków stosowanych w leczeniu niewydolności serca.
Aplikacja
Wtórne metabolity mają aktywny wpływ na narządy i układy ludzi i zwierząt, dlatego są szeroko stosowane w farmakologii i weterynarii, jako wzmacniacze smaku i zapachu w produktach spożywczych. Niektóre rośliny, które gromadzą te substancje w znacznych ilościach, są wykorzystywane jako surowce do produkcji materiałów technicznych.
Za granicą, w krajach o rozwiniętym przemyśle chemicznym, około jedna czwarta wszystkich związków stosowanych w farmacji jest pochodzenia roślinnego. Cenne działanie terapeutyczne metabolitów wtórnych związane jest z ich właściwościami takimi jak:
- szeroki zakres działania;
- minimalne skutki uboczne nawet przy długotrwałymrecepcja;
- kompleksowy wpływ na organizm;
- wysoka wydajność.
Ponieważ te związki są nadal słabo poznane, ich dalsze badania mogą doprowadzić do stworzenia całkowicie nowych farmaceutyków.
