Вторичните метаболити са най-важните физиологично активни съединения в растителния свят. Техният брой, изследван от науката, се увеличава всяка година. Към момента около 15% от всички растителни видове са изследвани за наличието на тези вещества. Те също така имат висока биологична активност по отношение на тялото на животните и хората, което определя техния потенциал като фармацевтични продукти.
Какво са вторичните метаболити?
Отличителна черта на всички живи организми е, че те имат метаболизъм - метаболизъм. Това е набор от химични реакции, които произвеждат първични и вторични метаболити.
Разликата между тях е, че първите са характерни за всички същества (синтеза на протеини, аминокарбоксилни и нуклеинови киселини, въглехидрати, пурини, витамини), докато вторите са характерни за определени видове организми и не участват в процеса на растеж и размножаване. Те обаче изпълняват и определени функции.
В животинския свят рядко се произвеждат вторични съединения, по-често влизаттялото заедно с растителна храна. Тези вещества се синтезират главно в растения, гъби, гъби и едноклетъчни бактерии.
Функции и функции
В биохимията се разграничават следните основни признаци на вторичните растителни метаболити:
- висока биологична активност;
- малко молекулно тегло (2-3 kDa);
- производство от малко количество изходни вещества (5-6 аминокиселини за 7 алкалоида);
- синтезът е присъщ на отделните растителни видове;
- формиране на по-късни етапи от развитието на жив организъм.
Всяка от тези функции не е задължителна. Така във всички растителни видове се произвеждат вторични фенолни метаболити, а естественият каучук има високо молекулно тегло. Производството на вторични метаболити в растенията става само на базата на протеини, липиди и въглехидрати под въздействието на различни ензими. Такива съединения нямат свой собствен начин за синтез.
Те също имат следните характеристики:
- присъствие в различни части на растението;
- неравномерно разпределение в тъканите;
- локализация в определени компартменти на клетката за неутрализиране на биологичната активност на вторичните метаболити;
- наличието на основна структура (най-често в нейната роля действат хидроксилни, метилови, метоксилови групи), въз основа на която се образуват други варианти на съединения;
- различни видове промени в структурата;
- възможността за превключване към неактивна, "резервна" форма;
- липса на пряко участие в метаболизма.
Вторичният метаболизъм често се разглежда като способност на жив организъм да взаимодейства със собствените си ензими и генетичен материал. Основният процес, в резултат на който се образуват вторични съединения, е дисимилация (разлагане на продуктите на първичния синтез). Това освобождава определено количество енергия, която участва в производството на вторични съединения.
Функции
Първоначално тези вещества се смятаха за ненужни отпадъчни продукти на живите организми. Сега е установено, че те играят роля в метаболитните процеси:
- феноли - участие във фотосинтеза, дишане, електронен трансфер, производство на фитохормони, развитие на кореновата система; привличане на насекоми-опрашители, антимикробно действие; оцветяване на отделни части на растението;
- танини - развитие на резистентност към гъбични заболявания;
- каротеноиди - участие във фотосинтезата, защита от фотоокисляване;
- алкалоиди - регулиране на растежа;
- изопреноиди - защита срещу насекоми, бактерии, животни;
- стероли – регулиране на пропускливостта на клетъчната мембрана.
Основната функция на вторичните съединения в растенията е екологична: защита от вредители, патогенни микроорганизми,адаптация към външни условия. Тъй като факторите на околната среда се различават значително за различните видове флора, спектърът на тези съединения е почти неограничен.
Класификации
Има няколко фундаментално различни класификации на вторичните метаболити:
- Тривиално. Веществата са разделени на групи според специфичните им свойства (сапонините образуват пяна, горчивите имат подходящ вкус и т.н.).
- Химически. Въз основа на характеристиките на химичната структура на съединенията. В момента е най-разпространеният. Недостатъкът на тази класификация е, че веществата от една и съща група могат да се различават по метода на производство и свойствата.
- Биохимични. Начело на този тип систематизация е методът на биосинтеза. Тя е най-научно обоснована, но поради липсата на познания по биохимията на растенията, използването на тази класификация е ограничено.
- Функционална. Тя се основава на определени функции на веществата в живия организъм. Една и съща група може да съдържа вторични метаболити с различни химични структури.
Сложността на класификацията се крие във факта, че всяка група вторични метаболити е тясно свързана с останалите. Така горчивите (клас терпени) са гликозиди, а каротеноидите (производни на тетратерпени) са витамини.
Основни групи
Следните видове вещества са класифицирани като вторични метаболити на растителните клетки:
- алкалоиди (пиридин,имидазол, пурин, беталаини, гликоалкалоиди, протоалкалоиди и други);
- антраценови производни (производни на хризацин, антрон, ализарин и други съединения);
- фитостериоди (витанолиди);
- гликозиди (монозиди, биозиди и олигозиди, цианогенни гликозиди и тиогликозиди);
- изопреноиди (терпени и техните производни - терпеноиди и стероиди);
- фенолни съединения и други.
Много от тези вещества имат уникални свойства. И така, кураре алкалоидите са най-силната отрова, а някои групи гликозиди имат подчертан терапевтичен ефект и се използват за направата на лекарства, използвани при лечението на сърдечна недостатъчност.
Заявление
Вторичните метаболити имат активен ефект върху органите и системите на хората и животните, така че се използват широко във фармакологията и ветеринарната медицина, използват се като подобрители на вкуса и аромата в хранителните продукти. Някои растения, които натрупват тези вещества в значителни количества, се използват като суровини при производството на технически материали.
В чужбина, в страни с развита химическа индустрия, около една четвърт от всички съединения, използвани във фармацията, са от растителен произход. Ценният терапевтичен ефект на вторичните метаболити е свързан с техните свойства като:
- широк обхват на действие;
- минимални странични ефекти дори при продължителниприем;
- комплексен ефект върху тялото;
- висока ефективност.
Тъй като тези съединения все още са слабо разбрани, тяхното по-нататъшно изследване може да доведе до създаването на фундаментално нови фармацевтични продукти.
