מטבוליטים משניים הם התרכובות הפעילות הפיזיולוגיות החשובות ביותר בעולם הצומח. מספרם, שנלמד על ידי המדע, גדל מדי שנה. נכון לעכשיו, כ-15% מכלל מיני הצמחים נחקרו על נוכחותם של חומרים אלו. יש להם גם פעילות ביולוגית גבוהה ביחס לגוף של בעלי חיים ובני אדם, מה שקובע את הפוטנציאל שלהם כתרופות.
מהם מטבוליטים משניים?
תכונה ייחודית של כל האורגניזמים החיים היא שיש להם חילוף חומרים - מטבוליזם. זוהי קבוצה של תגובות כימיות המייצרות מטבוליטים ראשוניים ומשניים.
ההבדל ביניהם הוא שהראשונים אופייניים לכל היצורים (סינתזה של חלבונים, חומצות אמינו-קרבוקסיליות וחומצות גרעין, פחמימות, פורינים, ויטמינים), בעוד שהאחרונים אופייניים לסוגים מסוימים של אורגניזמים ואינם משתתפים בתהליך הגדילה והרבייה. עם זאת, הם גם מבצעים פונקציות מסוימות.
בעולם החי, תרכובות משניות מיוצרות לעתים רחוקות, לעתים קרובות יותר הן נכנסותהגוף יחד עם מזון צמחי. חומרים אלו מסונתזים בעיקר בצמחים, פטריות, ספוגים וחיידקים חד-תאיים.
תכונות ותכונות
בביוכימיה, הסימנים העיקריים הבאים של מטבוליטים צמחיים משניים מובחנים:
-
פעילות ביולוגית גבוהה;
- משקל מולקולרי קטן (2-3 kDa);
- ייצור מכמות קטנה של חומרים התחלתיים (5-6 חומצות אמינו ל-7 אלקלואידים);
- סינתזה טבועה במיני צמחים בודדים;
- היווצרות בשלבים מאוחרים יותר של התפתחות של אורגניזם חי.
כל אחת מהתכונות הללו היא אופציונלית. לפיכך, מטבוליטים פנוליים משניים מיוצרים בכל מיני הצמחים, ולגומי טבעי משקל מולקולרי גבוה. ייצור מטבוליטים משניים בצמחים מתרחש רק על בסיס חלבונים, שומנים ופחמימות בהשפעת אנזימים שונים. לתרכובות כאלה אין דרך משלהן לסינתזה.
יש להם גם את התכונות הבאות:
- נוכחות בחלקים שונים של המפעל;
- חלוקה לא אחידה ברקמות;
- לוקליזציה בתאים מסוימים בתא כדי לנטרל את הפעילות הביולוגית של מטבוליטים משניים;
- נוכחות של מבנה בסיסי (לרוב פועלות בתפקידו קבוצות הידרוקסיל, מתיל, מתוקסיל), שעל בסיסו נוצרות גרסאות אחרות של תרכובות;
- סוגים שונים של שינויים במבנה;
- היכולת לעבור לטופס לא פעיל, "שמור";
- חוסר השתתפות ישירה בחילוף החומרים.
מטבוליזם משני נתפס לעתים קרובות כיכולתו של אורגניזם חי ליצור אינטראקציה עם האנזימים והחומר הגנטי שלו. התהליך העיקרי, שכתוצאה ממנו נוצרות תרכובות משניות, הוא פירוק (פירוק של תוצרי סינתזה ראשונית). זה משחרר כמות מסוימת של אנרגיה, המעורבת בייצור של תרכובות משניות.
פונקציות
בתחילה, חומרים אלו נחשבו למוצרי פסולת מיותרים של אורגניזמים חיים. כעת התברר שהם ממלאים תפקיד בתהליכים מטבוליים:
- phenols - השתתפות בפוטוסינתזה, נשימה, העברת אלקטרונים, ייצור פיטו-הורמונים, פיתוח מערכת השורשים; משיכה של חרקים מאביקים, פעולה אנטי-מיקרוביאלית; צביעה של חלקים בודדים של הצמח;
- טאנינים - פיתוח עמידות למחלות פטרייתיות;
- קרוטנואידים - השתתפות בפוטוסינתזה, הגנה מפני פוטואוקסידציה;
- אלקלואידים - ויסות גדילה;
- איזופרנואידים - הגנה מפני חרקים, חיידקים, בעלי חיים;
- סטרולים – ויסות של חדירות קרום התא.
התפקיד העיקרי של תרכובות משניות בצמחים הוא אקולוגי: הגנה מפני מזיקים, מיקרואורגניזמים פתוגניים,התאמה לתנאים חיצוניים. מכיוון שגורמים סביבתיים שונים באופן משמעותי עבור סוגים שונים של צמחייה, הספקטרום של תרכובות אלה הוא כמעט בלתי מוגבל.
סיווגים
יש כמה סיווגים שונים מהותית של מטבוליטים משניים:
- טריוויאלי. החומרים מחולקים לקבוצות לפי תכונותיהם הספציפיות (ספונינים יוצרים קצף, למרירים יש טעם מתאים וכן הלאה).
- כימיקל. מבוסס על מאפייני המבנה הכימי של תרכובות. כרגע זה הנפוץ ביותר. החיסרון של סיווג זה הוא שחומרים מאותה קבוצה עשויים להיות שונים בשיטת הייצור ובתכונותיהם.
- ביוכימי. בראש סוג זה של שיטתיות עומדת שיטת הביוסינתזה. זהו המבוסס ביותר מבחינה מדעית, אך בשל חוסר הידע בביוכימיה של צמחים, השימוש בסיווג זה מוגבל.
- פונקציונלי. זה מבוסס על פונקציות מסוימות של חומרים באורגניזם חי. אותה קבוצה עשויה להכיל מטבוליטים משניים בעלי מבנים כימיים שונים.
מורכבות הסיווג נעוצה בעובדה שכל קבוצה של מטבוליטים משניים קשורה קשר הדוק לאחרות. לפיכך, ביטר (מחלקה של טרפנים) הם גליקוזידים, וקרוטנואידים (נגזרות של טטרפנים) הם ויטמינים.
קבוצות ראשיות
סוגי החומרים הבאים מסווגים כמטבוליטים משניים של תאי צמחים:
- אלקלואידים (פירידין,אימידאזול, פורין, בטאלאינים, גליקואלקלואידים, פרוטואלקלואידים ואחרים);
- נגזרות של אנתרצין (נגזרות של כריזצין, אנטרון, אליזארין ותרכובות אחרות);
- phytosteriods (withanolides);
- גליקוזידים (מונוזידים, ביו-זידים ואוליגוזידים, גליקוזידים ציאנוגניים ותיוגליקוזידים);
- איזופרנואידים (טרפנים ונגזרותיהם - טרפנואידים וסטרואידים);
- תרכובות פנוליות ואחרות.
לרבים מהחומרים הללו יש תכונות ייחודיות. אז, אלקלואידים של Curare הם הרעל החזק ביותר, ולכמה קבוצות של גליקוזידים יש השפעה טיפולית בולטת והם משמשים לייצור תרופות המשמשות לטיפול באי ספיקת לב.
Application
למטבוליטים משניים יש השפעה פעילה על האיברים והמערכות של בני אדם ובעלי חיים, ולכן הם נמצאים בשימוש נרחב בפרמקולוגיה וברפואה וטרינרית, משמשים כמשפרי טעם וארומה במוצרי מזון. חלק מהצמחים שצוברים חומרים אלו בכמויות משמעותיות משמשים כחומרי גלם בייצור חומרים טכניים.
בחו ל, במדינות עם תעשייה כימית מפותחת, כרבע מכל התרכובות המשמשות בבתי מרקחת הן ממקור צמחי. ההשפעה הטיפולית רבת הערך של מטבוליטים משניים קשורה לתכונות שלהם כגון:
- מגוון רחב של פעולה;
- מינימום תופעות לוואי אפילו עם ממושכותקבלה;
- השפעה מורכבת על הגוף;
- יעילות גבוהה.
מכיוון שהתרכובות הללו עדיין לא מובנות, מחקר נוסף שלהן עשוי להוביל ליצירת תרופות חדשות מהיסוד.
