A másodlagos metabolitok a legfontosabb fiziológiailag aktív vegyületek a növényvilágban. A tudomány által vizsgált számuk évről évre növekszik. Jelenleg az összes növényfaj mintegy 15%-át vizsgálták ezen anyagok jelenlétére vonatkozóan. Emellett magas biológiai aktivitást mutatnak az állatok és az emberek testével szemben, ami meghatározza gyógyszerként való potenciáljukat.
Mik azok a másodlagos metabolitok?
Minden élő szervezet sajátossága, hogy rendelkezik anyagcserével – anyagcserével. Ez olyan kémiai reakciók összessége, amelyek elsődleges és másodlagos metabolitokat termelnek.
A különbség az, hogy az előbbiek minden élőlényre jellemzőek (fehérjék, aminokarbonsavak és nukleinsavak, szénhidrátok, purinok, vitaminok szintézise), míg az utóbbiak bizonyos típusú szervezetekre jellemzőek és nem vesznek részt a növekedési és szaporodási folyamatban. Ugyanakkor bizonyos funkciókat is ellátnak.
Az állatvilágban ritkán keletkeznek másodlagos vegyületek, gyakrabban kerülnek bea testet a növényi élelmiszerekkel együtt. Ezeket az anyagokat főleg növényekben, gombákban, szivacsokban és egysejtű baktériumokban szintetizálják.
Jellemzők és funkciók
A biokémiában a másodlagos növényi metabolitok következő főbb jelei különböztethetők meg:
- magas biológiai aktivitás;
- kis molekulatömeg (2-3 kDa);
- előállítás kis mennyiségű kiindulási anyagból (5-6 aminosav 7 alkaloidhoz);
- a szintézis az egyes növényfajok velejárója;
- az élő szervezet fejlődésének későbbi szakaszaiban kialakuló.
E szolgáltatások bármelyike opcionális. Így minden növényfajban másodlagos fenolos metabolitok keletkeznek, és a természetes gumi nagy molekulatömegű. A másodlagos metabolitok termelése a növényekben csak fehérjék, lipidek és szénhidrátok alapján történik különféle enzimek hatására. Az ilyen vegyületeknek nincs saját szintézismódjuk.
A következő jellemzőkkel is rendelkeznek:
- jelenlét a növény különböző részein;
- egyenetlen eloszlás a szövetekben;
- lokalizáció a sejt bizonyos részeiben a másodlagos metabolitok biológiai aktivitásának semlegesítésére;
-
egy bázikus szerkezet jelenléte (leggyakrabban hidroxil-, metil-, metoxicsoportok játszanak szerepet), amely alapján más vegyületváltozatok keletkeznek;
- különböző típusú szerkezetváltozások;
- lehetőség az inaktív, "tartalék" űrlapra való váltásra;
- az anyagcserében való közvetlen részvétel hiánya.
A másodlagos anyagcserét gyakran úgy tekintik, mint egy élő szervezet azon képességét, hogy kölcsönhatásba léphessen saját enzimeivel és genetikai anyagával. A fő folyamat, amelynek eredményeként másodlagos vegyületek képződnek, a disszimiláció (az elsődleges szintézis termékeinek bomlása). Ez bizonyos mennyiségű energiát szabadít fel, amely a másodlagos vegyületek előállításában vesz részt.
Funkciók
Kezdetben ezeket az anyagokat az élő szervezetek szükségtelen hulladéktermékeinek tekintették. Ma már megállapították, hogy szerepet játszanak az anyagcsere folyamatokban:
-
fenolok - részvétel a fotoszintézisben, légzésben, elektrontranszferben, fitohormonok termelésében, a gyökérrendszer fejlesztésében; beporzó rovarok vonzása, antimikrobiális hatás; a növény egyes részeinek színezése;
- tanninok - gombás betegségekkel szembeni rezisztencia kialakulása;
- karotinoidok - részvétel a fotoszintézisben, védelem a fotooxidáció ellen;
- alkaloidok - növekedésszabályozás;
- izoprenoidok - védelem rovarok, baktériumok, állatok ellen;
- szterolok – a sejtmembrán permeabilitásának szabályozása.
A másodlagos vegyületek fő funkciója a növényekben ökológiai: védelem a kártevőktől, patogén mikroorganizmusoktól,alkalmazkodás a külső körülményekhez. Mivel a környezeti tényezők jelentősen eltérnek a különböző növényfajták esetében, ezeknek a vegyületeknek a spektruma szinte korlátlan.
Osztályozások
A másodlagos metabolitoknak számos alapvetően eltérő osztályozása létezik:
- Triviális. Az anyagokat sajátos tulajdonságaik szerint csoportokra osztják (a szaponinok habot képeznek, a keserűk megfelelő ízűek stb.).
-
Vegyi. A vegyületek kémiai szerkezetének jellemzői alapján. Jelenleg ez a leggyakoribb. Ennek az osztályozásnak az a hátránya, hogy az azonos csoportba tartozó anyagok az előállítási módjukban és tulajdonságaikban eltérőek lehetnek.
- Biokémiai. Az ilyen típusú rendszerezés élén a bioszintézis módszere áll. Tudományosan a leginkább alátámasztott, de a növényi biokémiai ismeretek hiánya miatt ennek az osztályozásnak a használata korlátozott.
- Funkcionális. Az élő szervezetben lévő anyagok bizonyos funkcióira épül. Ugyanaz a csoport különböző kémiai szerkezetű másodlagos metabolitokat is tartalmazhat.
Az osztályozás bonyolultsága abban rejlik, hogy a másodlagos metabolitok minden csoportja szorosan kapcsolódik a többihez. Így a keserűk (a terpének egy osztálya) glikozidok, a karotinoidok (tetraterpének származékai) pedig vitaminok.
Fő csoportok
A következő típusú anyagok a növényi sejtek másodlagos metabolitjaiként vannak besorolva:
- alkaloidok (piridin,imidazol, purin, betalain, glikoalkaloidok, protoalkaloidok és mások);
- antracén származékok (krizacin, antron, alizarin és más vegyületek származékai);
- fitoszteroidok (withanolides);
- glikozidok (monozidok, biozidok és oligozidok, cianogén glikozidok és tioglikozidok);
- izoprenoidok (terpének és származékaik - terpenoidok és szteroidok);
- fenolvegyületek és mások.
Ezen anyagok közül sok egyedi tulajdonságokkal rendelkezik. Tehát a curare alkaloidok a legerősebb méreg, és a glikozidok egyes csoportjainak kifejezett terápiás hatása van, és szívelégtelenség kezelésére szolgáló gyógyszerek előállítására használják.
Alkalmazás
A másodlagos metabolitok aktívan hatnak az emberek és állatok szerveire és rendszereire, ezért széles körben alkalmazzák őket a farmakológiában és az állatgyógyászatban, íz- és aromafokozóként használják élelmiszerekben. Egyes olyan üzemeket, amelyekben jelentős mennyiségben halmozzák fel ezeket az anyagokat, nyersanyagként használnak fel műszaki anyagok előállításához.
Külföldön, a fejlett vegyiparral rendelkező országokban a gyógyszerészetben felhasznált összes vegyület mintegy negyede növényi eredetű. A másodlagos metabolitok értékes terápiás hatása olyan tulajdonságaikhoz kapcsolódik, mint például:
- a cselekvés széles skálája;
- minimális mellékhatások még hosszan tartórecepció;
- komplex hatás a szervezetre;
- nagy hatékonyság.
Mivel ezek a vegyületek még mindig kevéssé ismertek, további kutatásaik alapvetően új gyógyszerek létrehozásához vezethetnek.
