Вторинні метаболіти: характеристики, застосування

Вторинні метаболіти є найважливішими фізіологічно активними сполуками рослин у світі. Їх кількість, досліджена наукою, збільшується з кожним роком. Зараз вивчено близько 15 % всіх видів рослин на предмет наявності цих речовин. Вони володіють високою біологічною активністю відносно організму тварин і людини, що визначає їх потенціал як фармацевтичних засобів.

Що таке вторинні метаболіти?

Відмінною особливістю всіх живих організмів є те, що в них відбувається метаболізм – обмін речовин. Він являє собою сукупність хімічних реакцій, в результаті яких виробляються первинні і вторинні метаболіти.

Різниця між ними полягає в тому, що перші характерні для всіх істот (синтез білків, амінокарбонових і нуклеїнових кислот, вуглеводів, пуринів, вітамінів), а другі властиві певним видам організмів і не беруть участь в процесі зростання і розмноження. Однак і вони виконують певні функції.

У тваринному світі вторинні з’єднання виробляються рідко, частіше вони надходять в організм разом з рослинною їжею. Ці речовини синтезуються переважно в рослинах, грибах, губках і одноклітинних бактерій.

Ознаки і особливості

У біохімії виділяють наступні основні ознаки вторинних метаболітів рослин:

  • висока біологічна активність;

  • невелика молекулярна маса (2-3 кДа);

  • вироблення з невеликої кількості вихідних речовин (5-6 амінокислот для 7 алкалоїдів);

  • синтез притаманний окремим видам рослин;

  • освіта на більш пізніх стадіях розвитку живого організму.

Будь-який з цих ознак не є обов’язковим. Так, вторинні фенольні метаболіти виробляються у всіх видів рослин, а натуральний каучук має високу молекулярну масу. Виробництво вторинних метаболітів в рослинах відбувається тільки на основі білків, ліпідів і вуглеводів під впливом різних ферментів. Власного шляху для синтезу таких сполук немає.

Для них характерні наступні особливості:

  • наявність у різних частинах рослини;

  • нерівномірний розподіл в тканинах;

  • локалізація в певних відсіках клітини для знешкодження біологічної активності вторинних метаболітів;

  • наявність базової структури (найчастіше в її ролі виступають гідроксильні, метильної, метоксильные групи), на основі якої утворюються інші варіанти з’єднань;

  • різні типи зміни структури;

  • здатність переходу в неактивну, «запасну» форму;

  • відсутність прямої участі в обміні речовин.

Дивіться також:  Історична геологія: основи науки, вчені-засновники, огляд літератури

Вторинний метаболізм часто розглядають як здатність живого організму взаємодіяти з власними ферментами і генетичним матеріалом. Основний процес, у результаті якого утворюються вторинні з’єднання – це дисиміляція (розпад продуктів первинного синтезу). При цьому виділяється певна кількість енергії, яка бере участь у виробництві вторинних з’єднань.

Функції

Спочатку ці речовини вважалися непотрібними продуктами життєдіяльності живих організмів. В даний час встановлено, що вони відіграють певну роль в обмінних процесах:

  • феноли – участь у фотосинтезі, диханні, передачі електронів, виробленню фітогормонів, розвитку кореневої системи; залучення комах-запилювачів, антимікробну дію; забарвлення окремих частин рослини;

  • дубильні речовини – вироблення стійкості до грибкових захворювань;

  • каротиноїди – участь у фотосинтезі, захист від фотоокислення;

  • алкалоїди – регулювання росту;

  • ізопреноїди – захист від комах, бактерій, тварин;

  • стероли – регулювання проникності клітинних мембран.

Основна функція вторинних сполук у рослинах – екологічна: захист від шкідників, патогенних мікроорганізмів, адаптація до зовнішніх умов. Так як фактори середовища значно відрізняються для різних видів флори, то спектр цих сполук практично безмежний.

Класифікації

Існує кілька принципово різних класифікацій вторинних метаболітів:

  • Тривіальна. Речовини поділяють на групи відповідно до їх певними властивостями (сапоніни утворюють піну, гіркоти мають відповідний смак і так далі).

  • Хімічна. Ґрунтується на характеристиках хімічної структури з’єднань. В даний час є найбільш поширеною. Недоліком такої класифікації є те, що речовини однієї групи можуть відрізнятися за способом виробництва і властивостями.

  • Біохімічна. На чолі цього типу систематизації лежить спосіб біосинтезу. Є найбільш науково обґрунтованою, але зважаючи малоизученности біохімії рослин застосування цієї класифікації обмежена.

  • Функціональна. Ґрунтується на певних функціях речовин у живому організмі. В одній групі можуть перебувати вторинні метаболіти, що мають різну хімічну структуру.

Дивіться також:  Тонопласт — це... Визначення, характеристика, функції

Складність класифікації полягає в тому, що кожна група вторинних метаболітів тісно пов’язана з іншими. Так, гіркоти (клас терпенів) є глікозидами, а каротиноїди (похідні тетратерпенов) – це вітаміни.

Основні групи

До вторинних метаболітів клітин рослин відносять такі типи речовин:

  • алкалоїди (пірідінові, имидазоловые, пуринові, беталаины, глікоалкалоїди, протоалкалоиды та інші);

  • антраценпроизводные (похідні хризацина, антрона, ализарина та інших сполук);

  • фитостериоды (витанолиды);

  • глікозиди (монозиды, биозиды і олигозиды, цианогенные глікозиди і тіоглікозіди);

  • ізопреноїди (терпени та їх похідні – терпеноїди і стероїди);

  • фенольні сполуки та інші.

Багато з цих речовин володіють унікальними властивостями. Так, алкалоїди кураре – це сильна отрута, а деякі групи глікозидів володіють яскраво вираженою терапевтичною дією і використовуються для виготовлення препаратів, що застосовуються при лікуванні серцевої недостатності.

Застосування

Вторинні метаболіти чинять активний вплив на органи і системи людини й тварин, тому вони знаходять широке застосування у фармакології та ветеринарії, використовуються в якості підсилювачів смаку та аромату в харчових продуктах. Деякі рослини накопичують ці речовини в значній кількості, використовуються в якості сировини у виробництві технічних матеріалів.

За кордоном, у країнах з розвинутою хімічною промисловістю, близько чверті всіх з’єднань, що застосовуються у фармації, мають рослинне походження. Цінне лікувальне дію вторинних метаболітів пов’язано з такими їх властивостями, як:

  • широкий спектр дії;

  • мінімум побічних ефектів навіть при тривалому прийомі;

  • комплексний вплив на організм;

  • висока ефективність.

Так як дані сполуки є ще маловивченими, то подальше їх дослідження може привести до створення принципово нових фармацевтичних препаратів.