Sekundárne metabolity sú najdôležitejšie fyziologicky aktívne zlúčeniny vo svete rastlín. Ich počet, skúmaný vedou, sa každým rokom zvyšuje. V súčasnosti je na prítomnosť týchto látok študovaných asi 15 % všetkých rastlinných druhov. Majú tiež vysokú biologickú aktivitu vo vzťahu k telu zvierat a ľudí, čo určuje ich potenciál ako liečiv.
Čo sú sekundárne metabolity?
Výrazným znakom všetkých živých organizmov je, že majú metabolizmus – metabolizmus. Je to súbor chemických reakcií, pri ktorých vznikajú primárne a sekundárne metabolity.
Rozdiel medzi nimi je v tom, že prvé sú charakteristické pre všetky tvory (syntéza bielkovín, aminokarboxylových a nukleových kyselín, uhľohydrátov, purínov, vitamínov), zatiaľ čo druhé sú charakteristické pre určité typy organizmov a nezúčastňujú sa v procese rastu a rozmnožovania. Vykonávajú však aj určité funkcie.
Vo svete zvierat sa sekundárne zlúčeniny produkujú len zriedka, častejšie vstupujútela spolu s rastlinnou potravou. Tieto látky sa syntetizujú hlavne v rastlinách, hubách, hubách a jednobunkových baktériách.
Funkcie a funkcie
V biochémii sa rozlišujú tieto hlavné znaky sekundárnych rastlinných metabolitov:
- vysoká biologická aktivita;
- malá molekulová hmotnosť (2-3 kDa);
- výroba z malého množstva východiskových látok (5-6 aminokyselín na 7 alkaloidov);
- syntéza je vlastná jednotlivým rastlinným druhom;
- vznik v neskorších štádiách vývoja živého organizmu.
Každá z týchto funkcií je voliteľná. Tak vznikajú sekundárne fenolické metabolity vo všetkých rastlinných druhoch a prírodný kaučuk má vysokú molekulovú hmotnosť. K produkcii sekundárnych metabolitov v rastlinách dochádza len na báze bielkovín, lipidov a sacharidov pod vplyvom rôznych enzýmov. Takéto zlúčeniny nemajú svoj vlastný spôsob syntézy.
Majú tiež nasledujúce vlastnosti:
- prítomnosť v rôznych častiach rastliny;
- nerovnomerná distribúcia v tkanivách;
- lokalizácia v určitých kompartmentoch bunky na neutralizáciu biologickej aktivity sekundárnych metabolitov;
-
prítomnosť základnej štruktúry (najčastejšie vystupujú ako jej úlohy hydroxylové, metylové, metoxylové skupiny), na základe ktorej vznikajú ďalšie varianty zlúčenín;
- rôzne typy zmien štruktúry;
- možnosť prepnúť na neaktívny, „rezervný“formulár;
- nedostatok priamej účasti na metabolizme.
Sekundárny metabolizmus sa často považuje za schopnosť živého organizmu interagovať s vlastnými enzýmami a genetickým materiálom. Hlavným procesom, v dôsledku ktorého vznikajú sekundárne zlúčeniny, je disimilácia (rozklad produktov primárnej syntézy). Tým sa uvoľní určité množstvo energie, ktorá sa podieľa na produkcii sekundárnych zlúčenín.
Funkcie
Spočiatku boli tieto látky považované za zbytočné odpadové produkty živých organizmov. Teraz sa zistilo, že hrajú úlohu v metabolických procesoch:
-
fenoly - účasť na fotosyntéze, dýchaní, prenose elektrónov, produkcii fytohormónov, vývoji koreňového systému; príťažlivosť opeľujúceho hmyzu, antimikrobiálne pôsobenie; vyfarbenie jednotlivých častí rastliny;
- taníny - rozvoj odolnosti voči hubovým chorobám;
- karotenoidy - účasť na fotosyntéze, ochrana pred fotooxidáciou;
- alkaloidy – regulácia rastu;
- izoprenoidy - ochrana proti hmyzu, baktériám, zvieratám;
- steroly – regulácia priepustnosti bunkovej membrány.
Hlavná funkcia sekundárnych zlúčenín v rastlinách je ekologická: ochrana pred škodcami, patogénnymi mikroorganizmami,prispôsobenie sa vonkajším podmienkam. Keďže environmentálne faktory sa pre rôzne typy flóry výrazne líšia, spektrum týchto zlúčenín je takmer neobmedzené.
Klasifikácia
Existuje niekoľko zásadne odlišných klasifikácií sekundárnych metabolitov:
- Triviálne. Látky sú rozdelené do skupín podľa ich špecifických vlastností (saponíny tvoria penu, horčiny majú primeranú chuť a pod.).
-
Chemický. Na základe charakteristík chemickej štruktúry zlúčenín. V súčasnosti je najbežnejšia. Nevýhodou tejto klasifikácie je, že látky rovnakej skupiny sa môžu líšiť v spôsobe výroby a vlastnostiach.
- Biochemické. Na čele tohto typu systematizácie je metóda biosyntézy. Je to najviac vedecky podložená, ale kvôli nedostatku vedomostí o biochémii rastlín je použitie tejto klasifikácie obmedzené.
- Funkčné. Je založená na určitých funkciách látok v živom organizme. Tá istá skupina môže obsahovať sekundárne metabolity s rôznymi chemickými štruktúrami.
Zložitosť klasifikácie spočíva v tom, že každá skupina sekundárnych metabolitov je úzko spojená s ostatnými. Horčiny (trieda terpénov) sú teda glykozidy a karotenoidy (deriváty tetraterpénov) sú vitamíny.
Hlavné skupiny
Nasledovné typy látok sú klasifikované ako sekundárne metabolity rastlinných buniek:
- alkaloidy (pyridín,imidazol, purín, betalaíny, glykoalkaloidy, protoalkaloidy a iné);
- deriváty antracénu (deriváty chryzacínu, antrónu, alizarínu a iných zlúčenín);
- fytosteriody (withanolidy);
- glykozidy (monozidy, biozidy a oligozidy, kyanogénne glykozidy a tioglykozidy);
- izoprenoidy (terpény a ich deriváty - terpenoidy a steroidy);
- fenolové zlúčeniny a iné.
Mnohé z týchto látok majú jedinečné vlastnosti. Takže alkaloidy kurare sú najsilnejší jed a niektoré skupiny glykozidov majú výrazný terapeutický účinok a používajú sa na výrobu liekov používaných pri liečbe srdcového zlyhania.
Aplikácia
Sekundárne metabolity majú aktívny účinok na orgány a systémy ľudí a zvierat, preto majú široké využitie vo farmakológii a veterinárnej medicíne, používajú sa ako zvýrazňovače chuti a vône v potravinách. Niektoré rastliny, ktoré akumulujú tieto látky vo významných množstvách, sa používajú ako suroviny pri výrobe technických materiálov.
V zahraničí, v krajinách s rozvinutým chemickým priemyslom, je asi štvrtina všetkých zlúčenín používaných vo farmácii rastlinného pôvodu. Cenný terapeutický účinok sekundárnych metabolitov je spojený s ich vlastnosťami, ako sú:
- široký rozsah činnosti;
- minimálne vedľajšie účinky aj pri dlhodobom používanírecepcia;
- komplexný účinok na organizmus;
- vysoká účinnosť.
Keďže tieto zlúčeniny sú stále nedostatočne pochopené, ich ďalší výskum môže viesť k vytvoreniu zásadne nových liečiv.
