Sekundarni metaboliti so najpomembnejše fiziološko aktivne spojine v rastlinskem svetu. Njihovo število, ki ga preučuje znanost, se vsako leto povečuje. Trenutno je približno 15 % vseh rastlinskih vrst raziskanih na prisotnost teh snovi. Imajo tudi visoko biološko aktivnost v odnosu do telesa živali in ljudi, kar določa njihov potencial kot farmacevtskih izdelkov.
Kaj so sekundarni metaboliti?
Odlika vseh živih organizmov je, da imajo presnovo – presnovo. To je niz kemičnih reakcij, ki proizvajajo primarne in sekundarne presnovke.
Razlika med njimi je v tem, da so prvi značilni za vsa bitja (sinteza beljakovin, aminokarboksilnih in nukleinskih kislin, ogljikovih hidratov, purinov, vitaminov), drugi pa so značilni za določene vrste organizmov in ne sodelujejo v procesu rasti in razmnoževanja. Vendar pa opravljajo tudi določene funkcije.
V živalskem svetu se sekundarne spojine redko proizvajajo, pogosteje vstopajotelo skupaj z rastlinsko hrano. Te snovi se sintetizirajo predvsem v rastlinah, glivah, gobah in enoceličnih bakterijah.
Funkcije in funkcije
V biokemiji ločimo naslednje glavne znake sekundarnih rastlinskih presnovkov:
- visoka biološka aktivnost;
- majhna molekulska masa (2-3 kDa);
- proizvodnja iz majhne količine izhodnih snovi (5-6 aminokislin za 7 alkaloidov);
- sinteza je lastna posameznim rastlinskim vrstam;
- nastajanje v poznejših fazah razvoja živega organizma.
Katera koli od teh funkcij ni obvezna. Tako nastajajo sekundarni fenolni metaboliti v vseh rastlinskih vrstah, naravni kavčuk pa ima visoko molekulsko maso. Proizvodnja sekundarnih metabolitov v rastlinah poteka le na osnovi beljakovin, lipidov in ogljikovih hidratov pod vplivom različnih encimov. Takšne spojine nimajo lastne poti za sintezo.
Imajo tudi naslednje lastnosti:
- prisotnost v različnih delih rastline;
- neenakomerna porazdelitev v tkivih;
- lokalizacija v določenih predelih celice za nevtralizacijo biološke aktivnosti sekundarnih metabolitov;
-
prisotnost osnovne strukture (najpogosteje kot njena vloga nastopajo hidroksilne, metilne, metoksilne skupine), na podlagi katere nastanejo druge različice spojin;
- različne vrste sprememb strukture;
- zmožnost preklopa na neaktiven, "rezervni" obrazec;
- pomanjkanje neposredne udeležbe pri presnovi.
Sekundarni metabolizem se pogosto obravnava kot sposobnost živega organizma za interakcijo z lastnimi encimi in genetskim materialom. Glavni proces, zaradi katerega nastanejo sekundarne spojine, je disimilacija (razgradnja produktov primarne sinteze). S tem se sprosti določena količina energije, ki je vključena v proizvodnjo sekundarnih spojin.
Funkcije
Sprva so te snovi veljale za nepotrebne odpadne produkte živih organizmov. Zdaj je ugotovljeno, da igrajo vlogo v presnovnih procesih:
-
fenoli - sodelovanje pri fotosintezi, dihanju, prenosu elektronov, proizvodnji fitohormonov, razvoju koreninskega sistema; privlačnost žuželk opraševalcev, protimikrobno delovanje; barvanje posameznih delov rastline;
- tanini - razvoj odpornosti na glivične bolezni;
- karotenoidi - sodelovanje pri fotosintezi, zaščita pred fotooksidacijo;
- alkaloidi - uravnavanje rasti;
- izoprenoidi - zaščita pred žuželkami, bakterijami, živalmi;
- steroli – uravnavanje prepustnosti celične membrane.
Glavna funkcija sekundarnih spojin v rastlinah je ekološka: zaščita pred škodljivci, patogenimi mikroorganizmi,prilagajanje zunanjim razmeram. Ker se okoljski dejavniki za različne vrste flore bistveno razlikujejo, je spekter teh spojin skoraj neomejen.
Razvrstitve
Obstaja več bistveno različnih klasifikacij sekundarnih metabolitov:
- Trivialno. Snovi so razdeljene v skupine glede na njihove specifične lastnosti (saponini tvorijo peno, grenčine imajo ustrezen okus itd.).
-
Kemična. Na podlagi značilnosti kemične strukture spojin. Trenutno je najpogostejša. Pomanjkljivost te razvrstitve je, da se snovi iste skupine lahko razlikujejo po proizvodnem načinu in lastnostih.
- Biokemični. Na čelu te vrste sistematizacije je metoda biosinteze. Je najbolj znanstveno utemeljena, vendar je zaradi nepoznavanja rastlinske biokemije uporaba te klasifikacije omejena.
- Funkcionalno. Temelji na določenih funkcijah snovi v živem organizmu. Ista skupina lahko vsebuje sekundarne metabolite z različnimi kemičnimi strukturami.
Zapletenost klasifikacije je v tem, da je vsaka skupina sekundarnih metabolitov tesno povezana z drugimi. Tako so grenčine (razred terpenov) glikozidi, karotenoidi (derivati tetraterpenov) pa vitamini.
Glavne skupine
Naslednje vrste snovi so razvrščene kot sekundarni presnovki rastlinskih celic:
- alkaloidi (piridin,imidazol, purin, betalaini, glikoalkaloidi, protoalkaloidi in drugi);
- antracenski derivati (derivati krizacina, antrona, alizarina in drugih spojin);
- fitosteriodi (witanolidi);
- glikozidi (monozidi, biozidi in oligozidi, cianogeni glikozidi in tioglikozidi);
- izoprenoidi (terpeni in njihovi derivati - terpenoidi in steroidi);
- fenolne spojine in druge.
Številne od teh snovi imajo edinstvene lastnosti. Torej so alkaloidi kurare najmočnejši strup, nekatere skupine glikozidov pa imajo izrazit terapevtski učinek in se uporabljajo za pripravo zdravil za zdravljenje srčnega popuščanja.
Prijava
Sekundarni presnovki imajo aktiven učinek na organe in sisteme ljudi in živali, zato se široko uporabljajo v farmakologiji in veterini, uporabljajo se kot ojačevalci okusa in arome v živilih. Nekatere rastline, ki kopičijo te snovi v znatnih količinah, se uporabljajo kot surovine pri proizvodnji tehničnih materialov.
V tujini, v državah z razvito kemično industrijo, je približno četrtina vseh spojin, ki se uporabljajo v farmaciji, rastlinskega izvora. Dragocen terapevtski učinek sekundarnih metabolitov je povezan z njihovimi lastnostmi, kot so:
- širok obseg delovanja;
- minimalni stranski učinki tudi pri daljšemsprejem;
- kompleksni učinek na telo;
- visoka učinkovitost.
Ker so te spojine še vedno slabo razumljene, lahko njihove nadaljnje raziskave pripeljejo do ustvarjanja bistveno novih farmacevtskih izdelkov.
