Primaarinen ja sekundaarinen aineenvaihdunta kasveissa ja niiden tuotteissa. Aihe: Sekundaariset aineenvaihduntatuotteet Mikro-organismien sekundaarimetaboliitit

Toteutetaanpa fotosynteesi millä tahansa tavalla, se päättyy lopulta energiarikkaiden vara-aineiden kertymiseen, jotka muodostavat perustan solun ja viime kädessä koko monisoluisen organismin elintärkeän toiminnan ylläpitämiselle. Nämä aineet ovat primaarisen aineenvaihdunnan tuotteita. Päätehtävänsä lisäksi primaariset metaboliitit ovat perusta sellaisten yhdisteiden biosynteesille, joita kutsutaan yleisesti sekundaarisen aineenvaihdunnan tuotteiksi. Viimeksi mainitut, joita kutsutaan usein ehdollisesti "sekundaarisiksi metaboliiteiksi", ovat kokonaan "velkaa" niiden olemassaolosta luonnossa fotosynteesin tuloksena muodostuneiden tuotteiden ansiosta. On huomattava, että sekundaaristen metaboliittien synteesi tapahtuu mitokondrioissa soluhengityksen aikana vapautuvan energian ansiosta.

Sekundaariset metaboliitit ovat kasvien biokemian tutkimuksen kohteena, mutta on mielenkiintoista tutustua kaavioon (kuva 1), joka osoittaa niiden biogeneettisen suhteen suoriin fotosynteesin tuotteisiin.

Kuva 1. Sekundaaristen metaboliittien biogeneettinen suhde suoriin fotosynteesin tuotteisiin.

Toissijaiset metaboliitit: pigmentit, alkaloidit, tanniinit, glykosidit, orgaaniset hapot

Pigmentit

Vakuolipigmenteistä antosyaanit ja flavonit ovat yleisimpiä.

Antosyaanit kuuluvat glykosidien ryhmään, joissa on fenoliryhmiä. Yhden ryhmän antosyaanit eroavat toisistaan. Tämän pigmentin mielenkiintoinen piirre on, että se muuttaa väriään solumehun pH:n mukaan. Antosyaniini värjää solumehlan happamalla reaktiolla sen vaaleanpunaiseksi, neutraalissa reaktiossa se muuttuu violetiksi ja emäksisellä reaktiolla siniseksi.

Joissakin kasveissa väri voi muuttua kukkien kehittyessä. Esimerkiksi purasruohossa on vaaleanpunaiset silmut ja siniset kypsät kukat. Oletetaan, että tällä tavalla kasvi ilmoittaa hyönteisille, että se on valmis pölytykseen.

Antosyaanit kerääntyvät ei vain kukkiin, vaan myös varsiin, lehtiin ja hedelmiin.

Antokloori on pigmentti keltainen väri, viittaa flavonoideihin. Se on harvinaisempaa. Anthochlor sisältää kurpitsan, myrkkypellavan ja sitrushedelmien keltaisia kukkia.

Anthofeiinipigmentti voi myös kerääntyä solumahlaan värjäämällä sen tummanruskeaksi.

Alkaloideihin kuuluvat luonnolliset heterosykliset yhdisteet, jotka sisältävät sykleissä hiilen lisäksi yhden tai useamman typpiatomin, harvemmin happea. Niillä on alkalisia ominaisuuksia. Alkaloideilla on korkea farmakologinen aktiivisuus, joten useimmat lääkekasvit ovat alkaloideja. Unikon paloista on löydetty yli 20 eri alkaloidia, mukaan lukien morfiini, tebaiini, kodeiini, papaveriini jne. Kuten tiedätte, morfiini, jolla on kipua lievittävä ja anti-shokkivaikutus, aiheuttaa euforiaa: kun sitä käytetään toistuvasti , siitä kehittyy tuskallinen riippuvuus - huumeriippuvuus. Kodeiini vähentää yskänkeskuksen kiihottumista, on osa yskänlääkkeitä. Papaveriinia käytetään kouristuksia estävänä lääkkeenä verenpainetautiin, angina pectoriaan, migreeniin. Solanaceous, ranunculus, lilja sisältävät runsaasti alkaloideja.

Monet alkaloideja sisältävät kasvit ovat myrkyllisiä, eivätkä eläimet syö niitä, vaan sieni- ja bakteeritaudit vaikuttavat heikosti niihin.

Glykosidit ovat sokerijohdannaisia yhdistettynä alkoholeihin, aldehydeihin, fenoliin ja muihin typettömiin aineisiin. Joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa glykosidit hajoavat ja vapautuu miellyttävä tuoksu, esimerkiksi heinän, haudutetun teen haju jne.

Sydänglykosidit ja saponiinit löytävät laajimman käytännön sovelluksen. Sydänglykosidit ovat sellaisen tunnetun lääkekasvin aktiivinen ainesosa, kuten toukokuun kielo. Sen lääkinnälliset ominaisuudet ovat olleet tiedossa hyvin kauan, eivätkä ne ole toistaiseksi menettäneet merkitystään. Aiemmin kieloa käytettiin lääkkeiden valmistukseen vesivatsaan, sydänsairauksiin, epilepsiaan ja kuumeeseen.

Nimi saponiinit tulee näiden yhdisteiden kyvystä vaahtoaa. Useimmilla tämän ryhmän edustajilla on korkea biologinen aktiivisuus, mikä määrää tällaisten tunnettujen biostimulanttien, kuten ginseng, lakritsi ja aralia, terapeuttisen vaikutuksen ja vastaavasti lääketieteellisen käytön.

Tanniinit (tanniinit) ovat fenolin johdannaisia. Niillä on supistava maku ja antiseptisiä ominaisuuksia. Ne kerääntyvät soluun kolloidisten liuosten muodossa ja niillä on keltainen, punainen ja ruskea väri. Kun rautasuoloja lisätään, ne saavat sinivihreän värin, jota käytettiin aiemmin musteen saamiseksi.

Tanniinit voivat kerääntyä merkittäviä määriä eri kasvien elimiin. Niitä on monia kvittenien, kakien, lintukirsikan hedelmissä, tammen kuoressa, teelehdissä.

Tanniinien oletetaan suorittavan erilaisia tehtäviä. Kun protoplasti kuolee, soluseinät kyllästyvät tanniineilla ja antavat niille vastustuskyvyn hajoamista vastaan. Elävissä soluissa tanniinit suojaavat protoplastia kuivumiselta. Niiden oletetaan myös osallistuvan sokereiden synteesiin ja kuljetukseen.

Sekundaaristen metaboliittien tuotanto

Kaikista mikrobiprosesseilla saaduista tuotteista sekundääriset metaboliitit ovat merkittävimpiä. Sekundaariset metaboliitit, joita kutsutaan myös idiolyytiksi, ovat alhaisen molekyylipainon yhdisteitä, joita ei tarvita kasvuun puhdasviljelmässä. Niitä tuottaa rajallinen määrä taksonomisia ryhmiä, ja ne ovat usein sekoitus läheisesti sukua olevia yhdisteitä, jotka kuuluvat samaan kemiallinen ryhmä. Jos sekundaaristen metaboliittien fysiologisesta roolista tuottajasoluissa käytiin vakavia keskusteluja, niin niiden teollinen tuotanto on epäilemättä kiinnostavaa, koska nämä metaboliitit ovat biologisesti aktiivisia aineita: joillakin niistä on antimikrobista vaikutusta, toisilla on spesifisiä entsyymien estäjiä. , ja toiset ovat kasvutekijöitä. , monilla on farmakologista aktiivisuutta. Toissijaisia metaboliitteja ovat antibiootit, alkaloidit, kasvien kasvuhormonit ja toksiinit. Lääketeollisuus on kehittänyt erittäin monimutkaisia menetelmiä mikro-organismien seulomiseen (massatestaukseen) niiden kyvyn suhteen tuottaa arvokkaita sekundaarisia metaboliitteja.

Tällaisten aineiden saaminen toimi perustana useiden mikrobiologisen teollisuuden haarojen luomiselle. Ensimmäinen tässä sarjassa oli penisilliinin tuotanto; Mikrobiologinen menetelmä penisilliinin valmistamiseksi kehitettiin 1940-luvulla ja loi perustan nykyaikaiselle teolliselle bioteknologialle.

Antibioottimolekyylit ovat koostumukseltaan ja mikrobisolujen vaikutusmekanismiltaan hyvin erilaisia. Samaan aikaan patogeenisten mikro-organismien resistenssin ilmaantuessa vanhoille antibiooteille on jatkuva tarve uusille. Joissakin tapauksissa luonnolliset mikrobiantibioottituotteet voidaan muuttaa kemiallisesti tai entsymaattisesti niin sanotuiksi puolisynteettisiksi antibiooteiksi, joilla on korkeammat terapeuttiset ominaisuudet.

Antibiootit - orgaaniset yhdisteet. Elävät solut syntetisoivat niitä, ja ne pystyvät hidastamaan kehitystä tai tuhoamaan kokonaan niille herkkiä mikrobilajeja pieninä pitoisuuksina. Niitä eivät tuota ainoastaan mikro-organismien ja kasvien solut, vaan myös eläinsolut. Kasviperäisiä antibiootteja kutsutaan fytonsideiksi. Näitä ovat kloreliini, tomatiini, sativiini, joka saadaan valkosipulista, ja aliini, joka on eristetty sipulista.

Mikro-organismien kasvua voidaan luonnehtia S-käyränä. Ensimmäinen vaihe on nopean kasvun vaihe tai logaritminen, jolle on ominaista synteesi ensisijaiset metaboliitit. Seuraavaksi tulee hitaan kasvun vaihe, jolloin solujen biomassan kasvu hidastuu jyrkästi. Sekundaarisia metaboliitteja tuottavat mikro-organismit käyvät ensin läpi nopean kasvun vaiheen, tropofaasin, jonka aikana sekundääristen aineiden synteesi on vähäistä. Kun kasvu hidastuu johtuen yhden tai useamman välttämättömän ravintoaineen ehtymisestä elatusaineesta, mikro-organismi siirtyy idiofaasiin; idioliitit syntetisoidaan tänä aikana. Idiolyyteillä tai sekundaarisilla metaboliiteilla ei ole selkeää roolia aineenvaihduntaprosesseissa, vaan solut tuottavat niitä sopeutuakseen olosuhteisiin ympäristöön esimerkiksi suojaksi. Kaikki mikro-organismit eivät syntetisoi niitä, vaan pääasiassa rihmabakteerit, sienet ja itiöitä muodostavat bakteerit. Siten primaaristen ja sekundaaristen metaboliittien tuottajat kuuluvat eri taksonomisiin ryhmiin.

Näiden mikro-organismien kulttuurisen kasvun ominaisuudet on otettava huomioon tuotannon aikana. Esimerkiksi antibioottien tapauksessa useimmat mikro-organismit ovat herkkiä omille antibiooteilleen tropofaasin aikana, mutta idiofaasin aikana niistä tulee niille resistenttejä.

Antibiootteja tuottavien organismien itsensä tuhoamisen estämiseksi on tärkeää saavuttaa nopeasti idiofaasi ja sitten viljellä organismeja tässä vaiheessa. Tämä saavutetaan vaihtelemalla viljelymenetelmiä ja ravintoalustan koostumusta nopean ja hitaan kasvun vaiheissa.

Kasvisolu- ja kudosviljelmiä pidetään spesifisten sekundaaristen aineenvaihduntatuotteiden mahdollisina lähteinä, joihin kuuluvat yhdisteet, kuten alkaloidit, steroidit, öljyt ja pigmentit. Monet näistä aineista saadaan edelleen uuttamalla kasveista. Kaikki kasvilajit eivät tällä hetkellä sovellu mikrobiologisen teollisuuden menetelmiin. Joitakin kasvilajeja lukuun ottamatta suspensio- ja kallussoluviljelmät syntetisoivat sekundäärisiä metaboliitteja pienempiä määriä kuin kokonaiset kasvit. Tässä tapauksessa biomassan kasvu fermentorissa voi olla merkittävää.

Uusi lähestymistapa sekundaaristen metaboliittien saannon lisäämiseen on kasvisolujen ja kudosten immobilisointi. Ensimmäisen onnistuneen yrityksen korjata kokonaisia soluja teki vuonna 1966 Mosbach. Hän kiinnitti jäkälän Umbilicaria pustulata solut polyakryyliamidigeeliin. Seuraavana vuonna van Wezel kasvatti soluja eläinalkioista, jotka oli immobilisoitu DEAE (dekstraanipohjainen dietyyliaminoetyyli-sefadex) -mikropalloihin. Sen jälkeen solut immobilisoitiin eri substraateille. Useimmiten ne olivat mikro-organismien soluja.

Solujen immobilisointimenetelmät on jaettu 4 luokkaan:

Solujen tai subsellulaaristen organellien immobilisointi inertissä substraatissa. Esimerkiksi Catharanthus roseus-, Digitalis lanata -solut alginaatissa, agaroosipallot, gelatiinissa jne. Menetelmä käsittää solujen peittämisen johonkin erilaisista sementointiaineista - alginaatti, agar, kollageeni, polyakryyliamidi.

Solujen adsorptio inertille substraatille. Solut tarttuvat varautuneisiin alginaatti-, polystyreeni-, polyakryyliamidipalloihin. Menetelmää käytettiin kokeissa eläinsoluilla sekä Saccharomyces uvarum-, S. cerevisiae-, Candida tropicalis-, E. coli -soluilla.

Solujen adsorptio inertille substraatille biologisten makromolekyylien (kuten lektiinin) avulla. Harvoin käytettynä on raportoitu kokeista erilaisilla ihmisen solulinjoilla, pässin veren punasoluilla, jotka on adsorboitu proteiinilla päällystettyyn agaroosiin.

Kovalenttinen sidos toisen inertin kantajan, kuten CMC:n, kanssa. Hyvin harvoin käytetty, Micrococcus luteuksen onnistunut immobilisointi tunnetaan. Kokeita tehtiin pääasiassa eläinsolujen ja mikro-organismien immobilisoimiseksi.

SISÄÄN Viime aikoina kiinnostus kasvisolujen immobilisointia kohtaan on lisääntynyt merkittävästi, tämä johtuu siitä tosiasiasta, että immobilisoiduilla soluilla on tiettyjä etuja kallus- ja suspensioviljelmiin verrattuna, kun niitä käytetään sekundaaristen metaboliittien saamiseksi.

Immobilisoitujen kasvisolujen etujen fysiologinen perusta perinteisiin viljelymenetelmiin verrattuna

Kirjallisuudessa on lukuisia tietoja siitä, että sekundaaristen metaboliittien kertymisen ja soluviljelmän erilaistumisasteen välillä on positiivinen korrelaatio. Lisäksi esimerkiksi ligniini kertyy ksyleemin henkitorveihin ja verisuonielementteihin vasta erilaistumisprosessien päätyttyä, mikä on osoitettu sekä in vivo että in vitro -kokeissa. Saadut tiedot osoittavat, että sekundääristen aineenvaihduntatuotteiden erilaistuminen ja kerääntyminen tapahtuu solusyklin lopussa. Kasvun hidastuessa erilaistumisprosessit kiihtyvät.

Monien kasvien keräämien alkaloidien pitoisuuksien tutkimus in vitro osoitti, että kompaktit, hitaasti kasvavat soluviljelmät sisältävät alkaloideja enemmän kuin löysät, nopeasti kasvavat viljelmät. Solujen organisoituminen on välttämätöntä niiden normaalille aineenvaihdunnalle. Organisaation esiintyminen kudoksessa ja sen myöhempi vaikutus erilaisiin fysikaalisiin ja kemiallisiin gradientteihin ovat selkeitä indikaattoreita, jotka erottavat korkea- ja matalasatoiset viljat. On selvää, että solujen immobilisointi tarjoaa olosuhteet, jotka johtavat erilaistumiseen, säätelee solujen organisoitumista ja edistää siten sekundääristen metaboliittien suurta saantoa.

Immobilisoiduilla soluilla on useita etuja:

1. Inerttiin substraattiin immobilisoidut solut muodostavat biomassaa paljon hitaammin kuin nestemäisissä suspensioviljelmissä kasvavat solut.

Mikä on kasvun ja aineenvaihdunnan suhde? Mitä tekemistä solujen järjestäytymisellä ja erilaistumisella on sen kanssa? Tämän suhteen uskotaan johtuvan kahdentyyppisistä mekanismeista. Ensimmäinen mekanismi perustuu siihen tosiasiaan, että kasvu määrää solujen aggregaatioasteen vaikuttamalla epäsuorasti sekundaaristen metaboliittien synteesiin. Järjestäytyminen on tässä tapauksessa seurausta solujen aggregaatiosta, ja riittävä aggregaatioaste voidaan saavuttaa vain hitaasti kasvavissa viljelmissä. Toinen mekanismi liittyy kasvunopeuden kinetiikkaan ja viittaa siihen, että "ensisijainen" ja "toissijainen" aineenvaihduntareitit kilpailevat eri tavalla prekursoreista nopeasti ja hitaasti kasvavissa soluissa. Jos ympäristöolosuhteet ovat suotuisat nopealle kasvulle, syntetisoidaan ensin ensisijaiset metaboliitit. Jos nopea kasvu estyy, sekundaaristen metaboliittien synteesi alkaa. Siten immobilisoitujen solujen alhainen kasvunopeus edistää metaboliittien suurta saantoa.

2. Hitaan kasvun lisäksi solujen immobilisointi mahdollistaa niiden kasvun läheisessä fyysisessä kosketuksessa toistensa kanssa, mikä vaikuttaa myös suotuisasti kemiallisiin kontakteihin.

Kasvissa mitä tahansa solua ympäröivät muut solut, mutta sen sijainti muuttuu ontogeneesin aikana sekä tämän että ympäröivien solujen jakautumisen seurauksena. Tämän solun erilaistumisen aste ja tyyppi riippuu solun sijainnista kasvissa. Siksi solun fyysinen ympäristö vaikuttaa sen aineenvaihduntaan. Miten? Sekundaaristen aineenvaihduntatuotteiden synteesin säätely on sekä geneettisen että epigeneettisen (nukleaarisen ulkopuolisen) hallinnassa, eli kaikki muutokset sytoplasmassa voivat johtaa kvantitatiivisiin ja laadullisiin muutoksiin sekundaaristen metaboliittien muodostumisessa. Sytoplasma puolestaan on dynaaminen järjestelmä, johon ympäristö vaikuttaa.

Ulkoisista olosuhteista aineenvaihduntaan vaikuttaa merkittävästi kaksi tärkeää tekijää: happipitoisuus ja hiilidioksidi, sekä valaistuksen taso. Valolla on rooli sekä fotosynteesiprosessissa että sellaisissa fysiologisissa prosesseissa kuin solujen jakautumisessa, mikrofibrillien orientaatiossa ja entsyymien aktivaatiossa. Valoaallon intensiteetti ja pituus määräytyvät solun sijainnin mukaan muiden solujen massassa, eli ne riippuvat kudoksen järjestäytymisasteesta. Järjestäytyneessä rakenteessa on O2:n ja CO2:n keskipakopitoisuusgradientit, joilla on erittäin tärkeä rooli erilaistumisprosessissa.

Siten sekundäärinen aineenvaihdunta suurissa soluaggregaateissa, joissa on pieni pinta-ala-tilavuussuhde (S/V), eroaa eristettyjen solujen ja pienten soluryhmien aineenvaihdunnasta kaasukonsentraatiogradienttien vaikutuksesta. Kasvunsäätelyaineiden, ravinteiden ja mekaanisen paineen gradientit toimivat samalla tavalla. Hajaantuneiden solujen ja aggregaattien muodossa olevien solujen ympäristöolosuhteet ovat erilaiset, joten myös niiden aineenvaihduntareitit vaihtelevat.

3. Voit myös säädellä sekundääristen metaboliittien tuotantoa muuttamalla kemiallinen koostumus ympäristöön.

Kallus- ja suspensioviljelmän alustan koostumuksen muuttamiseen liittyy tiettyjä solujen fyysisiä käsittelyjä, jotka voivat johtaa viljelmien vaurioitumiseen tai kontaminaatioon. Nämä vaikeudet voidaan voittaa kiertämällä suuria määriä ravintoalustaa fysikaalisesti liikkumattomien solujen ympärillä, mikä mahdollistaa peräkkäiset kemialliset käsittelyt.

4. Joissakin tapauksissa idioliittien eristämisessä on ongelmia.

Kun käytetään immobilisoituja soluja, niiden käsittely on suhteellisen helppoa. kemikaalit jotka saavat aikaan haluttujen tuotteiden vapautumisen. Se myös vähentää takaisinkytkennän estoa, mikä rajoittaa aineiden synteesiä, koska ne kerääntyvät soluun. Joidenkin kasvien, kuten Capsicum frutescensin, viljellyt solut vapauttavat sekundäärisiä metaboliitteja ympäristöön, ja immobilisoitujen solujen järjestelmä mahdollistaa tuotteiden valinnan vahingoittamatta viljelmiä. Siten solujen immobilisaatio helpottaa idioliittien eristämistä.

Luettelo käytetystä kirjallisuudesta:

1. "Mikrobiologia: termien sanakirja", Firsov N.N., M: Bustard, 2006

2. Kasvi- ja eläinperäiset lääkeraaka-aineet. Farmakognosia: oppikirja / toim. G.P. Yakovleva. St. Petersburg: SpecLit, 2006. 845 s.

3. Shabarova Z. A., Bogdanov A. A., Zolotukhin A. S. Geenitekniikan kemialliset perusteet. - M.: Moskovan valtionyliopiston kustantamo, 2004, 224 s.

4. Chebyshev N.V., Grineva G.G., Kobzar M.V., Gulyankov S.I. Biology. M., 2000

Kasvi- ja eläinperäiset lääkeraaka-aineet. Farmakognosia: oppikirja / toim. G.P. Yakovleva. St. Petersburg: SpecLit, 2006. 845 s.

Shabarova ZA, Bogdanov AA, Zolotukhin AS Geenitekniikan kemialliset perusteet. - M.: Moskovan valtionyliopiston kustantamo, 2004, 224 s.

Useat solumetaboliitit ovat kiinnostavia kohdefermentaatiotuotteina. Ne on jaettu ensisijaiseen ja toissijaiseen.

Primaariset metaboliitit- Nämä ovat pienimolekyylipainoisia yhdisteitä (molekyylipaino alle 1500 daltonia), joita tarvitaan mikro-organismien kasvuun. Jotkut niistä ovat makromolekyylien rakennuspalikoita, toiset osallistuvat koentsyymien synteesiin. Teollisuuden tärkeimpiä metaboliitteja ovat aminohapot, orgaaniset hapot, nukleotidit, vitamiinit jne.

Primaaristen metaboliittien biosynteesiä suorittavat erilaiset biologiset aineet - mikro-organismit, kasvi- ja eläinsolut. Tässä tapauksessa ei käytetä vain luonnollisia organismeja, vaan myös erityisesti saatuja mutantteja. Tuotteen korkeiden pitoisuuksien varmistamiseksi käymisvaiheessa on tarpeen luoda tuottajia, jotka vastustavat niiden luonnolliselle muodolle geneettisesti ominaisia säätelymekanismeja. On esimerkiksi välttämätöntä eliminoida lopputuotteen kerääntyminen, joka repressoi tai inhiboi tärkeää entsyymiä kohdeaineen saamiseksi.

Aminohappojen tuotanto.

Auksotrofit (mikro-organismit, jotka tarvitsevat kasvutekijöitä lisääntyäkseen) tuottavat monia aminohappoja ja nukleotideja käymisen aikana. Yleisiä aminohappotuottajien valinnan kohteita ovat sukuun kuuluvat mikro-organismit Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter.

Proteiineja muodostavista 20 aminohaposta kahdeksaa ei voida syntetisoida ihmiskehossa (välttämätön). Nämä aminohapot on saatava ihmiskehoon ruoan kanssa. Niistä metioniini ja lysiini ovat erityisen tärkeitä. Metioniinia tuotetaan kemiallisella synteesillä, ja yli 80 % lysiinistä tuotetaan biosynteesillä. Aminohappojen mikrobiologinen synteesi on lupaavaa, koska tämän prosessin tuloksena saadaan biologisesti aktiivisia isomeerejä (L-aminohappoja) ja kemiallisen synteesin aikana molempia isomeerejä saadaan yhtä paljon. Koska niitä on vaikea erottaa toisistaan, puolet tuotannosta on biologisesti hyödytöntä.

Aminohappoja käytetään elintarvikelisäaineina, mausteina, arominvahventeena sekä raaka-aineina kemian-, hajuvesi- ja lääketeollisuudessa.

Teknologisen järjestelmän kehittäminen yksittäisen aminohapon saamiseksi perustuu tietoon tietyn aminohapon biosynteesin säätelytavoista ja -mekanismeista. Tarvittava aineenvaihdunnan epätasapaino, joka varmistaa kohdetuotteen ylisynteesin, saavutetaan tiukasti kontrolloiduilla koostumuksen ja ympäristöolosuhteiden muutoksilla. Mikro-organismikantojen viljelyyn aminohappojen tuotannossa hiilihydraatit ovat eniten saatavilla hiililähteinä - glukoosi, sakkaroosi, fruktoosi, maltoosi. Ravinnealustan kustannusten vähentämiseksi käytetään toissijaisia raaka-aineita: juurikasmelassia, maitoheraa, tärkkelyshydrolysaatteja. Tämän prosessin tekniikkaa parannetaan kohti halpoja synteettisiä ravintoalustoja, jotka perustuvat etikkahappoon, metanoliin, etanoliin, n-parafiinit.

Orgaanisten happojen tuotanto.

Tällä hetkellä useita orgaanisia happoja syntetisoidaan bioteknologisilla menetelmillä teollisessa mittakaavassa. Näistä sitruuna-, glukoni-, ketoglukoni- ja itakonihappoja saadaan vain mikrobiologisella menetelmällä; maito, salisyylihappo ja etikkahappo - sekä kemiallisilla että mikrobiologisilla menetelmillä; omena - kemiallisesti ja entsymaattisesti.

Etikkahappo on kaikista orgaanisista hapoista tärkein. Sitä käytetään monien kemikaalien valmistukseen, mukaan lukien kumi, muovit, kuidut, hyönteismyrkyt ja lääkkeet. Mikrobiologinen menetelmä etikkahapon valmistamiseksi koostuu etanolin hapettamisesta etikkahapoksi bakteerikantojen osallistuessa Gluconobacter Ja Asetobakteeri:

Sitruunahappoa käytetään laajalti elintarvike-, lääke- ja kosmetiikkateollisuudessa metallien puhdistamiseen. Suurin sitruunahapon tuottaja on Yhdysvallat. Sitruunahapon valmistus on vanhin teollinen mikrobiologinen prosessi (1893). Sen valmistukseen käytetään sieniviljelyä Aspergillus niger, A. gotii. Sitruunahapon tuottajien viljelyyn tarkoitetut ravintoalustat sisältävät hiilenlähteenä halpoja hiilihydraattiraaka-aineita: melassia, tärkkelystä, glukoosisiirappia.

Maitohappo on ensimmäinen orgaanisista hapoista, jota alettiin tuottaa käymisen avulla. Sitä käytetään hapettavana aineena elintarviketeollisuudessa, peittausaineena tekstiiliteollisuudessa ja myös muovien valmistuksessa. Mikrobiologisesti maitohappoa saadaan glukoosin käymisestä Lactobacillus delbrueckii.

text_fields

nuoli_ylöspäin

Aineenvaihdunnalla tai aineenvaihdunnalla tarkoitetaan kokonaisuus kemialliset reaktiot elimistössä tarjoamalla sille aineita kehon rakentamiseen ja energiaa elämän ylläpitämiseen.

primaarinen aineenvaihdunta

Jotkut reaktioista osoittautuvat samanlaisiksi kaikille eläville organismeille (muodostaminen ja halkeaminen nukleiinihapot, proteiinit ja peptidit sekä useimmat hiilihydraatit, jotkut karboksyylihapot jne.) ja sitä kutsuttiin primaarinen aineenvaihdunta tai primaarinen aineenvaihdunta.

sekundaarinen aineenvaihdunta

Ensisijaisten vaihtoreaktioiden lisäksi on olemassa huomattava määrä aineenvaihduntareittejä, jotka johtavat yhdisteiden muodostumiseen, jotka ovat ominaisia vain tietyille, joskus hyvin harvoille organismiryhmille. Nämä reaktiot yhdistetään I. Chapekin (1921) ja K. Pahin (1940) mukaan termillä sekundaarinen aineenvaihdunta, tai toissijainen vaihto, ja tuotteet ovat ns sekundaarisen aineenvaihdunnan tuotteet, tai toissijaiset liitännät(joskus, mikä ei ole täysin totta, sekundaariset metaboliitit). On kuitenkin korostettava, että erot primaarisen ja sekundaarisen aineenvaihdunnan välillä eivät ole kovin teräviä.

Toissijaiset liitännät muodostuvat pääasiassa vegetatiivisesti inaktiivisissa elävien organismien ryhmissä - kasveissa ja sienissä sekä monissa prokaryooteissa. Eläimillä sekundaarisen aineenvaihdunnan tuotteet ovat suhteellisen harvinaisia ja tulevat usein ulkopuolelta kasviravinnon mukana. Toissijaisen aineenvaihdunnan tuotteiden rooli ja syyt niiden esiintymiseen tietyssä ryhmässä ovat erilaisia. Yleisimmässä muodossa niille on osoitettu mukautuva rooli ja laajassa mielessä suojaavia ominaisuuksia.

Luonnollisten yhdisteiden kemian nopea kehitys viimeisen neljän vuosikymmenen aikana, joka liittyy korkean resoluution analyyttisten työkalujen luomiseen, on johtanut siihen, että "sekundaaristen yhdisteiden" maailma on laajentunut merkittävästi. Esimerkiksi nykyään tunnettujen alkaloidien määrä lähestyy 5 000:ta (joidenkin lähteiden mukaan - 10 000), fenoliyhdisteiden - 10 000:ta, ja nämä luvut kasvavat paitsi joka vuosi, myös joka kuukausi.

Mikä tahansa kasviperäinen raaka-aine sisältää aina monimutkaisen joukon primäärisiä ja sekundaarisia yhdisteitä, jotka, kuten edellä mainittiin, määräävät lääkekasvien toiminnan moninaisuuden. Molempien rooli nykyaikaisessa fytoterapiassa on kuitenkin edelleen erilainen. Tunnetaan suhteellisen vähän kasviesineitä, joiden käyttö lääketieteessä määräytyy ensisijaisesti primääriyhdisteiden läsnäolon perusteella. Tulevaisuudessa niiden roolia lääketieteessä ja niiden käyttöä uusien immunomoduloivien aineiden hankintalähteenä ei kuitenkaan voida sulkea pois.

Toissijaisia vaihtotuotteita käytetään nykylääketieteessä on paljon yleisempi ja laajempi. Tämä johtuu konkreettisesta ja usein erittäin kirkkaasta farmakologisesta vaikutuksesta. Primääriyhdisteiden pohjalta muodostuneena ne voivat kerääntyä joko puhtaassa muodossa tai käydä läpi glykosylaatiota vaihtoreaktioiden aikana, ts. ovat kiinnittyneet sokerimolekyyliin. Glykosylaation seurauksena muodostuu molekyylejä - heterosidit, jotka eroavat glykosyloimattomista sekundääriyhdisteistä pääsääntöisesti paremmalla liukoisuudella, mikä helpottaa niiden osallistumista aineenvaihduntareaktioihin ja on tässä mielessä tärkein biologinen merkitys. Kaikkien sekundääristen yhdisteiden glykosyloituja muotoja kutsutaan glykosidit.

Kaikista mikrobiprosesseilla saaduista tuotteista sekundääriset metaboliitit ovat merkittävimpiä. Sekundaariset metaboliitit, joita kutsutaan myös idiolyytiksi, ovat alhaisen molekyylipainon yhdisteitä, joita ei tarvita kasvuun puhdasviljelmässä. Niitä tuottaa rajoitettu määrä taksonomisia ryhmiä, ja ne ovat usein sekoitus läheisesti sukua olevia yhdisteitä, jotka kuuluvat samaan kemialliseen ryhmään. Jos sekundaaristen metaboliittien fysiologisesta roolista tuottajasoluissa käytiin vakavia keskusteluja, niin niiden teollinen tuotanto on epäilemättä kiinnostavaa, koska nämä metaboliitit ovat biologisesti aktiivisia aineita: joillakin niistä on antimikrobista vaikutusta, toisilla on spesifisiä entsyymien estäjiä. , ja toiset ovat kasvutekijöitä. , monilla on farmakologista aktiivisuutta. Toissijaisia metaboliitteja ovat antibiootit, alkaloidit, kasvien kasvuhormonit ja toksiinit. Lääketeollisuus on kehittänyt erittäin monimutkaisia menetelmiä mikro-organismien seulomiseen (massatestaukseen) niiden kyvyn suhteen tuottaa arvokkaita sekundaarisia metaboliitteja.

Antibiootit ovat orgaanisia yhdisteitä. Elävät solut syntetisoivat niitä, ja ne pystyvät hidastamaan kehitystä tai tuhoamaan kokonaan niille herkkiä mikrobilajeja pieninä pitoisuuksina. Niitä eivät tuota ainoastaan mikro-organismien ja kasvien solut, vaan myös eläinsolut. Kasviperäisiä antibiootteja kutsutaan fytonsideiksi. Näitä ovat kloreliini, tomatiini, sativiini, joka saadaan valkosipulista, ja aliini, joka on eristetty sipulista.

Mikro-organismien kasvua voidaan luonnehtia S-käyränä. Ensimmäinen vaihe on nopean kasvun vaihe tai logaritminen, jolle on ominaista primaaristen metaboliittien synteesi. Seuraavaksi tulee hitaan kasvun vaihe, jolloin solujen biomassan kasvu hidastuu jyrkästi. Sekundaarisia metaboliitteja tuottavat mikro-organismit käyvät ensin läpi nopean kasvun vaiheen, tropofaasin, jonka aikana sekundääristen aineiden synteesi on vähäistä. Kun kasvu hidastuu johtuen yhden tai useamman välttämättömän ravintoaineen ehtymisestä elatusaineesta, mikro-organismi siirtyy idiofaasiin; idioliitit syntetisoidaan tänä aikana. Idiolyyteillä tai sekundaarisilla metaboliiteilla ei ole selkeää roolia aineenvaihduntaprosesseissa, vaan solut tuottavat niitä sopeutuakseen ympäristöolosuhteisiin, esimerkiksi suojatakseen. Kaikki mikro-organismit eivät syntetisoi niitä, vaan pääasiassa rihmabakteerit, sienet ja itiöitä muodostavat bakteerit. Siten primaaristen ja sekundaaristen metaboliittien tuottajat kuuluvat eri taksonomisiin ryhmiin.

Useimmat mausteet, mausteet, teet ja muut juomat, kuten kahvi ja kaakao, johtuvat yksilöllisistä ominaisuuksistaan (maku ja aromi) niitä sisältävien kasvien farmakologisesti aktiivisista sekundaarisista metaboliiteista. Vaikka jotkin näistä vaikuttavista aineista (kuten vanilliini, efedriini ja kofeiini) tuotetaan puolisynteettisellä tai kokonaissynteesillä, luonnollisista lähteistä eristetyistä yhdisteistä maksetaan silti korkeita hintoja, varsinkin jos ne on tarkoitettu käytettäväksi elintarvikelisäaineina ja aromeina. .

Joitakin biologisesti aktiivisia sekundaarisia metaboliiteja on käytetty lääkkeinä tai lääkesynteesin ja puolisynteesin malliyhdisteinä. Usein kuitenkin unohdetaan, että luonnontuotteet toimivat usein kemiallisina malleina uusien lääkerakenteiden suunnittelussa ja täydellisessä synteesissä. Esimerkiksi meperidiini (Demerol), pentatsosiini (Talwin) ja propoksifeeni (Darvon) ovat täyssynteettisiä kipulääkkeitä, joiden mallina olivat opiaatit, kuten morfiini ja kodeiini, kun taas aspiriini on yksinkertainen salisyylihappojohdannainen, joka on alun perin johdettu pajusta (Salix spp.). .

Verrattuna primaaristen ja bulkkimetaboliittien suhteellisen alhaisiin kustannuksiin, kasvien toissijaiset aineenvaihduntatuotteet ovat usein hinnoiteltu muutamasta dollarista useisiin tuhansiin dollareihin kilogrammalta. Esimerkiksi puhdistettujen oopiumialkaloidien (kodeiini ja morfiini) arvo on 650–1 250 dollaria kilogrammalta, kun taas harvinaisten haihtuvien (eteeristen) öljyjen, kuten ruusuöljyn, arvo on usein yli 2 000–3 000 dollaria kilogrammalta. Catharanthusin kasvainten vastaisten alkaloidien tukkuhinta on noin 5 000 dollaria grammalta, ja niiden vähittäismyyntiarvo voi olla 20 000 dollaria grammalta. Luonnontuotteilla on usein erittäin monimutkaisia rakenteita, joissa on monia kiraalisia keskuksia, jotka voivat määrittää biologisen aktiivisuuden. Tällaisia monimutkaisia yhdisteitä ei voida syntetisoida keinotekoisesti. Hyvä esimerkki tällaisesta metaboliitista korkea tutkinto rakenteellinen monimutkaisuus on luonnollinen kasvien hyönteismyrkky atsadirachtin.

Primaaristen ja sekundaaristen metaboliittien taloudellisesti tärkeät ominaisuudet. Suurin osa niistä voidaan saada kasvimateriaaleista höyrytislaamalla tai uuttamalla orgaanisilla liuottimilla, ja (lukuun ottamatta biopolymeerejä, luonnonkumia, kondensoituja tanniineja ja korkean molekyylipainon aineita, polysakkarideja, kuten kumeja, pektiiniä ja tärkkelystä) kuten tyypillisesti suhteellisen pieni molekyylipaino (tyypillisesti alle 2000).

Taloudellisesti tärkeitä kasviperäisiä aineita ovat entsyymit papaiini ja kymopapaiini (papaijasta (Carica papaya) peräisin olevat entsyymit, joita käytetään lääkinnällisiin tarkoituksiin), bromelaiini (maitoproteiinien pilkkominen ja ananasmehun hyytymisentsyymi) ja mallasuute (tärkkelystä sisältävä ohratuote) - hajottava entsyymi).

Tiettyjen kasviproteiinien tuotanto ja käyttö kasvisoluista on arvoltaan rajallista useista syistä. Ensinnäkin niiden kemiallinen rakenne asettaa tiettyjä rajoituksia niiden käytölle biologisesti aktiivisina yhdisteinä, jotka voivat toimia lääkkeinä ja torjunta-aineina. Esimerkiksi useimmat proteiinit eivät voi helposti imeytyä nisäkkäiden ihon tai hyönteisten ulkopuolisen luuston läpi, eikä useimpia niistä voida myöskään antaa suun kautta (muu kuin paikallisen vaikutuksen saavuttamiseksi), koska ne hajoavat ruoansulatuskanavan proteolyyttisten entsyymien vaikutuksesta. Toistettavien systeemisten vaikutusten indusoimiseksi polypeptidejä (kuten kymopapaiinia) on ruiskutettava. Siten proteiinit eivät ole yhtä helposti biologisesti käytettävissä kuin sekundaariset metaboliitit (proteiinituotteet), mikä vaikeuttaa niiden kehittymistä. lopputuotteet ja niiden käyttöä. Esimerkiksi jotkin mahdollisesti käyttökelpoiset proteiinit voivat hajota nopeasti fysikaalis-kemiallisen epästabiiliuden vuoksi. Teknologioita on jo olemassa arvokkaiden polypeptidien synteesiä koodaavien geenien liittämiseksi ja ilmentämiseksi bakteereissa ja hiivassa. Kuitenkin myös tässä tapauksessa syntyy vaikeuksia monimutkaisten sekundaaristen aineenvaihduntatuotteiden tuotannossa kasveissa metaboliittien sekundaarisen biosynteesin luonteesta johtuen. Proteiinit ovat suoria geenien tuotteita, kun taas sekundaariset metaboliitit syntetisoidaan yleensä monien geenituotteiden (entsyymien) yhteisvaikutuksella (Y. Aharonowitz). On monia geenejä, jotka vastaavat taloudellisesti tärkeiden sekundaaristen metaboliittien biosynteesistä (monia geenejä tarvitaan jokaiselle biosynteesireitille, joka johtaa sekundaarisen metaboliitin tuotantoon). Lisäksi geneettisesti muunnettujen mikro-organismien biosynteesireitillä on monia entsyymejä, jotka voivat katalysoida ei-toivottuja sivureaktioita halutun metaboliitin tai välituotteen kanssa. Näin ollen ainakin lähitulevaisuudessa kasveja tai kasvisolut toimivat todennäköisesti useimpien bioaktiivisten kasvikomponenttien lähteinä.

Tuotteet (aineet) sekundaarinen aineenvaihdunta syntetisoidaan primääriyhdisteiden perusteella ja voivat kerääntyä kasveihin, usein merkittäviä määriä, mikä määrittää niiden aineenvaihdunnan erityispiirteet. Kasvit sisältävät valtavan määrän sekundaarista alkuperää olevia aineita, jotka voidaan jakaa eri ryhmiin.

Biologisesti aktiivisista aineista (BAS) tunnetaan parhaiten sellaiset laajat yhdisteluokat kuten alkaloidit, isoprenoidit, fenoliyhdisteet ja niiden johdannaiset.

alkaloidit- typpeä sisältävät emäksiset, pääasiassa kasviperäiset orgaaniset yhdisteet. Alkaloidimolekyylien rakenne on hyvin monipuolinen ja usein melko monimutkainen. Typpi sijaitsee pääsääntöisesti heterosykleissä, mutta joskus se sijaitsee sivuketjussa. Useimmiten alkaloidit luokitellaan näiden heterosyklien rakenteen perusteella tai niiden biogeneettisten esiasteiden - aminohappojen - mukaan. Erotetaan seuraavat alkaloidien pääryhmät: pyrrolidiini, pyridiini, piperidiini, pyrrolitsidiini, kinolitsidiini, kinatsoliini, kinoliini, isokinoliini, indoli, dihydroindoli (betaliinit), imidatsoli, puriini, diterpeeni, steroidit (glykoalkaloidittomat) ja alkaloidit (glykoalkaloidit) ja alkaloidit. Monilla alkaloideilla on erityisiä, usein ainutlaatuisia fysiologisia vaikutuksia, ja niitä käytetään laajasti lääketieteessä. Jotkut alkaloidit ovat vahvoja myrkkyjä (esimerkiksi curare-alkaloidit).

Antraseenijohdannaiset- ryhmä keltaisen, oranssin tai punaisen värisiä luonnollisia yhdisteitä, jotka perustuvat antraseenin rakenteeseen. Niillä voi olla eriasteinen keskirenkaan hapettumisaste (antronin, antranolin ja antrakinonin johdannaiset) ja hiilirunkorakenne (monomeeriset, dimeeriset ja kondensoidut yhdisteet). Suurin osa niistä on krysasiinin (1,8-dihydroksiantrakinoni) johdannaisia. Alizariinin (1,2-dihydroksiantrakinoni) johdannaiset ovat harvinaisempia. Antraseenijohdannaisia löytyy kasveista vapaassa muodossa (aglykonit) tai glykosidien muodossa (antraglykosidit).

Withanolides- ryhmä fytosteroideja, jotka ovat saaneet nimensä intialaisesta Withania somnifera (L.) Dunal -kasvista (fam. Solanaceae), josta eristettiin ensimmäinen tämän luokan yhdiste, withaferiini A. Tällä hetkellä tämän luokan yhdisteitä on useita sarjoja. ovat tiedossa. Vitanolidit ovat polyoksisteroideja, joissa on kuusijäseninen laktonirengas asemassa 17 ja ketoryhmä C1:ssä A-renkaassa. Joissakin yhdisteissä 4- beeta- hydroksi-,5- beeta-, 6-beeta-epoksiryhmät.

Glykosidit- laajalle levinneitä luonnonyhdisteitä, jotka hajoavat erilaisten aineiden (happo, alkali tai entsyymi) vaikutuksesta hiilihydraattiosiksi ja aglykoniksi (geniiniksi). Sokerin ja aglykonin välinen glykosidisidos voi muodostua O-, N- tai S-atomien (O-, N- tai S-glykosidit) osallistuessa sekä C-C atomeja(C-glykosidit). Yleisin in kasvisto sisältää O-glykosideja. Glykosidit voivat vaihdella keskenään sekä aglykonin että sokeriketjun rakenteessa. Hiilihydraattikomponentteja edustavat monosakkaridit, disakkaridit ja oligosakkaridit, ja vastaavasti glykosideja kutsutaan monosideiksi, biosideiksi ja oligosideiksi. Omituisia luonnollisten yhdisteiden ryhmiä ovat syanogeeniset glykosidit Ja tioglykosidit (glukosinolaatit). Syanogeeniset glykosidit voidaan esittää johdannaisina alfa-hydroksinitriilit, jotka sisältävät syaanivetyhappoa koostumuksessaan. Ne ovat laajalti levinneet tämän perheen kasveille. Rosaceae, alaheimo Prunoideae, jotka keskittyvät pääasiassa siemeneihinsä (esimerkiksi glykosidit amygdaliini ja prunatsiini Amygdalus communis L.:n, Armeniaca vulgaris Lam.:n siemenissä).

Tioglykosideja (glukosinolaatteja) pidetään tällä hetkellä hypoteettisen anionin - glukosinolaatin - johdannaisina, mistä johtuu toinen nimi. Glukosinolaatteja on toistaiseksi löydetty vain kaksisirkkaisista kasveista ja ne ovat tyypillisiä suvulle. Brassicaceae, Capparidaceae, Resedaceae ja muut Capparales-lahkon jäsenet. Kasveissa niitä esiintyy alkalimetallien, useimmiten kaliumin, suolojen muodossa (esimerkiksi Brassica juncea (L.) Czern. ja B. nigra (L.) Koch siemenistä peräisin oleva sinigringlukosinolaatti.

Isoprenoidit- laaja luokka luonnollisia yhdisteitä, joita pidetään isopreenin biogeenisen muuntumisen tuotteina. Näitä ovat erilaiset terpeenit, niiden johdannaiset - terpenoidit ja steroidit. Jotkut isoprenoidit ovat rakenteellisia fragmentteja antibiooteista, jotkut vitamiinit, alkaloidit ja eläinhormonit.

Terpeenit Ja terpenoidit- tyydyttymättömät hiilivedyt ja niiden johdannaiset koostumuksesta (C 5 H 8) n, jossa n \u003d 2 tai n\u003e 2. Isopreeniyksiköiden lukumäärän mukaan ne jaetaan useisiin luokkiin: mono-, sesqui-, di -, tri-, tetra- ja polyterpenoidit.

Monoterpenoidit(C10H16) ja seskviterpenoidit(C 15 H 24) ovat yleisiä eteeristen öljyjen komponentteja. Syklopentanoidimonoterpenoidien ryhmään kuuluvat iridoidiglykosidit (pseudoindikaanit), hyvin veteen liukeneva ja usein katkera maku. Nimi "iridoids" liittyy aglykonin rakenteelliseen ja mahdollisesti biogeneettiseen suhteeseen iridodialeen, joka on saatu Iridomyrmex-suvun muurahaisista; "pseudoindikaanit" - sinisen värin muodostuminen happamassa ympäristössä. Aglykoniosan rungossa olevien hiiliatomien lukumäärän mukaan iridoidiglykosidit jaetaan 4 tyyppiin: C8, C9, C10 ja C14. Ne ovat luontaisia vain kaksisirkkaisten koppisiemenisille, ja heimot Scrophulariaceae, Rubiaceae, Lamiaceae, Verbenaceae ja Bignoniaceae kuuluvat iridoidien rikkaimpiin.

Diterpenoidit(C 20 H 32) sisältyvät pääasiassa eri hartsien koostumukseen. Niitä edustavat hapot (resinolihapot), alkoholit (resinolit) ja hiilivedyt (resensit). Itse asiassa on hartseja (hartsi, dammar), öljyhartseja (tärpätti, kanadabalsami), kumihartseja (gummigut), öljy-kumihartseja (suitsuke, mirha, asafoetida). Öljyhartseja, jotka ovat hartsien liuosta eteerisessä öljyssä ja jotka sisältävät bentsoe- ja kanelihappoja, kutsutaan balsameiksi. Lääketieteessä käytetään perulaisia, tolutanilaisia, styrax-balsameja jne.

Triterpenoidit(C 30 H 48) esiintyy pääasiassa saponiinien muodossa, joiden aglykoneja edustavat pentasykliset (ursaanin, oleanaanin, lupaanin, hopaanin jne. johdannaiset) tai tetrasykliset (dammaraanin, sykloartaanin, zufanin johdannaiset) yhdisteet.

TO tetraterpenoidit(C 40 H 64) sisältävät keltaisen, oranssin ja punaisen värin rasvaliukoisia kasvipigmenttejä - karotenoideja, A-vitamiinin esiasteita (provitamiinit A). Ne jaetaan karoteeneihin (tyydyttymättömät hiilivedyt, jotka eivät sisällä happea) ja ksantofyllejä (happea sisältävät karotenoidit, joissa on hydroksi-, metoksi-, karboksi-, keto- ja epoksiryhmiä). Levitetty laajasti kasveissa alfa-, beeta- Ja gamma-karoteenit, lykopeeni, zeaksantiini, violaksantiini jne.

Koostumuksen (C 5 H 8) n viimeistä isoprenoidien ryhmää edustaa polyterpenoidit, jotka sisältävät luonnonkumia ja guttaa.

Kardiotoniset glykosidit, tai sydämen glykosidit, - heterosidit, joiden aglykonit ovat steroideja, mutta eroavat muista steroideista siten, että molekyylissä on C 17:n sivuketjun sijasta tyydyttymätön laktonirengas: viisijäseninen butenolidi ( kardenolidit) tai kuusijäseninen kumaliinirengas ( bufadienolidit). Kaikissa kardiotonisten glykosidien aglykoneissa on hydroksyyliryhmiä C3:ssa ja C14:ssä ja metyyliryhmiä C13:ssa. C 10:ssä se voi olla alfa-orientoidut metyyli-, aldehydi-, karbinoli- tai karboksyyliryhmät. Lisäksi niissä voi olla ylimääräisiä hydroksyyliryhmiä C1-, C2-, C5-, C11-, C12- ja C16-ryhmissä; jälkimmäinen asyloidaan joskus muurahais-, etikka- tai isovalerihapolla. Kardiotonisia glykosideja käytetään lääketieteessä stimuloimaan sydänlihaksen supistuksia. Jotkut niistä ovat diureetteja.

Xanthones- fenoliyhdisteiden luokka, jolla on dibentso- gamma-pyroni. Substituentteina ne sisältävät molekyylissä hydroksi-, metoksi-, asetoksi-, metyleenidioksi- ja muita radikaaleja. Pyraanirenkaan sisältävät yhdisteet tunnetaan. Ksantonien ominaisuus on klooria sisältävien johdannaisten jakautuminen. Ksantoneja esiintyy vapaassa muodossa ja osana O- ja C-glykosideja. Ksantonisista C-glykosideista tunnetuin on mangiferiini, joka otettiin ensimmäisten joukossa lääketieteen käyttöön.

Kumariinit- luonnolliset yhdisteet, joiden rakenne on 9,10-bentso- alfa-pyroni. Niitä voidaan pitää myös happojohdannaisina orto-hydroksikaneli ( orto-coumarova). Ne luokitellaan hydroksi- ja metoksijohdannaisiin, furo- ja pyranokumariineihin, 3,4-bentsokumariiniin ja kumestaaneihin (kumestroleihin).

Lignaanit- luonnolliset fenoliaineet, fenyylipropaaniyksiköiden (C6-C3) dimeerien johdannaiset, toisiinsa liittyneinä beeta-sivuketjujen hiiliatomit. Lignaanien monimuotoisuus johtuu erilaisten substituenttien läsnäolosta bentseenirenkaissa ja niiden välisen sidoksen luonteesta, sivuketjujen kyllästymisasteesta jne. Rakenteensa mukaan ne on jaettu useisiin ryhmiin: diaryylibutaani ( guajareettihappo), 1-fenyylitetrahydronaftaleeni (podofyllotoksiini, peltatiinit), b(larisiresinoli ja sen glukosidi), difenyylitetrahydrofurofuraani (sesamiini, syringaresinoli), dibentsosyklooktaani (skitsandroliini),,, jne.

Ligniinit ovat epäsäännöllisiä kolmiulotteisia polymeerejä, joiden esiasteita ovat hydroksikanelialkoholit ( pari-kumariini, havu- ja synapiini), ja ovat puun soluseinien rakennusmateriaalia. Ligniiniä löytyy ligniinipitoisista kasvikudoksista selluloosan ja hemiselluloosien ohella, ja se osallistuu mekaanisen kudoksen tukielementtien muodostukseen.

Melaniinit- polymeeriset fenoliyhdisteet, joita esiintyy satunnaisesti kasveissa ja jotka edustavat vähiten tutkittua luonnonyhdisteiden ryhmää. Ne on maalattu mustaksi tai musta-ruskeaksi ja niitä kutsutaan ns allomelaniinit. Toisin kuin eläinperäiset pigmentit, ne eivät sisällä typpeä (tai hyvin vähän). Emäksisellä pilkkoutumisella ne muodostavat pyrokatekoli-, protokateku- ja salisyylihappoja.

Naftokinonit- kasvien kinoidipigmentit, joita löytyy eri elimistä (juurista, puusta, kuoresta, lehdistä, hedelmistä ja harvemmin kukista). Substituentteina 1,4-naftokinonijohdannaiset sisältävät hydroksyyli-, metyyli-, prenyyli- ja muita ryhmiä. Tunnetuin on punainen pigmentti shikonin, jota löytyy joistakin perheen edustajista. Boraginaceae (sukujen Arnebia Forrsk., Echium L., Lithospermum L. ja Onosma L. lajit).

Saponiinit (Saponisides)- glykosidit, joilla on hemolyyttistä ja pintaaktiivisuutta (pesuaineet) sekä myrkyllisiä kylmäverisille eläimille. Aglykonin (sapogeniinin) rakenteesta riippuen ne jaetaan steroideihin ja triterpenoideihin. Saponiinien hiilihydraattiosa voi sisältää 1-11 monosakkaridia. Yleisimmät ovat D-glukoosi, D-galaktoosi, D-ksyloosi, L-ramnoosi, L-arabinoosi, D-galakturoni- ja D-glukuronihapot. Ne muodostavat suoria tai haarautuneita ketjuja ja voivat kiinnittyä aglykonin hydroksyyli- tai karboksyyliryhmään.

Steroidit- yhdisteluokka, jonka molekyylissä onrunko. Steroideihin kuuluvat sterolit, D-vitamiinit, steroidihormonit, steroidisaponiinien aglykonit ja kardiotoniset glykosidit, ekdysonit, withanolidit, steroidialkaloidit.

Kasvisterolit eli fytosterolit ovat alkoholeja, jotka sisältävät 28-30 hiiliatomia. Ne kuuluvat beeta-sitosteroli, stigmasteroli, ergosteroli, kampesteroli, spinasteroli jne. Jotkut niistä, esim. beeta-sitosterolia, käytetään lääketieteessä. Toisia käytetään steroidilääkkeiden tuottamiseen - steroidihormonit, D-vitamiini jne.

Steroidisaponiinit sisältävät 27 hiiliatomia, niiden sivuketju muodostaa spirostanoli- tai furanostanolityyppisen spiroketaalijärjestelmän. Yksi steroidisista sapogeniineista, Dioscorean juurakoista eristetty diosgeniini, on lähde lääketieteen kannalta tärkeiden hormonivalmisteiden (kortisoni, progesteroni) saamiseksi.

Stilbens voidaan pitää fenoliyhdisteinä, joissa on kaksi bentseenirengasta, joiden rakenne on C6-C2-C6. Tämä on suhteellisen pieni ryhmä aineita, joita löytyy pääasiassa erityyppisten männyn, kuusen, eukalyptuksen puusta. rakennuspalikoita tanniinit.

Tanniinit (tanniinit)- korkean molekyylipainon yhdisteet väliaineen kanssa molekyylipaino noin 500-5000, joskus jopa 20 000, jotka kykenevät saostamaan proteiineja, alkaloideja ja joilla on supistava maku. Tanniinit jaetaan hydrolysoituviin, hajoaviin happaman tai entsymaattisen hydrolyysin olosuhteissa yksinkertaisimpiin osiin (näihin kuuluvat gallotanniinit, ellagitaniinit ja karboksyylihappojen ei-sakkaridiesterit) ja kondensoituneisiin, jotka eivät hajoa happojen vaikutuksesta, vaan muodostavat kondensaatiotuotteita - flobafeenit. Rakenteellisesti niitä voidaan pitää flavani-3-olien (katekiinit), flavani-3,4-diolien (leukoantosyanidiinit) ja hydroksistilbeenien johdannaisina.

Fenoliyhdisteet ovat yksi yleisimmistä kasviorganismeissa ja lukuisia luokkia sekundaarisia yhdisteitä, joilla on erilaisia biologista toimintaa. Näitä ovat aromaattiset aineet, jotka sisältävät yhden tai useampia hydroksyyliryhmiä, jotka liittyvät aromaattisen ytimen hiiliatomeihin. Nämä yhdisteet ovat erittäin heterogeenisiä kemiallinen rakenne, löytyy kasveista monomeereinä, dimeereinä, oligomeereinä ja polymeereinä.

Luonnonfenolien luokittelu perustuu biogeneettiseen periaatteeseen. Nykyaikaiset biosynteesin käsitteet mahdollistavat fenoliyhdisteiden jakamisen useisiin pääryhmiin järjestämällä ne molekyylirakenteen monimutkaisuuden lisääntymiseen.

Yksinkertaisimpia ovat yhdisteet, joissa on yksi bentseenirengas - yksinkertaiset fenolit, bentsoehapot, fenolialkoholit, fenyylietikkahapot ja niiden johdannaiset. OH-ryhmien lukumäärän mukaan erotetaan yksiatomiset (fenoli), kaksiatomiset (pyrokatekoli, resorsinoli, hydrokinoni) ja kolmiatomiset (pyrogalloli, floroglusiini jne.) yksinkertaiset fenolit. Useimmiten ne ovat sitoutuneessa muodossa glykosidien tai estereiden muodossa ja ovat monimutkaisempien yhdisteiden rakenneosia, mukaan lukien polymeeriset (tanniinit).

Monimuotoisemmat fenolit ovat fenyylipropaanisarjan johdannaisia (fenyylipropanoideja), jotka sisältävät rakenteessa yhden tai useamman C6-C3-fragmentin. Yksinkertaisia fenyylipropanoideja ovat hydroksikanelialkoholit ja -hapot, niiden esterit ja glykosyloidut muodot sekä fenyylipropaanit ja kanelemoyyliamidit.

Fenyylipropanoideille biogeneettisesti sukua olevia yhdisteitä ovat kumariinit, flavonoidit, kromonit, dimeeriset yhdisteet - lignaanit ja polymeeriset yhdisteet - ligniinit.

Muutamat fenyylipropanoidiyhdisteiden ryhmät muodostavat alkuperäisiä komplekseja, jotka yhdistävät flavonoidien, kumariinien, ksantonien ja alkaloidien johdannaisia lignaanien kanssa (flavolignaanit, kumariolignaanit, ksantolignaanit ja alkaloidolignaanit). Silybum marianum (L.) Gaertnin flavolignanit ovat ainutlaatuinen ryhmä biologisesti aktiivisia aineita. (silybiini, silydianiini, silikristiini), joilla on hepatoprotektiivisia ominaisuuksia.

Phytonsidit ovat epätavallisia sekundaarisia biosynteettisiä yhdisteitä, joita tuottaa korkeampia kasveja ja vaikuttaa muihin organismeihin, pääasiassa mikro-organismeihin. Aktiivisimmat antibakteeriset aineet löytyvät sipulista (Allium cepa L.) ja valkosipulista (Allium sativum L.), jälkimmäisestä on eristetty antibioottiyhdiste allisiini (aminohapon alliinin johdannainen).

Flavonoidit kuuluvat yhdisteiden ryhmään, joiden rakenne on C6-C3-C6, ja useimmat niistä ovat 2-fenyylibentsopyraanin (flavanin) tai 2-fenyylibentso- johdannaisia. gamma-pyroni (flavonit). Niiden luokittelu perustuu kolmihiilisen fragmentin hapetusasteeseen, sivufenyyliradikaalin asemaan, heterosyklin kokoon ja muihin ominaisuuksiin. Flavaanijohdannaisia ovat katekiinit, leukoantosyanidiinit ja antosyanidiinit; flavonien johdannaisiin - flavonit, flavonolit, flavanonit, flavanonolit. Flavonoideja ovat myös auronit (2-bentsofuranonin tai 2-bentsylideenikumaranonin johdannaiset), kalkonit ja dihydrokalkonit (yhdisteet, joissa on avoin pyraanirengas). Luonnossa vähemmän yleisiä ovat isoflavonoidit (jossa on fenyyliradikaali C3:ssa), neoflavonoidit (4-fenyylikromonin johdannaiset), biflavonoidit (dimeeriset yhdisteet, jotka koostuvat flavoneista, flavanoneista ja flavon-flavanoneista, jotka on yhdistetty C-C-sidoksella). Epätavallisia isoflavonoidijohdannaisia ovat mm pterocarpans Ja rotenoidit jotka sisältävät ylimääräisen heterosyklin. Pterokarpaanit ovat herättäneet huomiota sen jälkeen, kun on havaittu, että monilla niistä on rooli fytoaleksiinit jotka suorittavat suojaavia tehtäviä fytopatogeeneja vastaan. Rotenoni ja sen läheiset yhdisteet ovat myrkyllisiä hyönteisille, joten ne ovat tehokkaita hyönteismyrkkyjä.

kromonit- kondensaatiosta syntyvät yhdisteet gamma-pyroni- ja bentseenirenkaat (bentso- gamma-pyroni). Yleensä kaikissa tämän luokan yhdisteissä on metyyli- tai hydroksimetyyliryhmä (asyylioksimetyyli) asemassa 2. Ne luokitellaan samalla periaatteella kuin kumariinit: kromoniytimen kanssa kondensoituneiden syklien lukumäärän ja tyypin mukaan (bentsokromonit, furokromonit, pyranokromonit jne.).

Ekdysteroidit- polyoksisteroidiyhdisteet, joilla on hyönteisten hajoamishormonien aktiivisuutta ja niveljalkaisten muodonmuutoksia. Tunnetuimmat luonnolliset hormonit ovat alfa-ekdysoni ja beeta-ekdysoni (ekdysteroni). Ekdysonien rakenne perustuu steroidirunkoon, jossa 8 hiiliatomin alifaattinen ketju on kiinnittynyt kohtaan 17. Mukaan moderneja ideoita, todelliset ekdysteroidit sisältävät kaikki steroidiyhdisteet, joilla on IVY- renkaiden A ja B niveltymä, 6-ketoryhmä, kaksoissidos C7:n ja C8:n välillä ja 14- alfa-hydroksyyliryhmästä riippumatta niiden aktiivisuudesta sulkuhormonitestissä. Muiden substituenttien lukumäärä ja sijainti, mukaan lukien OH-ryhmät, ovat erilaisia. Fytoekdysteroidit ovat laajalle levinneitä sekundaarisia metaboliitteja (yli 150 erilaista rakennetta on tunnistettu) ja ne ovat vaihtelevampia kuin zooekdysteroidit. Hiiliatomien kokonaismäärä tämän ryhmän yhdisteessä voi olla 19 - 30.

Eteeriset öljyt- haihtuvat nestemäiset seokset eloperäinen aine, jotka ovat kasvien tuottamia ja aiheuttavat niiden hajua. Eteeristen öljyjen koostumus sisältää hiilivetyjä, alkoholeja, estereitä, ketoneja, laktoneita, aromaattisia komponentteja. Terpenoidiyhdisteet monoterpenoidien, seskviterpenoidien ja toisinaan diterpenoidien alaluokista ovat vallitsevia; lisäksi "aromaattiset terpenoidit" ja fenyylipropanoidit ovat melko yleisiä. Eteerisiä öljyjä (eetterin kantajia) sisältävät kasvit ovat laajalti edustettuina maailman kasvistossa. Niistä on erityisen paljon tropiikissa ja kuivissa subtrooppisissa kasveissa.

Suurin osa sekundaarisen aineenvaihdunnan tuotteista voidaan syntetisoida puhtaasti kemiallisesti laboratoriossa, ja joissain tapauksissa tällainen synteesi osoittautuu taloudellisesti kannattavaksi. Emme kuitenkaan saa unohtaa, että yrttilääkkeissä koko määrä on tärkeä. biologisia aineita kasaan kertynyt. Siksi synteesin mahdollisuus sinänsä ei ole ratkaiseva tässä mielessä.