التمثيل الغذائي للنباتات الأولية والثانوية. المستقلبات الأولية توصيف المستقلبات الأولية والثانوية
بغض النظر عن طريقة إجراء التمثيل الضوئي ، فإنه ينتهي في النهاية بتراكم المواد الاحتياطية الغنية بالطاقة ، والتي تشكل الأساس للحفاظ على النشاط الحيوي للخلية ، وفي النهاية ، الكائن الحي متعدد الخلايا بأكمله. هذه المواد هي نتاج التمثيل الغذائي الأولي. بالإضافة إلى وظيفتها الرئيسية ، فإن المستقلبات الأولية هي أساس التخليق الحيوي للمركبات ، والتي تسمى عادةً منتجات التمثيل الغذائي الثانوي. هذه الأخيرة ، التي تسمى غالبًا "المستقلبات الثانوية" ، "مُلزمة" تمامًا لوجودها في الطبيعة للمنتجات التي تكونت نتيجة لعملية التمثيل الضوئي. وتجدر الإشارة إلى أن تخليق المستقلبات الثانوية يتم بسبب الطاقة المنبعثة في الميتوكوندريا في عملية التنفس الخلوي.
تعتبر المستقلبات الثانوية موضوع دراسة الكيمياء الحيوية للنبات ، ولكن من المثير للاهتمام التعرف على الرسم التخطيطي (الشكل 1) ، الذي يوضح علاقتها الوراثية الحيوية مع المنتجات المباشرة لعملية التمثيل الضوئي.
الشكل 1. العلاقة الوراثية من المستقلبات الثانوية مع المنتجات المباشرة لعملية التمثيل الضوئي.
المستقلبات الثانوية: أصباغ ، قلويدات ، تانين ، جليكوسيدات ، أحماض عضوية
أصباغ
من بين أصباغ الفجوات ، الأكثر شيوعًا هي الأنثوسيانين والفلافون.
تنتمي الأنثوسيانين إلى مجموعة الجليكوسيدات مع المجموعات الفينولية. تختلف الأنثوسيانين في مجموعة واحدة عن الأخرى. ميزة مثيرة للاهتمام لهذا الصباغ هو أنه يغير لونه اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني لنسغ الخلية. مع تفاعل حمضي لعصير الخلية ، يلطخ الأنثوسيانين اللون الوردي ، مع لون محايد - أرجواني ، وأساسي - أزرق.
في بعض النباتات ، قد يتغير اللون مع تطور الأزهار. على سبيل المثال ، يحتوي عشب الخيار على براعم وردية ، والأزهار الناضجة زرقاء. من المفترض أنه بهذه الطريقة يشير النبات للحشرات إلى أنه جاهز للتلقيح.
يتراكم الأنثوسيانين ليس فقط في الزهور ، ولكن أيضًا في السيقان والأوراق والفواكه.
الأنثوكلور هو صبغة صفراء تنتمي إلى مركبات الفلافونويد. إنه أقل شيوعًا. يحتوي على أزهار أنثوكلور صفراء من اليقطين والضفادع والحمضيات.
يمكن أن يتراكم الصبغ المضاد أيضًا في نسغ الخلية ، مما يؤدي إلى تلطيخها باللون البني الداكن.
تشتمل القلويدات على مركبات حلقية غير متجانسة طبيعية تحتوي في الدورات ، بالإضافة إلى الكربون ، على ذرة نيتروجين واحدة أو أكثر ، وغالبًا ما يكون الأكسجين. هم قلوية. القلويات لها فعالية دوائية عالية ، لذلك فإن معظم النباتات الطبية هي قلويدات. يوجد أكثر من 20 قلويدات مختلفة ، بما في ذلك المورفين ، الثيباين ، الكودايين ، البابافيرين ، وغيرها في صناديق الخشخاش النائم. كما تعلم ، المورفين ، الذي له تأثيرات مسكنة ومضادة للصدمات ، يسبب النشوة: عندما يتم استخدامه بشكل متكرر ، يكون مؤلمًا. يتطور الإدمان عليها - إدمان المخدرات. يقلل Codeine من استثارة مركز السعال ، وهو جزء من مضادات السعال. يستخدم بابافيرين كعامل مضاد للتشنج لارتفاع ضغط الدم والذبحة الصدرية والصداع النصفي. الباذنجان ، الحوذان ، الزنبق غنية بالقلويدات.
العديد من نباتات القلويد سامة ولا تأكلها الحيوانات ؛ فهي تتأثر بشكل ضعيف بالأمراض الفطرية والبكتيرية.
الجليكوزيدات هي مشتقات سكر ممزوجة بالكحول والألدهيدات والفينولات والمواد الأخرى الخالية من النيتروجين. عند ملامستها للهواء ، تتفكك الجليكوسيدات ، وتنطلق رائحة لطيفة ، على سبيل المثال ، رائحة القش ، الشاي المخمر ، إلخ.
جليكوسيدات القلب والسابونين هي الأكثر استخدامًا في الممارسة العملية. جليكوسيدات القلب هي المبدأ النشط لنبات طبي معروف مثل زنبق الوادي. عرفت خصائصه الطبية لفترة طويلة جدًا ولم تفقد أهميتها حتى الآن. في السابق ، كان زنبق الوادي يستخدم لتحضير الأدوية للاستسقاء وأمراض القلب والصرع والحمى.
يأتي اسم الصابونين من خصائص الرغوة لهذه المركبات. يتمتع معظم ممثلي هذه المجموعة بنشاط بيولوجي عالٍ ، والذي يحدد التأثير العلاجي ، وبالتالي الاستخدام الطبي للمنشطات الحيوية المعروفة مثل الجينسنغ والعرق السوس والأراليا.
العفص (العفص) مشتقات الفينول. هم قابضون ومطهرون. تتراكم في الخلية على شكل محاليل غروانية وهي صفراء وحمراء وبنية. عند إضافة أملاح الحديد ، فإنها تكتسب لونًا أخضر مزرقًا ، والذي كان يستخدم سابقًا للحصول على الحبر.
يمكن أن يتراكم العفص بكميات كبيرة في أعضاء النبات المختلفة. يوجد الكثير منهم في ثمار السفرجل ، البرسيمون ، كرز الطيور ، في لحاء البلوط ، في أوراق الشاي.
يعتقد أن العفص يخدم مجموعة متنوعة من الوظائف. عندما يموت البروتوبلاست ، يتم تشريب جدران الخلايا بالعفص ومنحها مقاومة للتآكل. في الخلايا الحية ، يحمي العفص البروتوبلاست من الجفاف. من المفترض أيضًا أنهم يشاركون في تخليق ونقل السكريات.
إنتاج المستقلب الثانوي
من بين جميع المنتجات التي يتم الحصول عليها من خلال العمليات الميكروبية ، تعتبر المستقلبات الثانوية ذات أهمية قصوى. المستقلبات الثانوية ، وتسمى أيضًا idiolites ، هي مركبات منخفضة الوزن الجزيئي غير مطلوبة للنمو في الثقافة النقية. يتم إنتاجها بواسطة عدد محدود من المجموعات التصنيفية وغالبًا ما تكون مزيجًا من مركبات وثيقة الصلة تنتمي إلى نفس المجموعة الكيميائية. إذا كانت مسألة الدور الفسيولوجي للأيضات الثانوية في الخلايا المنتجة موضوع نقاش جاد ، فإن إنتاجها الصناعي له أهمية بلا شك ، لأن هذه المستقلبات عبارة عن مواد نشطة بيولوجيًا: بعضها له نشاط مضاد للميكروبات ، والبعض الآخر مثبطات محددة للإنزيمات ، والبعض الآخر عوامل النمو. ، العديد من النشاط الدوائي. تشمل المستقلبات الثانوية المضادات الحيوية والقلويدات وهرمونات نمو النبات والسموم. طورت صناعة المستحضرات الصيدلانية طرقًا متطورة للغاية لفحص الكائنات الدقيقة (الفرز الجماعي) لقدرتها على إنتاج مستقلبات ثانوية قيمة.
خدم إنتاج هذا النوع من المواد كأساس لإنشاء عدد من فروع الصناعة الميكروبيولوجية. الأول في هذه السلسلة كان إنتاج البنسلين. تم تطوير الطريقة الميكروبيولوجية لإنتاج البنسلين في الأربعينيات من القرن الماضي ووضعت الأساس للتكنولوجيا الحيوية الصناعية الحديثة.
تتنوع جزيئات المضادات الحيوية في تكوينها وآلية عملها على الخلية الميكروبية. في الوقت نفسه ، بسبب ظهور مقاومة الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض للمضادات الحيوية القديمة ، هناك حاجة مستمرة لمضادات حيوية جديدة. في بعض الحالات ، يمكن تحويل منتجات المضادات الحيوية الميكروبية كيميائيًا أو إنزيميًا إلى ما يسمى بالمضادات الحيوية شبه الاصطناعية ، والتي لها خصائص علاجية أعلى.
المضادات الحيوية مركبات عضوية. يتم تصنيعها بواسطة خلية حية وهي قادرة على إبطاء تطور أو تدمير أنواع الكائنات الحية الدقيقة الحساسة لها بتركيزات صغيرة. لا يتم إنتاجها فقط بواسطة خلايا الكائنات الحية الدقيقة والنباتات ، ولكن أيضًا عن طريق الخلايا الحيوانية. تسمى المضادات الحيوية العشبية مبيدات الفيتون. هذه هي الكلورلين والطماطم والساتيفين المشتقة من الثوم وألين المشتقة من البصل.
يمكن وصف نمو الكائنات الحية الدقيقة بأنه منحنى على شكل حرف S. المرحلة الأولى هي مرحلة النمو السريع ، أو اللوغاريتمي ، والتي تتميز بتركيب المستقلبات الأولية. ثم تبدأ مرحلة النمو البطيء ، عندما تتباطأ الزيادة في الكتلة الحيوية للخلية بشكل حاد. تمر الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج مستقلبات ثانوية أولاً بمرحلة من النمو السريع ، طور التروبوفيز ، حيث يكون تخليق المواد الثانوية غير مهم. عندما يتباطأ النمو بسبب استنفاد واحد أو أكثر من المغذيات الأساسية في وسط الاستزراع ، فإن الكائن الدقيق يدخل في طور مجهول ؛ خلال هذه الفترة يتم تصنيع الأصناف. لا تلعب الأديوليت ، أو المستقلبات الثانوية ، دورًا واضحًا في عمليات التمثيل الغذائي ، فهي تنتجها الخلايا للتكيف مع الظروف البيئية ، على سبيل المثال ، من أجل الحماية. لا يتم تصنيعها بواسطة جميع الكائنات الحية الدقيقة ، ولكن بشكل رئيسي عن طريق البكتيريا الخيطية والفطريات والبكتيريا المكونة للجراثيم. وبالتالي ، فإن منتجي المستقلبات الأولية والثانوية ينتمون إلى مجموعات تصنيفية مختلفة.
يجب أن تؤخذ خصائص النمو الثقافي لهذه الكائنات الدقيقة في الاعتبار أثناء الإنتاج. على سبيل المثال ، في حالة المضادات الحيوية ، تكون معظم الكائنات الحية الدقيقة في عملية التروبوفاز حساسة للمضادات الحيوية الخاصة بها ، ولكنها تصبح مقاومة لها خلال المرحلة المعرفية.
من أجل حماية الكائنات الحية الدقيقة المنتجة للمضادات الحيوية من التدمير الذاتي ، من المهم الوصول بسرعة إلى المرحلة المعرفية ومن ثم استنبات الكائنات الحية الدقيقة في هذه المرحلة. يتم تحقيق ذلك من خلال تغيير أنظمة الزراعة وتكوين وسط المغذيات في مراحل النمو السريع والبطيء.
تعتبر مزارع الخلايا والأنسجة النباتية مصدرًا محتملاً لنواتج أيضية ثانوية محددة ، والتي تشمل مركبات مثل القلويات والستيرويدات والزيوت والأصباغ. لا يزال يتم الحصول على العديد من هذه المواد عن طريق الاستخراج من النباتات. لا تنطبق طرق الصناعة الميكروبيولوجية حاليًا على جميع أنواع النباتات. باستثناء بعض الأنواع النباتية ، تقوم مزارع الخلايا المعلقة والكالس بتجميع المستقلبات الثانوية بكميات أقل من النباتات الكاملة. في هذه الحالة ، يمكن أن يكون نمو الكتلة الحيوية في المخمر مهمًا.
نهج جديد يهدف إلى زيادة إنتاجية المستقلبات الثانوية هو تجميد الخلايا والأنسجة النباتية. تم إجراء أول محاولة ناجحة لإصلاح خلايا كاملة في عام 1966 بواسطة Mosbach. قام بتثبيت خلايا الحزاز Umbilicaria pustulata في هلام بولي أكريلاميد. في العام التالي ، نما فان فيزيل خلايا جنينية حيوانية مثبتة على ميكروبيدات DEAE (ثنائي إيثيل أمين إيثيل سيفاديكسا ، على أساس ديكستران). بعد ذلك ، تم تجميد الخلايا على ركائز مختلفة. كانت هذه بشكل رئيسي خلايا الكائنات الحية الدقيقة.
تنقسم طرق تجميد الخلية إلى 4 فئات:
تجميد الخلايا أو العضيات تحت الخلوية في ركيزة خاملة. على سبيل المثال ، خلايا Catharanthus roseus ، و Digitalis lanata في الجينات ، وحبات الاغاروز ، والجيلاتين ، إلخ. تتضمن الطريقة تغليف الخلايا بواحدة من وسائط التدعيم المختلفة - الجينات ، أجار ، الكولاجين ، بولي أكريلاميد.
امتزاز الخلايا على ركيزة خاملة. تلتصق الخلايا بالكرات المشحونة من الجينات والبوليسترين والبولي أكريلاميد. تم استخدام الطريقة في التجارب على الخلايا الحيوانية ، وكذلك خلايا Saccharomyces uvarum ، S. cerevisiae ، المبيضات الاستوائية ، E. coli.
امتزاز الخلايا على ركيزة خاملة باستخدام الجزيئات البيولوجية (مثل الليكتين). نادرًا ما يتم استخدامه ، وهناك معلومات حول التجارب التي أجريت على خطوط الخلايا البشرية المختلفة ، وكريات الدم الحمراء ، والممتزة على الاغاروز المغلف بالبروتين.
الرابطة التساهمية مع ناقل خامل آخر مثل CMC. نادرًا ما يتم استخدامه وقد عُرف عنه نجاحه في شل حركة Micrococcus luteus. في الأساس ، أجريت تجارب على تجميد الخلايا والكائنات الحية الدقيقة.
في الآونة الأخيرة ، زاد الاهتمام بتثبيت الخلايا النباتية بشكل كبير ، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الخلايا المعطلة لها مزايا معينة على الكالس ومزارع التعليق عند استخدامها للحصول على مستقلبات ثانوية.
الأساس الفسيولوجي لمزايا الخلايا النباتية المعطلة على طرق الزراعة التقليدية
هناك العديد من البيانات في الأدبيات التي تشير إلى وجود علاقة إيجابية بين تراكم المستقلبات الثانوية ودرجة التمايز في ثقافة الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم ترسيب اللجنين ، على سبيل المثال ، في القصبات وعناصر الأوعية الدموية في نسيج الخشب فقط بعد الانتهاء من عمليات التمايز ، والتي تم عرضها في التجارب في كل من الجسم الحي وفي المختبر. تشير البيانات التي تم الحصول عليها إلى أن تمايز وتراكم المنتجات الأيضية الثانوية يحدث في نهاية دورة الخلية. مع انخفاض النمو ، يتم تسريع عمليات التمايز.
أظهرت دراسة محتوى القلويدات المتراكمة من قبل العديد من النباتات في المختبر أن مزارع الخلايا المدمجة بطيئة النمو تحتوي على قلويدات بكميات أكبر من الثقافات السائبة سريعة النمو. تنظيم الخلايا ضروري لعملية التمثيل الغذائي الطبيعي. إن وجود التنظيم في الأنسجة وتأثيره اللاحق على التدرجات الفيزيائية والكيميائية المختلفة هي مؤشرات واضحة تختلف بها الثقافات عالية ومنخفضة الإنتاجية. من الواضح أن تجميد الخلايا يوفر الظروف التي تؤدي إلى التمايز ، وينظم تنظيم الخلايا ، وبالتالي يساهم في إنتاجية عالية من المستقلبات الثانوية.
تتمتع الخلايا المجمدة بالعديد من المزايا:
1. الخلايا المجمدة في أو على ركيزة خاملة تشكل كتلة حيوية أبطأ بكثير من تلك التي تنمو في مزارع المعلق السائل.
ما العلاقة بين النمو والتمثيل الغذائي؟ ما علاقة التنظيم الخلوي والتمايز به؟ يُعتقد أن هذه العلاقة ترجع إلى نوعين من الآليات. تعتمد الآلية الأولى على حقيقة أن النمو يحدد درجة تكدس الخلايا ، ويكون لها تأثير غير مباشر على تخليق المستقلبات الثانوية. التنظيم في هذه الحالة هو نتيجة تجميع الخلايا ، ولا يمكن الحصول على درجة كافية من التجميع إلا في الثقافات التي تنمو ببطء. تتعلق الآلية الثانية بحركية معدل النمو وتقترح أن المسارات الأيضية "الأولية" و "الثانوية" تتنافس بطرق مختلفة على السلائف في الخلايا التي تنمو بسرعة وببطء. إذا كانت الظروف البيئية مواتية للنمو السريع ، يتم تصنيع المستقلبات الأولية أولاً. إذا تم حظر النمو السريع ، يبدأ تكوين المستقلبات الثانوية. وبالتالي ، فإن معدل النمو المنخفض للخلايا المعطلة يساهم في إنتاجية عالية من المستقلبات.
2. بالإضافة إلى النمو البطيء ، فإن تجميد الخلايا يسمح لها بالنمو في اتصال جسدي وثيق مع بعضها البعض ، مما له تأثير مفيد على الاتصالات الكيميائية.
في النبات ، تكون أي خلية محاطة بخلايا أخرى ، لكن موقعها يتغير أثناء التكون نتيجة لانقسام كل من هذه الخلايا والخلايا المحيطة بها. تعتمد درجة ونوع التمايز لهذه الخلية على موضع الخلية في النبات. وبالتالي ، تؤثر البيئة المادية للخلية على عملية التمثيل الغذائي. كيف؟ يخضع تنظيم تخليق المستقلبات الثانوية للتحكم الوراثي والجيني (خارج النواة) ، أي أن أي تغييرات في السيتوبلازم يمكن أن تؤدي إلى تغييرات كمية ونوعية في تكوين المستقلبات الثانوية. بدوره ، السيتوبلازم هو نظام ديناميكي يتأثر بالبيئة.
من الظروف الخارجية ، هناك عاملان مهمان لهما تأثير كبير على عملية التمثيل الغذائي: تركيز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ، وكذلك مستوى الإضاءة. يلعب الضوء دورًا في كل من عملية التمثيل الضوئي والعمليات الفسيولوجية مثل انقسام الخلايا ، وتوجيه الألياف الدقيقة ، وتنشيط الإنزيمات. يتم تحديد شدة وطول الموجة الضوئية من خلال موضع الخلية في كتلة الخلايا الأخرى ، أي أنها تعتمد على درجة تنظيم الأنسجة. في هيكل منظم ، توجد تدرجات طرد مركزي لتركيز O2 و CO2 ، والتي تلعب دورًا مهمًا للغاية في عملية التمايز.
وبالتالي ، يختلف التمثيل الغذائي الثانوي في مجاميع الخلايا الكبيرة مع نسبة مساحة صغيرة إلى حجم (S / V) عن تلك الموجودة في الخلايا المعزولة ومجموعات الخلايا الصغيرة نتيجة لتأثير تدرجات تركيز الغاز. تعمل تدرجات منظمات النمو والمغذيات والضغط الميكانيكي بطريقة مماثلة. تختلف الظروف البيئية للخلايا والخلايا المشتتة في شكل مجاميع ، وبالتالي تختلف مساراتها الأيضية أيضًا.
3. من الممكن أيضًا تنظيم إنتاج المستقلبات الثانوية عن طريق تغيير التركيب الكيميائي للبيئة.
التغييرات في تكوين الوسط للكالس والثقافات المعلقة مصحوبة ببعض التلاعب المادي بالخلايا ، مما قد يؤدي إلى تلف أو تلوث الثقافات. يمكن التغلب على هذه الصعوبات عن طريق تدوير كميات كبيرة من وسط المغذيات حول الخلايا غير المتحركة جسديًا ، مما يسمح بمعالجات كيميائية متتابعة.
4. في بعض الحالات ، هناك مشاكل مع عزل الاصطلاحات.
عند استخدام الخلايا المعطلة ، من السهل نسبيًا معالجتها بمواد كيميائية تحث على إطلاق المنتجات المرغوبة. كما أنه يقلل من تثبيط التغذية المرتدة ، مما يحد من تخليق المواد بسبب تراكمها داخل الخلية. الخلايا المزروعة لبعض النباتات ، على سبيل المثال ، الفليفلة frutescens ، تطلق مستقلبات ثانوية في البيئة ، ويسمح نظام الخلية المعطلة باختيار المنتجات دون الإضرار بالمزارع. وبالتالي ، فإن تجميد الخلايا يسهل العزل السهل للأيديوليت.
قائمة الأدب المستخدم:
1. "علم الأحياء الدقيقة: قاموس المصطلحات" ، Firsov N.N. ، M: Bustard ، 2006
2. المواد الخام الطبية من أصل نباتي وحيواني. العقاقير: كتاب مدرسي / محرر. جي بي ياكوفليفا. SPb.: SpetsLit، 2006.845 ص.
3. Shabarova Z. A.، Bogdanov A. A.، Zolotukhin A. S. الأسس الكيميائية للهندسة الوراثية. - م: دار النشر بجامعة موسكو الحكومية ، 2004 ، 224 ص.
4. Chebyshev NV، Grineva G.G.، Kobzar M.V.، Gulyankov S.I. علم الأحياء ، موسكو ، 2000
المواد الخام الطبية من أصل نباتي وحيواني. العقاقير: كتاب مدرسي / محرر. جي بي ياكوفليفا. SPb.: SpetsLit، 2006.845 ص.
Shabarova Z. A.، Bogdanov A. A.، Zolotukhin A. S. الأسس الكيميائية للهندسة الوراثية. - م: دار النشر بجامعة موسكو الحكومية ، 2004 ، 224 ص.
من وجهة نظر التولد الحيوي ، تعتبر المضادات الحيوية مستقلبات ثانوية. المستقلبات الثانوية هي منتجات طبيعية منخفضة الوزن الجزيئي 1) يتم تصنيعها فقط بواسطة بعض أنواع الكائنات الحية الدقيقة ؛ 2) لا تؤدي أي وظائف واضحة أثناء نمو الخلية وغالبًا ما تتشكل بعد توقف نمو الثقافة ؛ تفقد الخلايا التي تصنع هذه المواد بسهولة قدرتها على التوليف نتيجة للطفرات ؛ 3) غالبًا ما يتم تشكيلها كمجمعات من المنتجات المماثلة.
المستقلبات الأولية هي منتجات أيضية طبيعية للخلية ، مثل الأحماض الأمينية ، والنيوكليوتيدات ، والإنزيمات المساعدة ، وما إلى ذلك ، الضرورية لنمو الخلية.
العلاقة بين الابتدائية
والتمثيل الغذائي الثانوي
تتكون دراسة التخليق الحيوي للمضادات الحيوية من إنشاء سلسلة من التفاعلات الأنزيمية يتم خلالها تحويل واحد أو أكثر من المستقلبات الأولية (أو المنتجات الوسيطة لتكوينها الحيوي) إلى مضاد حيوي. يجب أن نتذكر أن تكوين المستقلبات الثانوية ، خاصة بكميات كبيرة ، مصحوب بتغيرات كبيرة في التمثيل الغذائي الأولي للخلية ، لأنه في هذه الحالة يجب على الخلية توليف مادة البداية ، وتوفير الطاقة ، على سبيل المثال في شكل ATP ، والإنزيمات المساعدة المخفضة. لذلك ليس من المستغرب أنه عند مقارنة السلالات التي تصنع المضادات الحيوية مع سلالات غير قادرة على تركيبها ، توجد اختلافات كبيرة في تركيز الإنزيمات التي لا تشارك بشكل مباشر في تخليق هذا المضاد الحيوي.
- الممرات الحيوية الرئيسية
تفاعلات التخليق الحيوي للمستقلبات الأولية ، بالطبع ، مع بعض الاستثناءات (على سبيل المثال ، هناك مضادات حيوية تحتوي على مجموعة نيترو - مجموعة وظيفية لا تحدث أبدًا في المستقلبات الأولية والتي تتشكل أثناء أكسدة محددة للأمينات).
يمكن تقسيم آليات التخليق الحيوي للمضادات الحيوية إلى ثلاث فئات رئيسية.
- المضادات الحيوية مشتقة من مستقلب أولي واحد. يتكون مسار تركيبها الحيوي من سلسلة من التفاعلات التي تعدل المنتج الأصلي بنفس الطريقة كما في تركيب الأحماض الأمينية أو النيوكليوتيدات.
- مضادات حيوية مشتقة من مستقلبين أو ثلاثة مستقلبات أولية مختلفة يتم تعديلها وتكثيفها لتشكيل جزيء معقد. لوحظت حالات مماثلة في التمثيل الغذائي الأولي أثناء تخليق بعض الإنزيمات المساعدة ، على سبيل المثال حمض الفوليك أو أنزيم أ.
- المضادات الحيوية التي تنشأ من نواتج بلمرة العديد من المستقلبات المتشابهة مع تكوين بنية أساسية ، والتي يمكن تعديلها لاحقًا في سياق تفاعلات أنزيمية أخرى.
تشبه هذه العمليات عمليات البلمرة ، والتي توفر تكوين بعض مكونات الغشاء وجدار الخلية.
يجب التأكيد على أن البنية الأساسية التي يتم الحصول عليها عن طريق البلمرة عادة ما يتم تعديلها بشكل أكبر ؛ يمكن حتى أن ينضم إليها بواسطة جزيئات تكونت بواسطة مسارات تخليق حيوي أخرى. تعتبر المضادات الحيوية الجليكوزيدية شائعة بشكل خاص - منتجات تكثيف واحد أو أكثر من السكريات بجزيء تم تصنيعه في المسار 2.
د- توليف عائلة من المضادات الحيوية
غالبًا ما تصنع سلالات من الكائنات الحية الدقيقة العديد من المضادات الحيوية القريبة كيميائيًا وبيولوجيًا والتي تشكل "عائلة" (مركب مضاد حيوي). إن تكوين "العائلات" ليس من سمات التخليق الحيوي فقط
المضادات الحيوية ، ولكنها خاصية شائعة لعملية التمثيل الغذائي الثانوية المرتبطة بحجم كبير إلى حد ما من المنتجات الوسيطة. يتم إجراء التخليق الحيوي لمجمعات المركبات ذات الصلة في سياق المسارات الأيضية التالية.
- التخليق الحيوي للمستقلب "الرئيسي" في أحد المسارات الموضحة في القسم السابق.
NS
OKUC / I.
ريفاميسين ب
بروتاريفاميسين أنا ح
Z-atna-5- حمض هيدروكسي بنزويك + ج "وحدات ميثيل مالانات + وحدتان مالونات
- تعديل مستقلب رئيسي باستخدام تفاعلات شائعة إلى حد ما ، على سبيل المثال ، عن طريق أكسدة مجموعة ميثيل لمجموعة كحول ثم إلى كربوكسيل واحد ، وتقليل الروابط المزدوجة ، ونزع الهيدروجين ، والميثيل ، والأسترة ، إلخ.
- يمكن أن يكون نفس المستقلب ركيزة لاثنين أو أكثر من هذه التفاعلات ، مما يؤدي إلى تكوين منتجين مختلفين أو أكثر ، والتي بدورها يمكن أن تخضع لتحولات مختلفة بمشاركة الإنزيمات ، مما يؤدي إلى ظهور "شجرة التمثيل الغذائي".
- يمكن أن يتشكل المستقلب نفسه في مسارين مختلفين (أو أكثر) ، يكون فيهما فقط
ترتيب التفاعلات الأنزيمية ، مما أدى إلى ظهور "شبكة التمثيل الغذائي".
(زريثروميسين ب)
ردود الفعل ، ترتيبها غير معروف ، يتم تحويل البروتوريفاميسين الأول إلى ريفاميسين دبليو وريفاميسين إس ، مما يكمل جزءًا من التركيب باستخدام مسار واحد ("جذع" الشجرة). Rifamycin S هي النقطة الأولية لتفرع العديد من المسارات البديلة: يؤدي التكثيف مع جزء ثنائي الكربون إلى ظهور ريفاميسين O ورافاميسين L و B. وهذا الأخير ، نتيجة لأكسدة سلسلة ansa ، يتم تحويله إلى ريفاميسين Y. يؤدي انقسام جزء من كربون واحد أثناء أكسدة الريفاميسين S إلى تكوين ريفاميسين G ، ونتيجة لتفاعلات غير معروفة ، يتم تحويل ريفاميسين S إلى ما يسمى مجمع ريفاميسين (ريفاميسين A و C و D و E). يؤدي أكسدة مجموعة الميثيل في C-30 إلى ظهور ريفاميسين R.
المستقلب الرئيسي لعائلة الإريثروميسين هو الإريثرونوليد B (Er B) ، والذي يتم تحويله إلى الإريثروميسين A (المستقلب الأكثر تعقيدًا) عن طريق التفاعلات الأربعة التالية (الشكل 6.2): 1) الارتباط بالجليكوزيل في الموضع 3 من PU
التكثيف مع micarose (Mic.) (رد فعل I) ؛ 2) تحول mycarose إلى cladinose (كلاد.) نتيجة مثيلة (رد فعل II) ؛ 3) تحويل الإريثرونوليد B إلى إريثرونوليد A (Er.A) نتيجة التحلل المائي في الموضع 12 (التفاعل III) ؛ 4) التكثيف باستخدام الديسوزامين (Des.) في الموضع 5 (رد الفعل الرابع).
نظرًا لأن ترتيب هذه التفاعلات الأربعة يمكن أن يختلف ، فمن الممكن وجود مسارات استقلابية مختلفة ، وتشكل معًا شبكة التمثيل الغذائي الموضحة في الشكل. 6.2 وتجدر الإشارة إلى أن هناك أيضًا مسارات هي مزيج من شجرة وشبكة.
مستقلبات النبات الثانوية
دخلت مصطلحات "المستقلبات الثانوية" و "التمثيل الغذائي الثانوي" إلى مفردات علماء الأحياء في نهاية القرن التاسع عشر بيد البروفيسور كوسيل الخفيفة. في عام 1891 في برلين ، ألقى محاضرة في اجتماع الجمعية الفسيولوجية ، والتي كانت تسمى "حول التركيب الكيميائي للخلايا". في هذه المحاضرة ، التي نُشرت في نفس العام في Archiv für Physiologie ، اقترح تقسيم المواد التي تتكون منها الخلية إلى مواد أولية وثانوية. "بينما توجد المستقلبات الأولية في كل خلية نباتية مقسمة ، فإن المستقلبات الثانوية موجودة في الخلايا فقط" بشكل عرضي "وليست ضرورية للحياة النباتية.
ربما يشير التوزيع العشوائي لهذه المركبات ، وظهورها غير المنتظم في أنواع نباتية وثيقة الصلة ، إلى أن تركيبها مرتبط بعمليات ليست جزءًا لا يتجزأ من كل خلية ، ولكنها ذات طبيعة ثانوية ... أقترح تسمية المركبات الموجودة المهم لكل خلية هو الأساسي ، والمركبات غير الموجودة في أي خلية نباتية ثانوية. " ومن ثم ، يصبح أصل اسم "المستقلبات الثانوية" واضحًا - فهذا يعني ثانوي ، "عرضي".
نطاق مركبات التمثيل الغذائي الأساسي واضح - وهي في الأساس بروتينات ودهون وكربوهيدرات و
احماض نووية. صحيح أن كوسيل اعتبر فقط بضع مئات من المركبات منخفضة الجزيئات ضرورية لكل خلية نباتية مقسمة لتكون مستقلبات أولية. حتى وقت قريب ، لم تكن المستقلبات الثانوية أيضًا موضع جدل كبير. بينما يتفق مع Kossel ، يعتقد معظم الباحثين أن هذه كانت بعض "الانحرافات" في التمثيل الغذائي ، والتجاوزات المقبولة. حتى أن مثل هذه المركبات تسمى أحيانًا "المواد الفاخرة للخلايا" في الأدبيات.
تم الحصول على الغالبية العظمى من العوامل النشطة من النباتات. كان أول مركب من هذا القبيل هو المورفين - المورفين القلوي ، الذي تم عزله عام 1803 من الأفيون (العصير المجفف لقرون الخشخاش) بواسطة الصيدلي الألماني Zertuner. في الواقع ، يمكن اعتبار هذا الحدث بداية دراسة المستقلبات الثانوية للنباتات العليا.
ثم جاء دور قلويدات أخرى. حصل أستاذ جامعة خاركوف FI Gize في عام 1816 على مادة الكيناين من لحاء شجرة الكينا ، ولكن هذا لم يلاحظه أحد عمليًا ، ويعزو العديد من الباحثين اكتشاف قلويدات الكينا إلى Desos ، الذي عزل الكينين والسينكونين في شكل نقي فقط في عام 1820.
في عام 1818 ، عزل Kavantu و Peletier الإستركنين من القيء (بذور chilebukha Strychnos nux-vomica L.) ؛ وجد رونج مادة الكافيين في القهوة عام 1920 ؛ في عام 1826 اكتشف Giesecke الكونيين في الشوكران (Conium maculatum L) ؛ في عام 1828 ، عزل بوسيل ورايمان النيكوتين من التبغ ؛ في عام 1831 حصل ماين على الأتروبين من البلادونا (Atropa beladonna L.).
لا تقتصر الاستخدامات العلاجية للتنوع البيولوجي على الفطريات المنتجة للمضادات الحيوية والفطريات الشعاعية. على وجه الخصوص ، تتميز النباتات بمجموعة متنوعة مذهلة من العمليات التركيبية ، والتي يتم تمثيل المنتجات النهائية منها بمركبات من التركيب الكيميائي الأكثر تنوعًا. في الطب الحديث ، يتم استخدام الأحماض الدهنية والزيوت والسكريات النباتية وكذلك المستقلبات الثانوية المتنوعة بشكل مدهش. يتميز التمثيل الغذائي الثانوي ، على عكس التمثيل الغذائي الأساسي المشترك بين جميع الكائنات الحية ، بالأصالة التصنيفية. التمثيل الغذائي الثانوي للنبات هو سمة من سمات الخلايا والأنسجة النباتية المتمايزة ، وهو متأصل فقط في الأعضاء المتخصصة ، ويقتصر على مراحل معينة من دورة الحياة. تشمل الفئات الرئيسية من المستقلبات الثانوية قلويدات ، إيزوبرينويدات ، ومركبات فينولية. تصنع النباتات أيضًا جليكوسيدات السيانوجين ، بوليكيتيدات ، فيتامينات. من بين 30 نوعًا معروفًا من الفيتامينات ، يدخل حوالي 20 نوعًا من الفيتامينات إلى جسم الإنسان مع الأطعمة النباتية. يتم عرض بعض فئات المركبات المدرجة ، وكذلك النباتات التي تم عزلها منها في الجدول
نواتج الأيض الثانوية مصدر النبات
قلويدات الخشخاش الحبوب المنومة. بلادونا البلادونا. نكة. راولفيا. اللحلاح. الكينا. تبغ.
الايزوبرينويدات:
شجرة الطقسوس تاكسولا
جليكوسيدات القلب ، أو الكاردينوليد الديجيتال. ليانا ستروفانت. قد زنبق الوادي.
جليكوسيدات ترايتيربين ، أو صابونين الجينسنغ. عرق السوس. أراليا.
جليكوسيدات الستيرويد ديوسكوريا ليانا.
مركبات فينوليه:
الفلافونويد عرق السوس. موذرورت. الخلود.
قلويدات. حتى الآن ، تم التعرف على حوالي 10 آلاف قلويدات ، ولها نشاط دوائي مرتفع. عادة لا يتجاوز محتوى القلويات في المواد النباتية نسبة قليلة ، ولكن في لحاء شجرة الكينا تصل قيمتها إلى 15-20٪. يمكن أن تتركز القلويدات في أعضاء وأنسجة مختلفة. علاوة على ذلك ، غالبًا ما تتراكم في الأنسجة الخطأ ، حيث يتم تصنيعها. على سبيل المثال ، يتم تصنيع النيكوتين في جذور التبغ وتخزينه في الأوراق. من أشهر القلويدات المورفين والكوديين والبابافيرين ، والتي تم عزلها من كبسولات الحبوب المنومة (Papaver somniferum). تعتبر قلويدات بلادونا (Atropa belladonna) ، والتي تسمى أيضًا "ذهولًا نعسانًا" ، جزءًا من العديد من الأدوية ، مثل بيسالول ، بلالجين ، بيلاتامينال ، سولوتان. القلويات من نكة نبات (Catharanthus roseus) - فينبلاستين وفينكريستين - منتشرة على نطاق واسع في علم الأورام الحديث ، ويستخدم ريزيربين وأيمالين من جذور راوفولفيا سيربنتينا كأدوية نفسية وخفض ضغط الدم.
الايزوبرينويدات. من حيث عدد المركبات المعزولة ، تتفوق الأيزوبرينويدات على جميع الفئات الأخرى من المستقلبات الثانوية (هناك أكثر من 23 ألف منها) ، ولكن من حيث النشاط الدوائي فهي أدنى من القلويات. تشمل هذه المجموعة مركبات من هياكل مختلفة. لا يمكن استبدال بعضها بعقاقير اصطناعية ، على سبيل المثال ، التاكسول المعزول من لحاء شجرة الطقسوس. وهي نشطة للغاية في تثبيط الخلايا ، وتعمل على الخلايا السرطانية بجرعات صغيرة جدًا. إنهم يعلقون عليهم حاليًا آمالًا كبيرة في علم الأورام.
تتكون المجموعة الأكثر أهمية من الإيزوبرينويدات من جليكوسيدات القلب أو الكاردينويدات. على سبيل المثال ، تم عزل حوالي 50 كاردينوليد ، بما في ذلك الديجيتوكسين ، من نوعين من قفاز الثعلب الأرجواني (Digitalis purpurea) وقفاز الثعلب الصوفي (D. lanata). جليكوسيد k-strophantoside الطبيعي ، وهو أداة لا غنى عنها لتقديم الإسعافات الأولية ، أصبح مستخدمًا على نطاق واسع في الممارسة الطبية: فهو يعمل على القلب في 1-3 دقائق. بعد الحقن في الوريد. يتم عزل هذا الدواء من بذور Strophanthus kombe vine ، التي تنمو في الغابات الاستوائية في إفريقيا ، حيث استخدم السكان المحليون عصارة هذا النبات كسم للسهام. جليكوسيدات القلب من زنبق الوادي (Cjnvallaria majalis) تتفوق في نشاطها على جليكوسيدات القلب الأخرى (مثل الديجيتوكسين).
المجموعات الأخرى من الإيزوبرينويدات المهمة للطب هي جليكوسيدات ترايتيربين ، أو السابونين. يتمتع معظم ممثلي هذه المجموعة بنشاط بيولوجي عالٍ ، والذي يحدد تأثيرهم العلاجي واستخدام المنشطات الحيوية المعروفة مثل الجينسنغ ، والأراليا ، والعرق السوس.
تختلف الجليكوسيدات الستيرويدية في النشاط البيولوجي عن تلك التي ترايتيربين. بالنسبة للطب الحديث ، فهو مادة البداية لتركيب العديد من الهرمونات ووسائل منع الحمل. منذ الأربعينيات من القرن الماضي ، تم استخدام ديوسجينين الجليكوزيد من جذور أنواع مختلفة من الكروم من جنس ديوسكوريا بشكل أساسي للحصول على المواد الخام الستيرويدية. حاليًا ، يتم الحصول على أكثر من 50 ٪ من جميع أدوية الستيرويد منه. كشفت الدراسات الحديثة عن خصائص أخرى مهمة للطب في مركبات هذه المجموعة.
مركبات فينوليه. مجموعة المركبات الفينولية الأكثر عددًا وانتشارًا في النباتات هي مركبات الفلافونويد. تتراكم في جذور عرق السوس (Glycyrrhiza glabra) وعشب Motherwort (Leonurus cordiaca) وزهور الخلود (Helichryzum arenarium). تتميز مركبات الفلافونويد بمجموعة واسعة من الإجراءات الدوائية. لديهم تأثير مفرز الصفراء ، مبيد للجراثيم ، مضاد للتشنج ، مقوي للقلب ، ويقلل من هشاشة ونفاذية الأوعية الدموية (على سبيل المثال ، الروتين) ، وهي قادرة على ربط وإزالة النويدات المشعة من الجسم ، ولها أيضًا تأثير مضاد للسرطان.
لا تزال إمكانيات التخليق الحيوي المذهلة للنباتات بعيدة المنال. من بين 250 ألف نوع تعيش على الأرض ، لم يتم مسح أكثر من 15٪ منها ، ولم يتم الحصول إلا على مزارع الخلايا لبعض النباتات الطبية. وبالتالي ، فإن مزارع الخلايا من الجينسنغ و dioscorea هي أساس عملية التكنولوجيا الحيوية لإنتاج ترايتيربين و جليكوسيدات الستيرويد. يتم تعليق آمال كبيرة على إدخال هذه التقنيات الجديدة ، حيث يمكن استخدام العديد من النباتات النادرة أو التي لا تنمو على الإطلاق في ظروفنا المناخية في شكل الكالس أو المحاصيل المعلقة. لسوء الحظ ، تسبب الطبيعة التكنولوجية للحضارة على كوكبنا أضرارًا لا يمكن إصلاحها للنباتات البرية. ليس فقط المحيط الحيوي للأرض ، البيئة البشرية ، هو الذي يتغير ، ولكن يتم تدمير مستودعات ضخمة غير مستكشفة للصحة وطول العمر.
ديوكسيا- ظهور مرحلة أو أكثر من المراحل الانتقالية (أي مؤقتة) للنمو في الثقافة. يحدث هذا عندما تكون البكتيريا في بيئة تحتوي على مصدرين أو أكثر من مصادر الغذاء البديلة. في كثير من الأحيان ، تستخدم البكتيريا مصدرًا واحدًا ، مفضلة إياه على مصدر آخر ، حتى ينضب هذا المصدر الأول. ثم تتحول البكتيريا إلى مصدر غذاء مختلف. ومع ذلك ، فقد تباطأ النمو بشكل ملحوظ حتى قبل حدوث التغيير في مصدر الطاقة. ومن الأمثلة على ذلك بكتيريا الإشريكية القولونية ، وهي بكتيريا توجد بشكل شائع في الأمعاء. يمكن أن يستخدم الجلوكوز أو اللاكتوز كمصدر للطاقة والكربون. في حالة وجود كلا الكربوهيدرات ، يتم استخدام الجلوكوز أولاً ، ثم يتباطأ النمو حتى يتم إنتاج إنزيمات تخمير اللاكتوز.
تشكيل المستقلبات الأولية والثانوية
المستقلبات الأوليةهي منتجات التمثيل الغذائي اللازمة للنمو والبقاء على قيد الحياة.
المستقلبات الثانوية- منتجات التمثيل الغذائي غير المطلوبة للنمو وليست ضرورية للبقاء على قيد الحياة. ومع ذلك ، فإنها تؤدي وظائف مفيدة وغالبًا ما تحمي من عمل الكائنات الحية الدقيقة الأخرى المتنافسة أو تمنع نموها. بعضها سام للحيوانات ، لذا يمكن استخدامها كأسلحة كيميائية. في أكثر فترات النمو نشاطًا ، غالبًا ما لا تتشكل ، ولكنها تبدأ في الإنتاج عندما يتباطأ النمو ، عندما تصبح المواد الاحتياطية متاحة. بعض المضادات الحيوية الهامة هي مستقلبات ثانوية.
قياس نمو البكتيريا والفطريات في المزرعة
في القسم السابق ، قمنا بتحليل منحنى نمو البكتيريا النموذجي... يمكن توقع أن نفس المنحنى يميز نمو الخميرة (الفطريات أحادية الخلية) أو نمو أي ثقافة للكائنات الحية الدقيقة.
عند تحليل نمو البكتيرياأو الخميرة ، يمكننا إما حساب عدد الخلايا بشكل مباشر ، أو قياس بعض المعلمات التي تعتمد على عدد الخلايا ، على سبيل المثال ، تعكر المحلول أو تطور الغاز. عادة ، يتم تلقيح عدد صغير من الكائنات الحية الدقيقة في وسط استزراع معقم ويتم تربيتها في حاضنة عند درجة حرارة النمو المثلى. يجب أن تكون بقية الشروط أقرب ما يكون إلى المستوى الأمثل (القسم 12.1). يجب قياس النمو من وقت التلقيح.
عادة في البحث العلمي التمسك بقاعدة جيدة- إجراء التجربة على عدة تكرارات ووضع عينات المراقبة حيثما كان ذلك ممكناً وضرورياً. تتطلب بعض طرق قياس الطول مهارة معينة وحتى في أيدي المتخصصين فهي ليست دقيقة للغاية. لذلك ، من المنطقي وضع عينتين (واحدة مكررة) ، إن أمكن ، في كل تجربة. ستظهر عينة التحكم التي لم يتم فيها إضافة كائنات دقيقة إلى وسط الاستزراع ما إذا كنت تعمل حقًا عقيمًا. مع الخبرة الكافية ، يمكنك إتقان جميع الأساليب الموضحة تمامًا ، لذلك ننصحك بممارستها أولاً قبل استخدامها في العمل في المشروع. هناك طريقتان لتحديد عدد الخلايا ، أي عن طريق حساب عدد الخلايا القابلة للحياة أو العدد الإجمالي للخلايا. عدد الخلايا القابلة للحياة هو عدد الخلايا الحية فقط. العدد الإجمالي للخلايا هو العدد الإجمالي للخلايا الحية والميتة ؛ عادة ما يكون هذا أسهل في التحديد.
تحت التمثيل الغذائيأو التمثيل الغذائي ، فهم يفهمون مجموعة التفاعلات الكيميائية في الجسم التي تزوده بمواد لبناء الجسم والطاقة للحفاظ على الحياة. تبين أن بعض التفاعلات متشابهة بالنسبة لجميع الكائنات الحية (تكوين وانقسام الأحماض النووية والبروتينات والببتيدات ، وكذلك معظم الكربوهيدرات وبعض الأحماض الكربوكسيلية ، إلخ) ويسمى التمثيل الغذائي الأولي (أو التمثيل الغذائي الأولي).
بالإضافة إلى تفاعلات التمثيل الغذائي الأولي ، هناك عدد كبير من المسارات الأيضية التي تؤدي إلى تكوين مركبات مميزة فقط لمجموعات معينة من الكائنات الحية ، وأحيانًا قليلة جدًا.
ردود الفعل هذه ، وفقًا لـ I Chapek (1921) و K. Pahu (1940) ، يتم دمجها بواسطة المصطلح التمثيل الغذائي الثانوي , أو تبادل،وتسمى منتجاتها المنتجات التمثيل الغذائي الثانوي, أو المركبات الثانوية (في بعض الأحيان نواتج الأيض الثانوية).
وصلات ثانويةتتشكل بشكل أساسي في مجموعات الكائنات الحية المستقرة نباتيًا - النباتات والفطريات ، وكذلك في العديد من بدائيات النوى.
في الحيوانات ، نادرًا ما تتشكل المنتجات الأيضية الثانوية ، ولكنها تأتي غالبًا من الخارج جنبًا إلى جنب مع الأطعمة النباتية.
يختلف دور منتجات التمثيل الغذائي الثانوي وأسباب ظهورها في مجموعة أو أخرى. في أكثر أشكالها عمومية ، تُنسب إليها معنى تكيفي وخصائص وقائية بالمعنى الواسع.
أدى التطور السريع لكيمياء المركبات الطبيعية على مدى العقود الثلاثة الماضية ، المرتبط بإنشاء أدوات تحليلية عالية الدقة ، إلى حقيقة أن العالم "مركبات ثانوية"توسعت بشكل ملحوظ. على سبيل المثال ، يقترب عدد القلويات المعروفة اليوم من 5000 (وفقًا لبعض المصادر ، يصل إلى 10000) ، والمركبات الفينولية - إلى 10000 ، وهذه الأرقام تتزايد ليس فقط كل عام ، ولكن كل شهر.
تحتوي أي مادة نباتية دائمًا على مجموعة معقدة من المركبات الأولية والثانوية ، والتي ، كما ذكرنا سابقًا ، تحدد الطبيعة المتنوعة لعمل النباتات الطبية. ومع ذلك ، لا يزال دور كلاهما في طب الأعشاب الحديث مختلفًا.
يُعرف عدد قليل نسبيًا من الأشياء التي يتحدد استخدامها في الطب بشكل أساسي من خلال وجود المركبات الأولية فيها. ومع ذلك ، من الممكن في المستقبل أن يزداد دورهم في الطب ويمكن استخدامها كمصادر للحصول على عوامل تعديل مناعية جديدة.
تستخدم منتجات التمثيل الغذائي الثانوية في الطب الحديث في كثير من الأحيان وعلى نطاق أوسع. ويرجع ذلك إلى تأثيرها الدوائي الملموس والذي غالبًا ما يكون "ملفتًا للنظر".
نظرًا لتكوينها على أساس المركبات الأولية ، يمكن أن تتراكم في شكل نقي ، أو تخضع لعملية الارتباط بالجليكوزيل في سياق التفاعلات الأيضية ، أي متصلة بجزيء السكر.
نتيجة الارتباط بالجليكوزيل ، تظهر الجزيئات - غير المتجانسة ، والتي تختلف عن المركبات الثانوية ، كقاعدة عامة ، في قابلية ذوبان أفضل ، مما يسهل مشاركتها في التفاعلات الأيضية ، وبهذا المعنى لها أهمية بيولوجية كبيرة.
تسمى الأشكال الجليكوزيلية لأي مركبات ثانوية بالجليكوسيدات.
مواد التوليف الأوليتتشكل في عملية الاستيعاب ، أي تحويل المواد التي تدخل الجسم من الخارج إلى مواد الكائن الحي نفسه (بروتوبلاست للخلايا ، مواد التخزين ، إلخ).
تشمل مواد التركيب الأولية الأحماض الأمينية والبروتينات والدهون والكربوهيدرات والإنزيمات والفيتامينات والأحماض العضوية.
تستخدم الدهون (الدهون) والكربوهيدرات (السكريات) والفيتامينات على نطاق واسع في الممارسة الطبية (يتم تقديم خصائص هذه المجموعات من المواد في الموضوعات ذات الصلة).
السناجب، إلى جانب الدهون والكربوهيدرات ، تشكل بنية الخلايا والأنسجة للكائن الحي النباتي ، وتشارك في عمليات التخليق الحيوي ، وهي مادة فعالة للطاقة.
البروتينات والأحماض الأمينية للنباتات الطبية لها تأثير مفيد غير محدد على جسم المريض. إنها تؤثر على تخليق البروتينات ، وتخلق ظروفًا لتحسين تخليق أجسام المناعة ، مما يؤدي إلى زيادة دفاعات الجسم. يشمل تخليق البروتين المحسن أيضًا تخليق الإنزيم المحسن ، مما يؤدي إلى تحسين التمثيل الغذائي. تلعب الأمينات الأحيائية والأحماض الأمينية دورًا مهمًا في تطبيع العمليات العصبية.
السناجب- البوليمرات الحيوية ، التي يتكون أساسها الهيكلي من سلاسل طويلة من عديد الببتيد مبنية من بقايا حمض أميني ألفا مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط ببتيدية. تنقسم البروتينات إلى بسيطة (يتم إنتاج الأحماض الأمينية فقط أثناء التحلل المائي) ومعقدة - حيث يرتبط البروتين بمواد غير بروتينية: مع الأحماض النووية (البروتينات النووية) ، والسكريات (البروتينات السكرية) ، والدهون (البروتينات الدهنية) ، والأصباغ (البروتينات الصبغية) ، أيونات المعادن (البروتينات المعدنية) ، بقايا حمض الفوسفوريك (البروتينات الفوسفورية).
في الوقت الحالي ، لا توجد تقريبًا أي كائنات من أصل نباتي ، والتي سيتحدد استخدامها من خلال وجود البروتينات فيها. ومع ذلك ، من الممكن في المستقبل استخدام البروتينات النباتية المعدلة كوسيلة لتنظيم التمثيل الغذائي في جسم الإنسان.
الدهون -الدهون والمواد الشبيهة بالدهون ، وهي مشتقات من الأحماض الدهنية المرتفعة أو الكحولات أو الألدهيدات.
وهي مقسمة إلى بسيطة ومعقدة.
إلى البساطةتشمل الدهون التي تحتوي جزيئاتها على بقايا الأحماض الدهنية (أو الألدهيدات) والكحول فقط. من الدهون البسيطة في النباتات والحيوانات ، توجد الدهون والزيوت الدهنية ، وهي ثلاثي الجلسرين (الدهون الثلاثية) والشموع.
وتتكون الأخيرة من استرات الأحماض الدهنية الأعلى ، والكحول الأحادي أو ثنائي الذرة العالي. البروستاجلاندين ، الذي يتكون في الجسم من الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة ، قريب من الدهون. بطبيعتها الكيميائية ، هذه مشتقات من حمض البروستانويك بهيكل عظمي من 20 ذرة كربون وتحتوي على حلقة سيكلوبنتان.
الدهون المعقدةتنقسم إلى مجموعتين كبيرتين:
الفسفوليبيدات والجليكوليبيدات (أي المركبات التي تحتوي على بقايا حمض الفوسفوريك أو مكون كربوهيدرات في بنيتها). تلعب الدهون ، كجزء من الخلايا الحية ، دورًا مهمًا في عمليات دعم الحياة ، وتشكيل احتياطيات الطاقة في النباتات والحيوانات.
احماض نووية- البوليمرات الحيوية ، الوحدات الأحادية منها نيوكليوتيدات تتكون من بقايا حمض الفوسفوريك ، ومكون كربوهيدرات (ريبوز أو ديوكسيريبوز) وقاعدة نيتروجينية (بورين أو بيريميدين). يميز بين أحماض الديوكسيريبوكلييك (DNA) والأحماض الريبية (RNA). لم يتم استخدام الأحماض النووية من النباتات للأغراض الطبية بعد.
الانزيماتتحتل مكانة خاصة بين البروتينات. إن دور الإنزيمات في النباتات محدد - فهي محفزات لمعظم التفاعلات الكيميائية.
تنقسم جميع الإنزيمات إلى فئتين: مكون واحد ومكونان. تتكون الإنزيمات أحادية المكون فقط من البروتين ،
مكونان - من بروتين (إنزيم) وجزء غير بروتيني (أنزيم). يمكن أن تكون الفيتامينات أنزيمات مساعدة.
في الممارسة الطبية ، يتم استخدام مستحضرات الإنزيم التالية:
- "نيغيدازا " - من بذور تشيرنوشكا دمشق - حبة البركة الدمشقية ، fam. الحوذان - حوذان. يوجد في قلب الدواء إنزيم يعمل على تحلل الدهون ، والذي يتسبب في التكسير المائي للدهون من أصل نباتي وحيواني.
الدواء فعال لالتهاب البنكرياس والتهاب الأمعاء والقولون وانخفاض النشاط التحلل للدهون في العصارة الهضمية المرتبطة بالعمر.
- "Karipazim" و "Lekozyme" - من عصير الحليب المجفف (اللاتكس) من البابايا (شجرة البطيخ) - Carica papaya L. ، fam. بابايف - Cariacaceae.
في قلب "Karipazim"- مجموع الإنزيمات المحللة للبروتين (غراء ، كيموبابين ، ببتيداز).
يستخدم للحروق من الدرجة الثالثة ، ويسرع من نبذ القشور ، وينظف الجروح المحببة من الكتل القيحية النخرية.
في قلب "Lekozyme"- إنزيم غراء محلل للبروتين وإنزيم ليزوزيم حال للبلغم. يستخدم في جراحة العظام والرضوض وجراحة الأعصاب في تنخر العظم الفقري ، وكذلك في طب العيون من أجل ارتشاف الإفرازات.
الأحماض العضوية،إلى جانب الكربوهيدرات والبروتينات ، فهي أكثر المواد وفرة في النباتات.
يشاركون في تنفس النبات ، والتخليق الحيوي للبروتينات والدهون والمواد الأخرى. تشير الأحماض العضوية إلى مواد من كل من التخليق الأولي (ماليك ، خليك ، أكساليك ، أسكوربيك) والتوليف الثانوي (ursolic ، oleanolic).
الأحماض العضوية هي مواد فعالة دوائيا وتشارك في التأثير الكلي للأدوية والأشكال الطبية للنباتات:
حمض الساليسيليك والأورسوليك لهما تأثيرات مضادة للالتهابات.
حمض الماليك والسكسينيك - المتبرعون بمجموعات الطاقة ، يساعدون على زيادة الأداء البدني والعقلي ؛
حمض الأسكوربيك - فيتامين سي.
فيتامينات- مجموعة خاصة من المواد العضوية التي تؤدي وظائف بيولوجية وكيميائية حيوية مهمة في الكائنات الحية. يتم تصنيع هذه المركبات العضوية ذات الطبيعة الكيميائية المختلفة بشكل أساسي عن طريق النباتات وكذلك بواسطة الكائنات الحية الدقيقة.
يحتاج الأشخاص والحيوانات الذين لا يصنعونها إلى الفيتامينات بكميات صغيرة جدًا مقارنة بالعناصر الغذائية (البروتينات والكربوهيدرات والدهون).
من المعروف أن أكثر من 20 نوعًا من الفيتامينات. لديهم تسميات حروف وأسماء كيميائية وأسماء تميز عملها الفسيولوجي. يتم تصنيف الفيتاميناتللذوبان في الماء (حمض الأسكوربيك ، الثيامين ، الريبوفلافين ، حمض البانتوثنيك ، البيريدوكسين ، حمض الفوليك ، السيانوكوبالامين ، النيكوتيناميد ، البيوتين)
وقابل للذوبان في الدهون (الريتينول ، فيلوكينون ، كالسيفيرول ، توكوفيرول). لفيتامين مثلوتشمل المواد بعض مركبات الفلافونويد ، ليبويك ، أروتيك ، أحماض البنجاميك ، الكولين ، الإينوزيتول.
يتنوع الدور البيولوجي للفيتامينات. تم إنشاء علاقة وثيقة بين الفيتامينات والإنزيمات. على سبيل المثال ، معظم فيتامينات ب هي سلائف للأنزيمات المساعدة ومجموعات الإنزيمات الاصطناعية.
الكربوهيدرات- فئة واسعة من المواد العضوية ، والتي تشمل مركبات البوليوكسي كربونيل ومشتقاتها. اعتمادًا على عدد المونومرات في الجزيء ، يتم تقسيمها إلى السكريات الأحادية والسكريات قليلة السكاريد والسكريات المتعددة.
تسمى الكربوهيدرات ، التي تتكون حصريًا من مركبات البولي أوكسي كربونيل ، متجانسات ، وتسمى مشتقاتها ، التي توجد في جزيءها بقايا مركبات أخرى ، heterosides. تنتمي جميع أنواع الجليكوسيدات إلى مواد غير متجانسة.
السكريات الأحادية والقليلة هي مكونات طبيعية لأي خلية حية. في تلك الحالات عندما تتراكم بكميات كبيرة ، يشار إليها باسم ما يسمى المواد ergastic.
تتراكم السكريات المتعددة ، كقاعدة عامة ، بكميات كبيرة كمنتجات نفايات البروتوبلاست.
تستخدم السكريات الأحادية والسكريات في شكلها النقي ، وعادة ما تكون في شكل جلوكوز وسكر الفواكه والسكروز. كمواد نشطة ، عادة ما تستخدم السكريات الأحادية والقليلة كمواد مالئة في تصنيع أشكال الجرعات المختلفة.
النباتات هي مصادر هذه الكربوهيدرات (قصب السكر ، والبنجر ، والعنب ، والخشب المائي لعدد من الصنوبريات ، وكاسيات البذور الخشبية).
يتم تصنيع أشكال مختلفة في النباتات السكريات، والتي تختلف عن بعضها البعض من حيث الهيكل والوظائف التي يؤدونها. السكريات المتعددة تستخدم على نطاق واسع في الطب في أشكال مختلفة. على وجه الخصوص ، يتم استخدام النشا ومنتجات التحلل المائي على نطاق واسع ، وكذلك السليلوز والبكتين والألجينات واللثة والمخاط.
السليلوز (الألياف) - البوليمر الذي يشكل الجزء الأكبر من جدران الخلايا النباتية. يُعتقد أن جزيء الألياف في النباتات المختلفة يحتوي على 1400 إلى 10000-D- بقايا جلوكوز.
النشا و أنولين تنتمي إلى السكريات الاحتياطية.
يتكون النشا من 96-97.6٪ من عديدي سكريات: أميلوز (جلوكان خطي) وأميلوبكتين (جلوكان متفرع).
يتم تخزينه دائمًا في شكل حبوب نشا خلال فترة التمثيل الضوئي النشط. ممثلو هذه العائلة. Аsteraceaeو ساترابي / آسياتتراكم الفركتوزان (الإنولين) ، خاصة بكميات كبيرة في الأعضاء تحت الأرض.
الوحل و علكة (علكة) - مخاليط من السكريات المتجانسة والمتجانسة والبوليورونيدات. تتكون اللثة من عديدات السكاريد غير المتجانسة مع المشاركة الإلزامية لأحماض uronic ، والتي ترتبط مجموعات الكربونيل بها بواسطة أيونات Ca 2+ و K + و Mg 2+.
حسب قابليتها للذوبان في الماء ، تنقسم اللثة إلى 3 مجموعات:
Arabin ، قابل للذوبان في الماء (المشمش والعربي) ؛
الباسورينية ، ضعيفة الذوبان في الماء ، لكنها منتفخة بشدة (تراجاكانث)
والسيرازين ، ضعيفة الذوبان وسيئة الانتفاخ في الماء (الكرز).
الوحلعلى عكس اللثة ، يمكن أن تكون محايدة (لا تحتوي على أحماض يورونيك) ، ولها أيضًا وزن جزيئي أقل وقابل للذوبان بشكل كبير في الماء.
مواد البكتين- عديدات السكاريد عالية الوزن الجزيئي ، المكون الهيكلي الرئيسي لها هو حمض β-D-galacturonic (polygalacturonide).
في النباتات ، توجد مواد البكتين في شكل بروتوبكتين غير قابل للذوبان - بوليمر من حمض بولي جالاكتورونيك ميثوكسيل مع جالاكتان وأرابان لجدار الخلية: سلاسل البوليورونيد مترابطة بواسطة أيونات Ca 2+ و Mg 2+.
مواد التمثيل الغذائي الثانوي
المواد التركيبية الثانويةتتشكل في النباتات نتيجة لذلك
التشتت.
التشتت هي عملية تحلل مواد التخليق الأولية إلى مواد أبسط ، مصحوبة بإطلاق الطاقة. تتشكل مواد التوليف الثانوي من هذه المواد البسيطة مع إنفاق الطاقة المنبعثة. على سبيل المثال ، يتحلل الجلوكوز (مادة من مادة التوليف الأولي) إلى حمض الأسيتيك ، والذي يتم تصنيع حمض الميفالونيك منه ، ومن خلال عدد من المنتجات الوسيطة - جميع التربينات.
تشتمل مواد التصنيع الثانوية على التربين ، والجليكوسيدات ، والمركبات الفينولية ، والقلويدات. جميعهم يشاركون في عملية التمثيل الغذائي ويؤدون وظائف معينة مهمة للنباتات.
تُستخدم مواد التوليف الثانوي في الممارسة الطبية في كثير من الأحيان وعلى نطاق أوسع من مواد التخليق الأولي.
لا يتم عزل كل مجموعة من المواد النباتية وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالمجموعات الأخرى من خلال العمليات البيوكيميائية.
على سبيل المثال:
معظم المركبات الفينولية هي جليكوسيدات.
المر من فئة التربين عبارة عن جليكوسيدات.
الستيرويدات النباتية هي في الأصل تربين ، في حين أن جليكوسيدات القلب والسابونين الستيرويد وقلويدات الستيرويد هي جليكوسيدات ؛
الكاروتينات المشتقة من رباعي اليرقات هي الفيتامينات.
السكريات الأحادية والسكريات قليلة السكاريد هي جزء من الجليكوسيدات.
تحتوي مواد التوليف الأولي على جميع النباتات والمواد الثانوية
النباتات من الأنواع الفردية والأجناس والأسر تتراكم التوليف.
المستقلبات الثانويةتتشكل بشكل رئيسي في مجموعات الكائنات الحية المستقرة خضريًا - النباتات والفطريات.
يختلف دور منتجات التمثيل الغذائي الثانوي وأسباب ظهورها في مجموعة منهجية معينة. في أكثر أشكالها عمومية ، تُنسب إليها معنى تكيفي وخصائص وقائية بالمعنى الواسع.
في الطب الحديث ، تُستخدم منتجات الأيض الثانوي على نطاق أوسع بكثير وفي كثير من الأحيان أكثر من المستقلبات الأولية.
غالبًا ما يرتبط هذا بتأثير دوائي مذهل وتأثيرات متعددة على أنظمة وأعضاء مختلفة للإنسان والحيوان. يتم تصنيعها على أساس المركبات الأولية ويمكن أن تتراكم إما في شكل حر ، أو في سياق التفاعلات الأيضية ، فإنها تخضع لعملية الارتباط بالجليكوزيل ، أي أنها ترتبط ببعض السكر.
قلويدات - المركبات العضوية المحتوية على النيتروجين ذات الطبيعة الأساسية ، وخاصة من أصل نباتي. التركيب الجزيئي للقلويدات متنوع للغاية وغالبًا ما يكون معقدًا للغاية.
يوجد النيتروجين عادة في حلقات غير متجانسة ، ولكن في بعض الأحيان في السلسلة الجانبية. في أغلب الأحيان ، تُصنف القلويدات على أساس بنية هذه الدورات غير المتجانسة ، أو وفقًا لسلائفها الوراثية - الأحماض الأمينية.
تتميز المجموعات الرئيسية التالية من القلويدات: بيروليدين ، بيريدين ، بيبيريدين ، بيروليزيدين ، كينوليزيدين ، كينازولين ، كينولين ، إيزوكينولين ، إندول ، ديهيدرويندول (بيتالاينز) ، إيميدازول ، بيورين قلوي ، ستيرويدات. العديد من القلويدات لها تأثيرات فسيولوجية محددة وفريدة من نوعها في كثير من الأحيان وتستخدم على نطاق واسع في الطب. بعض القلويدات هي سموم قوية (على سبيل المثال ، قلويدات curare).
مشتقات الأنثراسين- مجموعة من المركبات الطبيعية ذات اللون الأصفر أو البرتقالي أو الأحمر والتي تعتمد على تركيبة الأنثراسين. يمكن أن يكون لها حالات أكسدة مختلفة للحلقة الوسطى (مشتقات الأنثرون والأنثرانول والأنثراكينون) وهيكل الهيكل العظمي الكربوني (مركبات أحادية وثنائية ومكثفة). معظمهم من مشتقات كريساسين (1،8-ديهيدروكسيثراكوينون). تعتبر مشتقات الأليزارين (1،2-ديهيدروكسي ثراكينون) أقل شيوعًا. في النباتات ، يمكن العثور على مشتقات الأنثراسين في شكل حر (aglycones) أو في شكل glycosides (anthraglycosides).
فيتانوليدس - مجموعة من الستيرويدات النباتية ، وحالياً ، هناك عدة سلاسل من هذه الفئة من المركبات معروفة. Vitanolides عبارة عن بوليوكسيستيرويد حيث توجد حلقة لاكتون مكونة من 6 أعضاء في الموضع 17 ومجموعة كيتو في C 1 في الحلقة A.
جليكوسيدات - مركبات طبيعية منتشرة تتحلل تحت تأثير عوامل مختلفة (حمض ، قلوي أو إنزيم) إلى جزء كربوهيدرات وأجليكون (جينين). يمكن تكوين رابطة الجليكوسيد بين السكر والأجليكون بمشاركة ذرات O أو N أو S (O- أو N- أو S-glycosides) ، وكذلك بسبب ذرات C-C (جليكوسيدات C).
O- جليكوسيدات هي الأكثر انتشارًا في عالم النبات). فيما بينها ، يمكن أن تختلف الجليكوسيدات في كل من بنية aglycone وهيكل سلسلة السكر. يتم تمثيل مكونات الكربوهيدرات بواسطة السكريات الأحادية ، والسكريات الثنائية ، والسكريات قليلة التعدد ، وبناءً على ذلك ، يُطلق على الجليكوسيدات اسم monosides و biosides و oligosides.
مجموعات غريبة من المركبات الطبيعية جليكوسيدات سيانوجينيكو ثيوجليكوزيدات (جلوكوزينات).
جليكوسيدات سيانوجينيكيمكن تقديمها كمشتقات من α-hydroxynitriles المحتوية على حمض الهيدروسيانيك.
وهي منتشرة بين نباتات الأسرة. روس آسيافصيلة Propoideae ،التركيز بشكل رئيسي في البذور (على سبيل المثال ، الجليكوسيدات أميجدالين والبروناسين في البذور أتوجدالوس سوتينيس, Arteniasa v1garis).
ثيوجليكوزيدات (جلوكوزينات) تعتبر حاليًا مشتقات لأنيون افتراضي - غلوكوزينولات ، ومن هنا جاء الاسم الثاني.
تم العثور على الجلوكوزينات حتى الآن فقط في النباتات ثنائية الفلقة وهي من سمات هذه العائلة. شرسيساسي Sarraridaceae ، Resedaceaeوممثلي النظام الآخرين Caprara1es.
في النباتات ، توجد في شكل أملاح مع معادن قلوية ، وغالبًا ما تحتوي على البوتاسيوم (على سبيل المثال ، سينيجرين جلوكوسينولات من البذور Вrassica jipseaو ب. نيجرا.
الايزوبرينويدات - فئة واسعة من المركبات الطبيعية
كمنتج للتحويل الحيوي للأيزوبرين.
وتشمل هذه أنواع مختلفة من التربينات ومشتقاتها - التربينويدات والمنشطات. بعض الأيزوبرينويدات عبارة عن شظايا هيكلية من المضادات الحيوية ، وبعضها عبارة عن فيتامينات وقلويدات وهرمونات حيوانية.
تربين و تربينويدس- الهيدروكربونات غير المشبعة ومشتقاتها المكونة (С 5 Н 8) n ، حيث n = 2 أو n> 2. وفقًا لعدد وحدات الأيزوبرين ، يتم تقسيمها إلى عدة فئات: أحادي ، سيسكي ، ثنائي ، ثلاثي - ، تترا - والبوليثير البنويدات.
مونوتربينويدات (C 10 H 16) و sesquiterpenoids (C 15 H 24)من المكونات الشائعة للزيوت الأساسية.
نوصي أيضا
قوارب الكوسة في الفرن - أفضل خمس وصفات قوارب الكوسة مع الجبن في الفرن
شرائح الديك الرومي في مقلاة مع صلصة الكفير. وقت طهي شرائح الديك الرومي في مقلاة
تركيب حوض المطبخ خطوة بخطوة ونصائح للتشذيب
لحم الخاصرة بصلصة الرمان وصفة لتتبيل لحم الضأن بصلصة الرمان
أجنحة دجاج البافلو: أسهل وصفة لطبق لذيذ
طهي عشاء سريع بأطعمة بسيطة
تحميل ...