Pirminis ir antrinis augalų metabolizmas. Pirminiai metabolitai Pirminių ir antrinių metabolitų apibūdinimas

Kad ir kokiu būdu būtų vykdoma fotosintezė, galiausiai ji baigiasi energetiškai turtingų rezervinių medžiagų, kurios sudaro pagrindą palaikyti ląstelės ir galiausiai viso daugialąsčio organizmo gyvybinę veiklą, kaupimu. Šios medžiagos yra pirminio metabolizmo produktai. Be pagrindinės funkcijos, pirminiai metabolitai yra junginių, kurie paprastai vadinami antrinio metabolizmo produktais, biosintezės pagrindas. Pastarieji, dažnai sąlygiškai vadinami „antriniais metabolitais“, yra visiškai „įpareigoti“ už jų egzistavimą gamtoje dėl fotosintezės susidarančių produktų. Reikėtų pažymėti, kad antrinių metabolitų sintezė vyksta dėl energijos, išsiskiriančios mitochondrijose ląstelių kvėpavimo procese.

Antriniai metabolitai yra augalų biochemijos tyrimo objektas, tačiau įdomu susipažinti su diagrama (1 pav.), kurioje parodytas jų biogenetinis ryšys su tiesioginiais fotosintezės produktais.

1 pav. Antrinių metabolitų biogenetinis ryšys su tiesioginiais fotosintezės produktais.

Antriniai metabolitai: pigmentai, alkaloidai, taninai, glikozidai, organinės rūgštys

Pigmentai

Tarp vakuolinių pigmentų labiausiai paplitę yra antocianinai ir flavonai.

Antocianinai priklauso glikozidų grupei, turinčiai fenolio grupes. Vienos grupės antocianinai skiriasi nuo kitų. Įdomi šio pigmento savybė yra ta, kad jis keičia spalvą priklausomai nuo ląstelės sulčių pH. Rūgščioje ląstelių sulčių reakcijoje antocianinas nudažo ją rožine spalva, neutraliu – purpurine, o bazine – mėlyna spalva.

Kai kurių augalų spalva gali pasikeisti, kai vystosi žiedai. Pavyzdžiui, agurkų žolė turi rožinius pumpurus, o subrendę žiedai yra mėlyni. Daroma prielaida, kad tokiu būdu augalas signalizuoja vabzdžiams, kad yra pasirengęs apdulkinimui.

Antocianinai kaupiasi ne tik žieduose, bet ir stiebuose, lapuose, vaisiuose.

Antochloras yra geltonas pigmentas, priklausantis flavonoidams. Rečiau pasitaiko. Sudėtyje yra antochloro geltonų moliūgų, rupūžių linų, citrusinių vaisių žiedų.

Pigmentas antofeinas taip pat gali kauptis ląstelės sultyse, nudažydamas ją tamsiai ruda spalva.

Alkaloidai apima natūralius heterociklinius junginius, kurių cikluose, be anglies, yra vienas ar keli azoto atomai, rečiau deguonis. Jie yra šarminiai. Alkaloidai pasižymi dideliu farmakologiniu aktyvumu, todėl dauguma vaistinių augalų yra alkaloidai. Migdomųjų aguonų dėžutėse randama daugiau nei 20 skirtingų alkaloidų, tarp kurių – morfinas, tebainas, kodeinas, papaverinas ir kt.. Kaip žinia, morfijus, turėdamas nuskausminamą ir antišokinį poveikį, sukelia euforiją: vartojant jį pakartotinai, skauda. išsivysto priklausomybė nuo jos – narkomanija. Kodeinas mažina kosulio centro jaudrumą, yra vaistų nuo kosulio dalis. Papaverinas vartojamas kaip antispazminis vaistas nuo hipertenzijos, krūtinės anginos, migrenos. Solanaceae, vėdrynuose, lelijose gausu alkaloidų.

Daugelis alkaloidinių augalų yra nuodingi, jų nevalgo gyvūnai, juos silpnai veikia grybelinės ir bakterinės ligos.

Glikozidai yra cukraus dariniai, sujungti su alkoholiais, aldehidais, fenoliais ir kitomis azoto neturinčiomis medžiagomis. Sąlytyje su oru glikozidai skyla, išsiskiria malonus aromatas, pavyzdžiui, šieno, plikytos arbatos kvapas ir kt.

Praktikoje plačiausiai naudojami širdies glikozidai ir saponinai. Širdį veikiantys glikozidai yra tokio žinomo vaistinio augalo kaip gegužinės pakalnutės veiklioji medžiaga. Jo gydomosios savybės žinomos labai seniai ir neprarado savo reikšmės iki šiol. Anksčiau iš pakalnučių buvo ruošiami vaistai nuo lašėjimo, širdies ligų, epilepsijos ir karščiavimo.

Saponinų pavadinimas kilęs iš šių junginių putojančių savybių. Dauguma šios grupės atstovų pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu, o tai lemia tokių žinomų biostimuliatorių kaip ženšenis, saldymedis, aralija gydomąjį poveikį ir atitinkamai medicininį panaudojimą.

Taninai (taninai) yra fenolio dariniai. Jie yra sutraukiantys ir antiseptiniai. Jie kaupiasi ląstelėje koloidinių tirpalų pavidalu ir yra geltonos, raudonos ir rudos spalvos. Įdėjus geležies druskų, jos įgauna melsvai žalią spalvą, kuri anksčiau buvo naudojama rašalui gauti.

Taninai dideliais kiekiais gali susikaupti įvairiuose augalų organuose. Daug jų yra svarainių, persimonų, paukščių vyšnių vaisiuose, ąžuolo žievėje, arbatos lapuose.

Manoma, kad taninai atlieka įvairias funkcijas. Kai protoplastas miršta, ląstelių sienelės yra impregnuojamos taninais ir suteikia joms atsparumą irimui. Gyvose ląstelėse taninai apsaugo protoplastą nuo dehidratacijos. Taip pat manoma, kad jie dalyvauja cukrų sintezėje ir transporte.

Antrinė metabolitų gamyba

Iš visų produktų, gaunamų per mikrobinius procesus, didžiausią reikšmę turi antriniai metabolitai. Antriniai metabolitai, dar vadinami idiolitais, yra mažos molekulinės masės junginiai, kurių nereikia augti grynoje kultūroje. Juos gamina ribotas taksonominių grupių skaičius ir dažnai yra glaudžiai susijusių junginių, priklausančių tai pačiai cheminei grupei, mišinys. Jei antrinių metabolitų fiziologinio vaidmens gamintojo ląstelėse klausimas buvo rimtų diskusijų objektas, tai jų pramoninė gamyba yra neabejotinai įdomi, nes šie metabolitai yra biologiškai aktyvios medžiagos: vieni iš jų turi antimikrobinį aktyvumą, kiti yra specifiniai fermentų inhibitoriai. , o kiti yra augimo veiksniai. , daugelis turi farmakologinį aktyvumą. Antriniai metabolitai yra antibiotikai, alkaloidai, augalų augimo hormonai ir toksinai. Farmacijos pramonė sukūrė labai sudėtingus mikroorganizmų atrankos (masinės atrankos) metodus, siekiant nustatyti jų gebėjimą gaminti vertingus antrinius metabolitus.

Šios rūšies medžiagų gamyba buvo daugelio mikrobiologinės pramonės šakų kūrimo pagrindas. Pirmoji šioje serijoje buvo penicilino gamyba; Mikrobiologinis penicilino gamybos metodas buvo sukurtas XX amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje ir padėjo pagrindą šiuolaikinei pramoninei biotechnologijai.

Antibiotikų molekulės yra labai įvairios savo sudėtimi ir veikimo mechanizmu mikrobų ląstelėje. Tuo pačiu metu, atsiradus patogeninių mikroorganizmų atsparumui seniems antibiotikams, nuolat reikia naujų. Kai kuriais atvejais natūralūs mikrobiologiniai antibiotikų produktai gali būti chemiškai arba fermentiškai paverčiami vadinamaisiais pusiau sintetiniais antibiotikais, kurie pasižymi aukštesnėmis gydomosiomis savybėmis.

Antibiotikai yra organiniai junginiai. Juos sintetina gyva ląstelė ir mažomis koncentracijomis gali sulėtinti jiems jautrių mikroorganizmų rūšių vystymąsi arba visiškai sunaikinti. Juos gamina ne tik mikroorganizmų ir augalų ląstelės, bet ir gyvūnų ląstelės. Žolelių antibiotikai vadinami fitoncidais. Tai yra chlorelinas, pomidoras, sativinas, gaunamas iš česnako, ir aline, gaunamas iš svogūnų.

Mikroorganizmų augimą galima apibūdinti kaip S formos kreivę. Pirmasis etapas yra greito augimo stadija arba logaritminė, kuriai būdinga pirminių metabolitų sintezė. Tada prasideda lėto augimo fazė, kai smarkiai sulėtėja ląstelių biomasės didėjimas. Mikroorganizmai, gaminantys antrinius metabolitus, pirmiausia pereina greito augimo stadiją – tropofazę, kurios metu antrinių medžiagų sintezė yra nereikšminga. Kadangi augimas sulėtėja dėl vienos ar kelių pagrindinių maistinių medžiagų išeikvojimo auginimo terpėje, mikroorganizmas pereina į idiofazę; būtent šiuo laikotarpiu sintetinami idiolitai. Idiolitai arba antriniai metabolitai nevaidina akivaizdaus vaidmens medžiagų apykaitos procesuose, juos gamina ląstelės, kad prisitaikytų prie aplinkos sąlygų, pavyzdžiui, apsaugai. Juos sintetina ne visi mikroorganizmai, o daugiausia siūlinės bakterijos, grybai ir sporas formuojančios bakterijos. Taigi pirminių ir antrinių metabolitų gamintojai priklauso skirtingoms taksonominėms grupėms.

Gaminant reikia atsižvelgti į šių mikroorganizmų kultūrinio augimo ypatumus. Pavyzdžiui, kalbant apie antibiotikus, dauguma mikroorganizmų tropofazės procese yra jautrūs savo antibiotikams, tačiau idiofazės metu tampa jiems atsparūs.

Siekiant apsaugoti antibiotikus gaminančius mikroorganizmus nuo savaiminio sunaikinimo, svarbu greitai pasiekti idiofazę ir tada šioje fazėje mikroorganizmus kultivuoti. Tai pasiekiama keičiant auginimo režimus ir maistinės terpės sudėtį greito ir lėto augimo tarpsniais.

Augalų ląstelių ir audinių kultūros laikomos galimu specifinių antrinių metabolitų, įskaitant tokius junginius kaip alkaloidai, steroidai, aliejai ir pigmentai, šaltiniu. Daugelis šių medžiagų vis dar gaunamos ekstrahuojant iš augalų. Mikrobiologijos pramonės metodai šiuo metu taikomi ne visoms augalų rūšims. Išskyrus kai kurias augalų rūšis, suspensijos ir kalio ląstelių kultūros sintezuoja antrinius metabolitus mažesniais kiekiais nei sveiki augalai. Šiuo atveju biomasės augimas fermentatoriuje gali būti reikšmingas.

Naujas metodas, kuriuo siekiama padidinti antrinių metabolitų išeigą, yra augalų ląstelių ir audinių imobilizavimas. Pirmasis sėkmingas bandymas sutvarkyti visas ląsteles buvo atliktas 1966 m. Mosbacho. Jis fiksavo kerpės Umbilicaria pustulata ląsteles poliakrilamido gelyje. Kitais metais van Vezel augino gyvūnų embrionines ląsteles, imobilizuotas ant DEAE mikrokaroliukų (diethylaminoethyl Sephadexa, pagrįstas dekstranu). Po to ląstelės buvo imobilizuotos ant skirtingų substratų. Tai daugiausia buvo mikroorganizmų ląstelės.

Ląstelių imobilizacijos metodai skirstomi į 4 kategorijas:

Ląstelių arba tarpląstelinių organelių imobilizavimas inertiniame substrate. Pavyzdžiui, Catharanthus roseus, Digitalis lanata ląstelės alginate, agarozės granulės, želatina ir kt. Metodas apima ląstelių apgaubimą viena iš įvairių cementavimo terpių – alginatu, agaru, kolagenu, poliakrilamidu.

Ląstelių adsorbcija ant inertinio substrato. Ląstelės prilimpa prie įkrautų alginato, polistireno, poliakrilamido rutuliukų. Metodas buvo naudojamas atliekant eksperimentus su gyvūnų ląstelėmis, taip pat Saccharomyces uvarum, S. cerevisiae, Candida tropicalis, E. coli ląstelėmis.

Ląstelių adsorbcija ant inertinio substrato naudojant biologines makromolekules (pvz., lektiną). Vartojama retai, yra informacijos apie eksperimentus su įvairiomis žmogaus ląstelių linijomis, avinų eritrocitais, adsorbuota ant baltymu dengtos agarozės.

Kovalentinis ryšys su kitu inertiniu nešikliu, pvz., CMC. Jis naudojamas labai retai ir buvo žinoma, kad sėkmingai imobilizuoja Micrococcus luteus. Iš esmės buvo atlikti gyvūnų ląstelių ir mikroorganizmų imobilizavimo eksperimentai.

Pastaruoju metu susidomėjimas augalų ląstelių imobilizavimu labai išaugo, taip yra dėl to, kad imobilizuotos ląstelės turi tam tikrų pranašumų, palyginti su kalio ir suspensijos kultūromis, kai naudojamos antriniams metabolitams gauti.

Imobilizuotų augalų ląstelių pranašumų prieš tradicinius auginimo metodus fiziologinis pagrindas

Literatūroje yra daug duomenų, kad yra teigiama koreliacija tarp antrinių metabolitų kaupimosi ir diferenciacijos laipsnio ląstelių kultūroje. Be to, pavyzdžiui, ligninas nusėda į ksilemo tracheidas ir kraujagyslių elementus tik pasibaigus diferenciacijos procesams, o tai buvo įrodyta eksperimentais tiek in vivo, tiek in vitro. Gauti duomenys rodo, kad antrinių medžiagų apykaitos produktų diferenciacija ir kaupimasis vyksta ląstelės ciklo pabaigoje. Sumažėjus augimui, paspartėja diferenciacijos procesai.

Daugelio augalų sukauptų alkaloidų kiekio tyrimas in vitro parodė, kad kompaktiškose, lėtai augančiose ląstelių kultūrose alkaloidų yra daugiau nei palaidose, greitai augančiose kultūrose. Ląstelių organizavimas yra būtinas normaliam jų metabolizmui. Organizmo buvimas audinyje ir vėlesnis jos poveikis įvairiems fiziniams ir cheminiams gradientams yra aiškūs rodikliai, kuriais skiriasi didelio ir mažo produktyvumo kultūros. Akivaizdu, kad ląstelių imobilizavimas sudaro sąlygas diferenciacijai, reguliuoja ląstelių organizaciją ir taip prisideda prie didelio antrinių metabolitų išeiga.

Imobilizuotos ląstelės turi keletą privalumų:

1. Ląstelės, imobilizuotos inertiniame substrate arba ant jo, formuoja biomasę daug lėčiau nei augančios skystos suspensijos kultūrose.

Koks yra augimo ir medžiagų apykaitos ryšys? Ką su tuo turi ląstelių organizavimas ir diferenciacija? Manoma, kad šį ryšį nulėmė dviejų tipų mechanizmai. Pirmasis mechanizmas pagrįstas tuo, kad augimas lemia ląstelių agregacijos laipsnį, netiesioginį poveikį antrinių metabolitų sintezei. Organizacija šiuo atveju yra ląstelių agregacijos rezultatas, o pakankamą agregacijos laipsnį galima gauti tik lėtai augančiose kultūrose. Antrasis mechanizmas yra susijęs su augimo greičio kinetika ir rodo, kad „pirminis“ ir „antrinis“ metabolizmo keliai skirtingai konkuruoja dėl pirmtakų greitai ir lėtai augančiose ląstelėse. Jei aplinkos sąlygos yra palankios sparčiam augimui, tada pirmiausia sintetinami pirminiai metabolitai. Jei greitas augimas blokuojamas, prasideda antrinių metabolitų sintezė. Taigi mažas imobilizuotų ląstelių augimo greitis prisideda prie didelio metabolitų kiekio.

2. Be lėto augimo, ląstelių imobilizavimas leidžia joms augti artimai fiziškai kontaktuojant tarpusavyje, o tai teigiamai veikia cheminius kontaktus.

Augaluose bet kuri ląstelė yra apsupta kitų ląstelių, tačiau jos padėtis ontogenezės metu pasikeičia dėl tiek šios, tiek aplinkinių ląstelių dalijimosi. Šios ląstelės diferenciacijos laipsnis ir tipas priklauso nuo ląstelės padėties augale. Vadinasi, fizinė ląstelės aplinka veikia jos metabolizmą. Kaip? Antrinių metabolitų sintezės reguliavimas yra kontroliuojamas tiek genetiškai, tiek epigenetiškai (nebranduolinis), tai yra, bet kokie citoplazmos pokyčiai gali sukelti kiekybinius ir kokybinius antrinių metabolitų susidarymo pokyčius. Savo ruožtu citoplazma yra dinamiška sistema, veikiama aplinkos.

Iš išorinių sąlygų medžiagų apykaitai didelę įtaką turi 2 svarbūs veiksniai: deguonies ir anglies dvideginio koncentracija, taip pat apšvietimo lygis. Šviesa vaidina svarbų vaidmenį tiek fotosintezės procese, tiek tokiuose fiziologiniuose procesuose kaip ląstelių dalijimasis, mikrofibrilių orientacija, fermentų aktyvinimas. Šviesos bangos intensyvumą ir ilgį lemia ląstelės padėtis kitų ląstelių masėje, tai yra, jos priklauso nuo audinio organizuotumo laipsnio. Organizuotoje struktūroje yra išcentriniai O2 ir CO2 koncentracijos gradientai, kurie atlieka nepaprastai svarbų vaidmenį diferenciacijos procese.

Taigi antrinis metabolizmas didelių ląstelių agregatuose su nedideliu ploto ir tūrio santykiu (S / V) skiriasi nuo izoliuotų ląstelių ir mažų ląstelių grupių metabolizmo dėl dujų koncentracijos gradientų veikimo. Panašiai veikia augimo reguliatorių, maistinių medžiagų ir mechaninio slėgio gradientai. Išsklaidytų ląstelių ir agregatų pavidalo ląstelių aplinkos sąlygos yra skirtingos, todėl skiriasi ir jų medžiagų apykaitos keliai.

3. Taip pat galima reguliuoti antrinių metabolitų išeigą keičiant aplinkos cheminę sudėtį.

Keičiant kalio ir suspensijos kultūrų terpės sudėtį, vyksta tam tikros fizinės manipuliacijos su ląstelėmis, kurios gali pažeisti ar užteršti kultūras. Šiuos sunkumus galima įveikti cirkuliuojant dideliais kiekiais maistinės terpės aplink fiziškai nejudančias ląsteles, o tai leidžia nuosekliai apdoroti chemines medžiagas.

4. Kai kuriais atvejais kyla problemų dėl idiolitų išskyrimo.

Naudojant imobilizuotas ląsteles, gana lengva jas apdoroti cheminėmis medžiagomis, kurios skatina norimų produktų išsiskyrimą. Tai taip pat sumažina grįžtamojo ryšio slopinimą, kuris riboja medžiagų sintezę dėl jų kaupimosi ląstelės viduje. Kai kurių augalų, pavyzdžiui, Capsicum frutescens, kultivuojamos ląstelės į aplinką išskiria antrinius metabolitus, o imobilizuota ląstelių sistema leidžia atrinkti produktus nepažeidžiant kultūrų. Taigi ląstelių imobilizavimas palengvina idiolitų išskyrimą.

Naudotos literatūros sąrašas:

1. „Mikrobiologija: terminų žodynas“, Firsov N.N., M: Bustard, 2006 m.

2. Augalinės ir gyvūninės kilmės vaistinės žaliavos. Farmakognozija: vadovėlis / red. G.P. Jakovleva. SPb .: SpetsLit, 2006.845 p.

3. Shabarova Z. A., Bogdanov A. A., Zolotukhin A. S. Cheminiai genų inžinerijos pagrindai. - M .: Maskvos valstybinio universiteto leidykla, 2004, 224 p.

4. Čebyševas N.V., Grineva G.G., Kobzaras M.V., Gulyankovas S.I. Biologija, Maskva, 2000 m

Augalinės ir gyvūninės kilmės vaistinės žaliavos. Farmakognozija: vadovėlis / red. G.P. Jakovleva. SPb .: SpetsLit, 2006.845 p.

Shabarova Z. A., Bogdanov A. A., Zolotukhin A. S. Cheminiai genų inžinerijos pagrindai. - M .: Maskvos valstybinio universiteto leidykla, 2004, 224 p.

Biogenezės požiūriu antibiotikai laikomi antriniais metabolitais. Antriniai metabolitai yra mažos molekulinės masės natūralūs produktai, kuriuos 1) sintetina tik kai kurių tipų mikroorganizmai; 2) ląstelių augimo metu neatlieka jokių akivaizdžių funkcijų ir dažnai susidaro nutrūkus kultūros augimui; šias medžiagas sintetinančios ląstelės dėl mutacijų lengvai praranda gebėjimą sintetinti; 3) dažnai susidaro kaip panašių produktų kompleksai.
Pirminiai metabolitai yra normalūs ląstelės medžiagų apykaitos produktai, tokie kaip aminorūgštys, nukleotidai, kofermentai ir kt., būtini ląstelių augimui.
B. SANTYKIAI TARP PAGRINDINIŲ
IR ANTRINĖ MEDŽIAGA
Antibiotikų biosintezės tyrimas susideda iš fermentinių reakcijų sekos nustatymo, kurių metu vienas ar keli pirminiai metabolitai (arba tarpiniai jų biosintezės produktai) paverčiami antibiotikais. Reikia atsiminti, kad antrinių metabolitų susidarymą, ypač dideliais kiekiais, lydi reikšmingi pirminio ląstelės metabolizmo pokyčiai, nes tokiu atveju ląstelė turi sintetinti pradinę medžiagą, tiekti energiją, pavyzdžiui, ATP ir sumažintas kofermentų kiekis. Todėl nenuostabu, kad lyginant padermes, sintetinančias antibiotikus su padermėmis, kurios negali jų sintezuoti, pastebimi reikšmingi fermentų, kurie tiesiogiai nedalyvauja šio antibiotiko sintezėje, koncentracijos skirtumai.

1. PAGRINDINIAI BIOSINTETINIAI KELIAI

Antibiotikų biosintezės fermentinės reakcijos iš esmės nesiskiria nuo reakcijų, kurių metu susidaro pirminiai metabolitai. Jie gali būti laikomi varia

pirminių metabolitų biosintezės reakcijos, žinoma, su tam tikromis išimtimis (pavyzdžiui, yra antibiotikų, turinčių nitro grupę – funkcinę grupę, kurios niekada nėra pirminiuose metabolituose ir kuri susidaro specifinės aminų oksidacijos metu).
Antibiotikų biosintezės mechanizmus galima suskirstyti į tris pagrindines kategorijas.

1. Antibiotikai, gauti iš vieno pirminio metabolito. Jų biosintezės kelias susideda iš reakcijų sekos, kurios modifikuoja pradinį produktą taip pat, kaip ir aminorūgščių ar nukleotidų sintezėje.
2. Antibiotikai, gauti iš dviejų ar trijų skirtingų pirminių metabolitų, kurie modifikuojami ir kondensuojami, kad susidarytų sudėtinga molekulė. Panašūs atvejai stebimi pirminiame metabolizme tam tikrų kofermentų, pavyzdžiui, folio rūgšties arba kofermento A, sintezės metu.
3. Antibiotikai, atsirandantys iš kelių panašių metabolitų polimerizacijos produktų, susidarant pagrindinei struktūrai, kuri vėliau gali būti modifikuota kitų fermentinių reakcijų metu.

Polimerizacijos rezultate susidaro keturių tipų antibiotikai: 1) polipeptidiniai antibiotikai, susidarantys kondensuojant aminorūgštis; 2) antibiotikai, susidarantys iš acetato-propionato vienetų polimerizacijos reakcijose, panašiose į riebalų rūgščių biosintezės reakciją; 3) terpenoidiniai antibiotikai, gauti iš acetato vienetų izoprenoidinių junginių sintezės kelyje; 4) aminoglikozidiniai antibiotikai, susidarantys kondensacijos reakcijose, panašiose į polisacharidų biosintezės reakcijas.
Šie procesai yra panašūs į polimerizacijos procesus, kurių metu susidaro kai kurie membranos ir ląstelės sienelės komponentai.
Reikia pabrėžti, kad polimerizacijos būdu gauta pagrindinė struktūra dažniausiai dar modifikuojama; prie jo netgi gali prisijungti molekulės, susidarančios kitais biosintezės keliais. Ypač dažni glikozidiniai antibiotikai – vieno ar kelių cukrų kondensacijos produktai su molekule, susintetinta 2 kelyje.
D. ANTIBIOTŲ ŠEIMOS SINTEZĖ
Dažnai mikroorganizmų padermės sintezuoja kelis chemiškai ir biologiškai artimus antibiotikus, kurie sudaro „šeimą“ (antibiotikų kompleksą). „Šeimų“ formavimasis būdingas ne tik biosintezei
antibiotikai, bet yra bendra antrinio metabolizmo savybė, susijusi su gana dideliu "tarpinių produktų dydžiu. Giminingų junginių kompleksų biosintezė vyksta šiais metabolizmo keliais.

1. „Pagrindinio“ metabolito biosintezė vienu iš ankstesniame skyriuje aprašytų būdų.

Rifamicinas U
NS
OKUC / I.
Rifamicinas B

Protarifamicinas I h
Z-atna-5-hidroksi-5enzoinė rūgštis + c "metilmalanato vienetai + 2 malonato vienetai

1. Pagrindinio metabolito modifikavimas naudojant gana įprastas reakcijas, pavyzdžiui, oksiduojant metilo grupę į alkoholio grupę, o po to į karboksilo grupę, redukuojant dvigubas jungtis, dehidrogenuojant, metilinant, esterifikuojant ir kt.
2. Vienas ir tas pats metabolitas gali būti dviejų ar daugiau šių reakcijų substratas, dėl kurio susidaro du ar daugiau skirtingų produktų, kurie savo ruožtu gali įvairiai transformuotis dalyvaujant fermentams, todėl susidaro „metabolinis medis“.
3. Tas pats metabolitas gali susidaryti dviem (ar daugiau) skirtingais būdais, kuriuose tik
   fermentinių reakcijų tvarka, dėl kurios susidaro „metabolinis tinklas“.

Gana savotiškas metabolinio medžio ir medžiagų apykaitos tinklo sąvokas galima iliustruoti šiais pavyzdžiais: rifamicino šeimos (medžio) ir eritromicino (tinklo) biogenezė. Pirmasis metabolitas rifamicino šeimos biogenezėje yra protorifamicinas I (6.1 pav.), kurį galima laikyti pagrindiniu metabolitu. Sekoje

(Zritromicinas B)

reakcijos, kurių eiliškumas nežinomas, protorifamicinas I paverčiamas rifamicinu W ir rifamicinu S, užbaigiant dalį sintezės naudojant vieną kelią (medžio „kamieną“). Rifamicinas S yra pradinis kelių alternatyvių kelių šakojimosi taškas: kondensuojantis su dviejų anglies fragmentu susidaro rifamicinas O ir rafamicinas L ir B. Pastarasis dėl ansa grandinės oksidacijos paverčiamas rifamicinu Y. Rifamicino S oksidacijos metu suskaidžius vienos anglies fragmentą, susidaro rifamicinas G, o dėl nežinomų reakcijų rifamicinas S virsta vadinamuoju rifamicino kompleksu (rifamicinai A, C, D ir E). Dėl metilo grupės oksidacijos C-30 susidaro rifamicinas R.
Pagrindinis eritromicinų šeimos metabolitas yra eritronilidas B (Er B), kuris paverčiamas eritromicinu A (sudėtingiausiu metabolitu) vykstant šioms keturioms reakcijoms (6.2 pav.): 1) glikozilinimas PU 3 padėtyje.
kondensacija su micaroze (Mic.) (I reakcija); 2) mikarozės pavertimas kladinoze (Clad.) Dėl metilinimo (II reakcija); 3) eritronolido B pavertimas eritronolidu A (Er.A) dėl hidroksilinimo 12 padėtyje (III reakcija); 4) kondensacija su dezozaminu (Des.) 5 padėtyje (IV reakcija).
Kadangi šių keturių reakcijų tvarka gali skirtis, galimi skirtingi medžiagų apykaitos keliai ir kartu jie sudaro metabolinį tinklą, parodytą Fig. 6.2. Reikėtų pažymėti, kad yra ir takų, kurie yra medžio ir tinklo derinys.

Antriniai augalų metabolitai

Sąvokos „antriniai metabolitai“ ir „antrinė metabolizmas“ į biologų žodyną pateko XIX amžiaus pabaigoje su lengva profesoriaus Kosselio ranka. 1891 m. Berlyne jis skaitė paskaitą Fiziologų draugijos susirinkime, kuris vadinosi „Apie ląstelių cheminę sudėtį“. Šioje paskaitoje, kuri tais pačiais metais buvo paskelbta Archiv für Physiologie, jis pasiūlė suskirstyti ląstelę sudarančias medžiagas į pirmines ir antrines. „Nors pirminių metabolitų yra kiekvienoje besidalijančioje augalo ląstelėje, antriniai metabolitai ląstelėse atsiranda tik „atsitiktinai“ ir nėra būtini augalų gyvybei.

Atsitiktinis šių junginių pasiskirstymas, nereguliarus jų atsiradimas artimai giminingose ​​augalų rūšyse tikriausiai rodo, kad jų sintezė yra susijusi su procesais, kurie nėra būdingi kiekvienai ląstelei, o yra antrinio pobūdžio... Siūlau įvardyti junginius, kurie yra Kiekvienai ląstelei svarbūs yra pirminiai, o junginiai, kurių nėra jokioje augalo ląstelėje, yra antriniai. Vadinasi, aiškėja pavadinimo „antriniai metabolitai“ kilmė – jis reiškia antrinį, „atsitiktinį“.

Pirminės apykaitos junginių asortimentas yra akivaizdus - tai pirmiausia baltymai, riebalai, angliavandeniai ir

nukleino rūgštys. Tiesa, Kosselis pirminiais metabolitais laikė tik kelis šimtus mažos molekulinės masės junginių, reikalingų kiekvienai besidalijančiai augalo ląstelei. Dar visai neseniai antriniai metabolitai taip pat nebuvo didelių ginčų objektas. Sutikdami su Kosseliu, dauguma tyrinėtojų manė, kad tai yra tam tikri medžiagų apykaitos „ekscentriškumas“, priimtini ekscesai. Tokie junginiai literatūroje kartais netgi vadinami „prabangiomis ląstelių medžiagomis“.

Didžioji dauguma veikliųjų medžiagų buvo gauta iš augalų. Pirmasis toks junginys buvo morfinas – alkaloidas morfinas, kurį 1803 metais iš opijaus (džiovintų aguonų ankščių sulčių) išskyrė vokiečių vaistininkas Zertuneris. Tiesą sakant, šis įvykis gali būti laikomas aukštesniųjų augalų antrinių metabolitų tyrimo pradžia.

Tada atėjo eilė kitiems alkaloidams. Charkovo universiteto profesorius F. I. Gize 1816 m. gavo cinchoną iš cinchona medžio žievės, tačiau tai liko praktiškai nepastebėta ir daugelis tyrinėtojų cinchono alkaloidų atradimą sieja su Desosu, kuris gryną chininą ir cinhoniną išskyrė tik 1820 m.

1818 m. Kavantu ir Peletier išskyrė strichniną iš vėmimo (chilebukha Strychnos nux-vomica L. sėklos); Runge 1920 metais kavoje rado kofeino; 1826 m. Giesecke atrado snukį (Conium maculatum L); 1828 m. Posselis ir Rymanas išskyrė nikotiną iš tabako; 1831 m. Main gavo atropiną iš belladonna (Atropa beladonna L.).

Biologinės įvairovės terapinis panaudojimas neapsiriboja antibiotikais gaminančiais grybais ir aktinomicetais. Visų pirma, augalai išsiskiria nuostabia sintetinių procesų įvairove, kurių galutinius produktus atstovauja pačios įvairiausios cheminės struktūros junginiai. Šiuolaikinėje medicinoje naudojamos riebalų rūgštys, aliejai, augalų polisacharidai, taip pat stebėtinai įvairūs antriniai metabolitai. Antrinis metabolizmas, priešingai nei pirminis metabolizmas, būdingas visiems organizmams, pasižymi taksonominiu originalumu. Antrinis augalo metabolizmas yra diferencijuotų augalų ląstelių ir audinių ypatybė, būdinga tik specializuotiems organams ir apsiriboja tam tikromis gyvenimo ciklo fazėmis. Pagrindinės antrinių metabolitų klasės yra alkaloidai, izoprenoidai ir fenolio junginiai. Taip pat augalai sintetina cianogeninius glikozidus, poliketidus, vitaminus. Iš 30 žinomų vitaminų apie 20 patenka į žmogaus organizmą su augaliniu maistu. Kai kurios išvardytos junginių klasės, taip pat augalai, iš kurių jie išskirti, pateikiami lentelėje

Antriniai metabolitai Šaltinis augalas

Alkaloidai Aguonų migdomieji vaistai. Belladonna belladonna. Perkūnija. Rauvolfija. Colchicum. Cinchona. Tabakas.

Izoprenoidai:

taxola kukmedis

širdies glikozidai arba rusmenės kardenolidai. Liana strofant. Gegužės slėnio lelija.

triterpeno glikozidai arba ženšenio saponinai. Saldymedis. Aralia.

steroidiniai glikozidai Dioscorea Liana.

Fenoliniai junginiai:

flavonoidai Saldymedis. Motinažolė. Immortelle.

Alkaloidai. Iki šiol žinoma apie 10 tūkstančių alkaloidų, kurie turi didelį farmakologinį aktyvumą. Alkaloidų kiekis augalinėse medžiagose paprastai neviršija kelių procentų, tačiau cinchona medžio žievėje jų kiekis siekia 15-20%. Alkaloidai gali koncentruotis įvairiuose organuose ir audiniuose. Be to, jie dažnai kaupiasi netinkamuose audiniuose, kur yra sintetinami. Pavyzdžiui, nikotinas sintetinamas tabako šaknyse ir kaupiamas lapuose. Tarp žinomiausių alkaloidų yra morfinas, kodeinas, papaverinas, kurie buvo išskirti iš migdomųjų tablečių (Papaver somniferum) kapsulių. Belladonna alkaloidai (Atropa belladonna), dar vadinami „mieguistu stuporu“, yra daugelio vaistų, tokių kaip besalolis, bellalginas, bellataminalis, solutanas, dalis. Šiuolaikinėje onkologijoje plačiai paplitę žilvičių (Catharanthus roseus) alkaloidai – vinblastinas ir vinkristinas, o rezerpinas ir aimalinas iš Rauvolfia serpentina šaknų naudojami kaip psichotropiniai vaistai ir kraujospūdžiui mažinti.

Izoprenoidai. Išskirtų junginių skaičiumi izoprenoidai lenkia visas kitas antrinių metabolitų klases (jų yra daugiau nei 23 tūkst.), tačiau pagal farmakologinį aktyvumą nusileidžia alkaloidams. Šiai grupei priklauso skirtingų struktūrų junginiai. Kai kurių iš jų negalima pakeisti sintetiniais narkotikais, pavyzdžiui, taksoliais, išskirtais iš kukmedžio žievės. Jie yra itin aktyvūs citostatikai, veikiantys vėžines ląsteles labai mažomis dozėmis. Šiuo metu į juos daug vilčių deda onkologijoje.

Svarbiausią izoprenoidų grupę sudaro širdies glikozidai arba kardenolidai. Pavyzdžiui, apie 50 kardenolidų, įskaitant digitoksiną, buvo išskirta iš dviejų rūšių purpurinių lapuočių (Digitalis purpurea) ir vilnonių lapuočių (D. lanata). Medicinos praktikoje plačiai naudojamas natūralus glikozidas k-strofantozidas, kuris yra nepakeičiamas pirmosios pagalbos teikimo įrankis: širdį veikia per 1-3 minutes. po injekcijos į veną. Šis vaistas yra išskirtas iš Strophanthus kombe vynmedžio, augančio Afrikos atogrąžų miškuose, sėklų, kur vietiniai gyventojai šio augalo sultis naudojo kaip nuodus strėlėms. Pakalnučių (Cjnvallaria majalis) širdies glikozidai yra pranašesni už kitus širdies glikozidus (pvz., digitoksiną).

Kitos medicinai svarbios izoprenoidų grupės yra triterpeno glikozidai arba saponinai. Dauguma šios grupės atstovų pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu, nuo kurio priklauso jų gydomasis poveikis bei tokių žinomų biostimuliatorių kaip ženšenis, aralijos, saldymedis naudojimas.

Steroidiniai glikozidai biologiniu aktyvumu skiriasi nuo triterpeninių. Šiuolaikinei medicinai tai yra daugelio hormonų ir kontraceptikų sintezės pradinė medžiaga. Nuo praėjusio amžiaus 40-ųjų steroidinėms žaliavoms gauti daugiausia buvo naudojamas glikozidas diosgeninas iš įvairių Dioscorea genties vynmedžių rūšių šakniastiebių. Šiuo metu iš jo gaunama daugiau nei 50% visų steroidinių vaistų. Naujausi tyrimai atskleidė kitas medicinai svarbias šios grupės junginių savybes.

Fenoliniai junginiai. Gausiausia ir plačiausiai augaluose paplitusi fenolinių junginių grupė yra flavonoidai. Jie kaupiasi saldymedžio (Glycyrrhiza glabra), motininės žolės (Leonurus cordiaca) ir nemirtingųjų žiedų (Helichryzum arenarium) šaknyse. Flavonoidai pasižymi plačiu farmakologinio poveikio spektru. Jie turi choleretinį, baktericidinį, antispazminį, kardiotoninį poveikį, mažina kraujagyslių trapumą ir pralaidumą (pavyzdžiui, rutinas), geba surišti ir pašalinti iš organizmo radionuklidus, turi ir priešvėžinį poveikį.

Stulbinančios augalų biosintetinės galimybės dar toli gražu neatskleistos. Iš 250 tūkstančių Žemėje gyvenančių rūšių ištirta ne daugiau kaip 15%, o tik kai kuriems vaistiniams augalams gautos ląstelių kultūros. Taigi, ženšenio ir dioskorėjos ląstelių kultūros yra triterpeno ir steroidinių glikozidų gamybos biotechnologinio proceso pagrindas. Didžiulės viltys siejamos su šių naujų technologijų diegimu, nes daugelis mūsų klimato sąlygomis retų arba visai neaugančių augalų gali būti panaudoti kaliaus ar suspensijų pasėlių pavidalu. Deja, technogeninė civilizacijos prigimtis mūsų planetoje daro nepataisomą žalą laukinei florai. Keičiasi ne tik Žemės biosfera, žmogaus aplinka, bet naikinami didžiuliai neištirti sveikatos ir ilgaamžiškumo sandėliai.

Diauxia- vienos ar kelių pereinamųjų (t. y. laikinų) kultūros augimo fazių atsiradimas. Tai atsitinka, kai bakterijos yra aplinkoje, kurioje yra du ar daugiau alternatyvių maisto šaltinių. Dažnai bakterijos naudoja vieną šaltinį, pirmenybę teikdamos jam, o ne kitam, kol šis išsenka. Tada bakterijos pereina prie kito maisto šaltinio. Tačiau augimas gerokai sulėtėjo dar prieš keičiant energijos šaltinį. Pavyzdys yra E. coli – bakterija, dažniausiai randama žarnyne. Jis gali naudoti gliukozę arba laktozę kaip energijos ir anglies šaltinį. Jei yra abu angliavandeniai, pirmiausia naudojama gliukozė, o tada augimas sulėtėja, kol gaminasi laktozę fermentuojantys fermentai.

Pirminių ir antrinių metabolitų susidarymas

Pirminiai metabolitai yra medžiagų apykaitos produktai, būtini augimui ir išgyvenimui.
Antriniai metabolitai- medžiagų apykaitos produktai, kurie nėra būtini augimui ir nėra būtini išgyvenimui. Tačiau jie atlieka naudingas funkcijas ir dažnai apsaugo nuo kitų konkuruojančių mikroorganizmų poveikio arba stabdo jų augimą. Kai kurie iš jų yra toksiški gyvūnams, todėl gali būti naudojami kaip cheminis ginklas. Aktyviausiais augimo laikotarpiais jos dažniausiai nesusiformuoja, bet pradeda gamintis sulėtėjus augimui, atsiradus atsarginėms medžiagoms. Kai kurie svarbūs antibiotikai yra antriniai metabolitai.

Bakterijų ir grybų augimo kultūroje matavimas

Ankstesniame skyriuje mes analizavome tipiška bakterijų augimo kreivė... Galima tikėtis, kad ta pati kreivė apibūdina mielių (vienaląsčių grybų) augimą arba bet kurios mikroorganizmų kultūros augimą.

Analizuojant bakterijų augimą arba mielės, galime tiesiogiai suskaičiuoti ląstelių skaičių arba išmatuoti kai kuriuos parametrus, priklausančius nuo ląstelių skaičiaus, pavyzdžiui, tirpalo drumstumą arba dujų išsiskyrimą. Paprastai nedidelis mikroorganizmų skaičius pasėjamas į sterilią auginimo terpę ir auginamas inkubatoriuje optimalioje augimo temperatūroje. Likusios sąlygos turėtų būti kuo artimesnės optimalioms (12.1 skirsnis). Augimas turi būti matuojamas nuo inokuliacijos momento.

Paprastai moksliniuose tyrimuose laikytis geros taisyklės- atlikti eksperimentą keliais pakartojimais ir dėti kontrolinius mėginius, kur įmanoma ir būtina. Kai kurie aukščio matavimo metodai reikalauja tam tikrų įgūdžių ir net specialistų rankose jie nėra labai tikslūs. Todėl tikslinga, jei įmanoma, į kiekvieną eksperimentą įtraukti du pavyzdžius (vieną pakartojimą). Kontrolinis mėginys, kuriame į auginimo terpę nebuvo pridėta mikroorganizmų, parodys, ar tikrai dirbate steriliai. Turėdami pakankamai patirties, galite puikiai įsisavinti visus aprašytus metodus, todėl patariame pirmiausia juos pasipraktikuoti prieš naudojant projekte. Yra du būdai nustatyti ląstelių skaičių, būtent skaičiuojant gyvybingų ląstelių skaičių arba bendrą ląstelių skaičių. Gyvybingų ląstelių skaičius yra tik gyvų ląstelių skaičius. Bendras ląstelių skaičius yra bendras gyvų ir negyvų ląstelių skaičius; tai paprastai lengviau nustatyti.

Pagal medžiagų apykaitą arba medžiagų apykaitą, jie supranta organizme vykstančių cheminių reakcijų visumą, kurios aprūpina jį medžiagomis organizmui kurti ir energija gyvybei palaikyti. Kai kurios reakcijos visiems gyviems organizmams pasirodo panašios (nukleorūgščių, baltymų ir peptidų, taip pat daugumos angliavandenių, kai kurių karboksirūgščių ir kt. susidarymas ir skilimas) ir vadinama pirminis metabolizmas (arba pirminis metabolizmas).

Be pirminės apykaitos reakcijų, yra daug medžiagų apykaitos kelių, vedančių į junginių, būdingų tik tam tikroms, kartais labai nedaugeliui, organizmų susidarymą.

Šios reakcijos, anot I. Chapeko (1921) ir K. Pahu (1940), apjungiamos terminu antrinis metabolizmas , arba keistis, o jų gaminiai vadinami produktais antrinis metabolizmas, arba antriniai junginiai (kartais antriniai metabolitai).

Antriniai ryšiai susidaro daugiausia vegetatyviškai sėsliose gyvų organizmų grupėse – augaluose ir grybuose, taip pat daugelyje prokariotų.

Gyvūnams antriniai medžiagų apykaitos produktai susidaro retai, tačiau dažnai ateina iš išorės kartu su augaliniu maistu.

Antrinės apykaitos produktų vaidmuo ir jų atsiradimo vienoje ar kitoje grupėje priežastys skiriasi. Bendriausia forma jiems priskiriama adaptacinė reikšmė ir plačiąja prasme apsauginės savybės.

Spartus natūralių junginių chemijos vystymasis per pastaruosius tris dešimtmečius, susijęs su didelės skiriamosios gebos analitinių instrumentų kūrimu, lėmė tai, kad pasaulis "antriniai junginiai" gerokai išsiplėtė. Pavyzdžiui, šiandien žinomų alkaloidų skaičius artėja prie 5000 (kai kurių šaltinių duomenimis, iki 10 000), fenolinių junginių – iki 10 000, ir šie skaičiai auga ne tik kiekvienais metais, bet kas mėnesį.

Bet kurioje augalinėje medžiagoje visada yra sudėtingas pirminių ir antrinių junginių rinkinys, kuris, kaip jau minėta, lemia vaistinių augalų veikimo įvairiapusiškumą. Tačiau abiejų vaidmuo šiuolaikinėje vaistažolių medicinoje vis dar skiriasi.

Palyginti nedaug žinoma objektų, kurių panaudojimą medicinoje pirmiausia lemia pirminių junginių buvimas juose. Tačiau gali būti, kad ateityje jų vaidmuo medicinoje padidės ir jie gali būti naudojami kaip naujų imunomoduliuojančių medžiagų gavimo šaltiniai.

Antriniai medžiagų apykaitos produktai šiuolaikinėje medicinoje naudojami daug dažniau ir plačiau. Taip yra dėl jų apčiuopiamo ir dažnai labai „stulbinančio“ farmakologinio poveikio.

Susidarę pirminių junginių pagrindu, jie gali kauptis gryna forma arba glikozilinti vykstant metabolinėms reakcijoms, t.y. yra prijungti prie cukraus molekulės.

Dėl glikozilinimo atsiranda molekulės - heterozidai, kurie skiriasi nuo antrinių junginių, kaip taisyklė, geresniu tirpumu, o tai palengvina jų dalyvavimą metabolinėse reakcijose ir šia prasme turi didelę biologinę reikšmę.

Bet kokių antrinių junginių glikozilintos formos paprastai vadinamos glikozidais.

Pirminės sintezės medžiagos susidaro asimiliacijos procese, t.y. medžiagų, patenkančių į organizmą iš išorės, pavertimas paties organizmo medžiagomis (ląstelių protoplastais, saugojimo medžiagomis ir kt.).

Pirminės sintezės medžiagos yra aminorūgštys, baltymai, lipidai, angliavandeniai, fermentai, vitaminai ir organinės rūgštys.

Medicinos praktikoje plačiai naudojami lipidai (riebalai), angliavandeniai (polisacharidai) ir vitaminai (šių medžiagų grupių charakteristikos pateiktos atitinkamose temose).

Voverės, kartu su lipidais ir angliavandeniais sudaro augalo organizmo ląstelių ir audinių struktūrą, dalyvauja biosintezės procesuose, yra efektyvi energetinė medžiaga.

Vaistinių augalų baltymai ir aminorūgštys turi nespecifinį teigiamą poveikį paciento organizmui. Jie veikia baltymų sintezę, sudaro sąlygas sustiprintai imuninių kūnų sintezei, dėl kurios padidėja organizmo apsauga. Patobulinta baltymų sintezė taip pat apima sustiprintą fermentų sintezę, todėl pagerėja medžiagų apykaita. Biogeniniai aminai ir aminorūgštys vaidina svarbų vaidmenį normalizuojant nervinius procesus.

Voverės- biopolimerai, kurių struktūrinį pagrindą sudaro ilgos polipeptidinės grandinės, sudarytos iš α-aminorūgščių liekanų, tarpusavyje sujungtų peptidiniais ryšiais. Baltymai skirstomi į paprastus (hidrolizės metu susidaro tik amino rūgštys) ir kompleksinius – juose baltymas siejamas su nebaltyminėmis medžiagomis: su nukleorūgštimis (nukleoproteinais), polisacharidais (glikoproteinais), lipidais (lipoproteinais), pigmentais (chromoproteinais) , metalo jonai (metaloproteinai), fosforo rūgšties likučiai (fosfoproteinai).

Šiuo metu beveik nėra augalinės kilmės objektų, kurių panaudojimą lemtų juose esantys baltymai. Tačiau gali būti, kad ateityje modifikuoti augaliniai baltymai gali būti naudojami kaip medžiagų apykaitos reguliavimo priemonė žmogaus organizme.

Lipidai - riebalai ir į riebalus panašios medžiagos, kurios yra aukštesnių riebalų rūgščių, alkoholių arba aldehidų dariniai.

Jie skirstomi į paprastus ir sudėtingus.

Iki paprasto apima lipidus, kurių molekulėse yra tik riebalų rūgščių (arba aldehidų) ir alkoholių likučiai. Iš paprastų lipidų augaluose ir gyvūnuose yra riebalai ir riebaliniai aliejai, kurie yra triacilgliceroliai (trigliceridai) ir vaškai.

Pastarieji susideda iš aukštesniųjų riebalų rūgščių esterių, mono- arba dviatominių aukštesniųjų alkoholių. Prostaglandinai, kurie organizme susidaro iš polinesočiųjų riebalų rūgščių, yra artimi riebalams. Pagal cheminę prigimtį tai yra prostano rūgšties dariniai, turintys 20 anglies atomų skeletą ir turintys ciklopentano žiedą.

Sudėtingi lipidai skirstomi į dvi dideles grupes:

fosfolipidai ir glikolipidai (t. y. junginiai, kurių struktūroje yra fosforo rūgšties liekanos arba angliavandenių komponentas). Būdami gyvų ląstelių dalis, lipidai atlieka svarbų vaidmenį gyvybės palaikymo procesuose, formuodami energijos atsargas augaluose ir gyvūnuose.

Nukleino rūgštys- biopolimerai, kurių monomeriniai vienetai yra nukleotidai, susidedantys iš fosforo rūgšties liekanos, angliavandenių komponento (ribozės arba dezoksiribozės) ir azoto (purino arba pirimidino) bazės. Atskirkite deoksiribukleino (DNR) ir ribonukleino (RNR) rūgštis. Nukleino rūgštys iš augalų dar nenaudojamos medicinos tikslams.

Fermentai užima ypatingą vietą tarp baltymų. Fermentų vaidmuo augaluose specifinis – jie yra daugumos cheminių reakcijų katalizatoriai.

Visi fermentai skirstomi į 2 klases: vienkomponentinius ir dvikomponentinius. Vieno komponento fermentai susideda tik iš baltymų,

dviejų komponentų – iš baltymo (apofermento) ir nebaltyminės dalies (kofermento). Vitaminai gali būti kofermentai.

Medicinos praktikoje naudojami šie fermentų preparatai:

- „Nigedaza " - iš chernushka damascus sėklų - Nigella damascena, fam. vėdrynas – Ranunculaceae. Vaisto esmė yra lipolitinio poveikio fermentas, sukeliantis augalinės ir gyvūninės kilmės riebalų hidrolizinį skaidymą.

Vaistas veiksmingas esant pankreatitui, enterokolitui ir su amžiumi susijusiam virškinimo sulčių lipolitinio aktyvumo sumažėjimui.

- "Karipazim" ir "Lekozyme" - iš džiovintų papajos (meliono medžio) pieno sulčių (latekso) - Carica papaya L., fam. papaevs - Cariacaceae.

„Karipazim“ centre“ – proteolitinių fermentų (papaino, chimopapaino, peptidazės) suma.

Naudojamas III laipsnio nudegimams, pagreitina šašų pašalinimą, valo granuliuojančias žaizdas nuo pūlingų-nekrozinių masių.

„Lekozyme“ centre"- proteolitinis fermentas papainas ir mukolitinis fermentas lizocimas. Naudojamas ortopedinėje, traumatologinėje ir neurochirurginėje praktikoje esant tarpslankstelinei osteochondrozei, taip pat oftalmologijoje eksudatų rezorbcijai.

Organinės rūgštys, kartu su angliavandeniais ir baltymais jie yra gausiausios medžiagos augaluose.

Jie dalyvauja augalų kvėpavime, baltymų, riebalų ir kitų medžiagų biosintezėje. Organinės rūgštys reiškia tiek pirminės sintezės (obuolių, acto, oksalo, askorbo), tiek antrinės (ursolio, oleanolio) sintezės medžiagas.

Organinės rūgštys yra farmakologiškai aktyvios medžiagos ir dalyvauja bendrame vaistų ir vaistinių augalų formų veiksmuose:

Salicilo ir ursolio rūgštys turi priešuždegiminį poveikį;

Obuolių ir gintaro rūgštys – energetinių grupių donorės, padeda didinti fizinę ir protinę veiklą;

Askorbo rūgštis - vitaminas C.

Vitaminai- speciali organinių medžiagų grupė, kuri atlieka svarbias biologines ir biochemines funkcijas gyvuose organizmuose. Šiuos įvairios cheminės prigimties organinius junginius daugiausia sintetina augalai ir mikroorganizmai.

Žmonėms ir gyvūnams, kurie jų nesintetina, vitaminų reikia labai mažais kiekiais, palyginti su maistinėmis medžiagomis (baltymais, angliavandeniais, riebalais).

Yra žinoma daugiau nei 20 vitaminų. Jie turi raidžių pavadinimus, cheminius pavadinimus ir pavadinimus, apibūdinančius jų fiziologinį poveikį. Vitaminai klasifikuojami vandenyje tirpiems (askorbo rūgštis, tiaminas, riboflavinas, pantoteno rūgštis, piridoksinas, folio rūgštis, cianokobalaminas, nikotinamidas, biotinas)

ir riebaluose tirpūs (retinolis, filochinonas, kalciferoliai, tokoferoliai). Iki vitaminų medžiagos yra kai kurie flavonoidai, lipoinė, orotinė, pangamos rūgštys, cholinas, inozitolis.

Biologinis vitaminų vaidmuo yra įvairus. Buvo nustatytas glaudus ryšys tarp vitaminų ir fermentų. Pavyzdžiui, dauguma B grupės vitaminų yra kofermentų pirmtakai ir protezuojamos fermentų grupės.

Angliavandeniai- plati organinių medžiagų klasė, kuriai priklauso polioksikarbonilo junginiai ir jų dariniai. Priklausomai nuo monomerų skaičiaus molekulėje, jie skirstomi į monosacharidus, oligosacharidus ir polisacharidus.

Angliavandeniai, susidedantys tik iš polioksikarbonilo junginių, vadinami homozidais, o jų dariniai, kurių molekulėje yra kitų junginių likučių, vadinami heterosidais. Visų tipų glikozidai priklauso heterosidams.

Mono- ir oligosacharidai yra normalūs bet kurios gyvos ląstelės komponentai. Tais atvejais, kai jų susikaupia dideli kiekiai, jos vadinamos vadinamosiomis ergastinėmis medžiagomis.

Polisacharidai, kaip taisyklė, visada kaupiasi dideliais kiekiais kaip protoplastų atliekos.

Monosacharidai ir oligosacharidai naudojami gryna forma, dažniausiai gliukozės, fruktozės ir sacharozės pavidalu. Kaip energetinės medžiagos mono- ir oligosacharidai dažniausiai naudojami kaip užpildai gaminant įvairias dozavimo formas.

Šių angliavandenių šaltiniai yra augalai (cukranendrės, burokėliai, vynuogės, daugelio spygliuočių hidrolizuota mediena ir sumedėję gaubtasėkliai).

Augaluose sintetinamos įvairios formos polisacharidai, kurios skiriasi viena nuo kitos tiek struktūra, tiek atliekamomis funkcijomis. Polisacharidai įvairiomis formomis plačiai naudojami medicinoje. Ypač plačiai naudojamas krakmolas ir jo hidrolizės produktai, taip pat celiuliozė, pektinas, alginatai, dervos ir gleivės.

Celiuliozė (pluoštas) - polimeras, kuris sudaro didžiąją dalį augalų ląstelių sienelių. Manoma, kad skirtingų augalų pluošto molekulėje yra nuo 1400 iki 10 000 β-D-gliukozės likučių.

Krakmolas ir inulino priklauso rezerviniams polisacharidams.

Krakmolas yra 96–97,6% sudarytas iš dviejų polisacharidų: amilozės (linijinis gliukanas) ir amilopektino (šakotasis gliukanas).

Aktyvios fotosintezės laikotarpiu jis visada laikomas krakmolo grūdelių pavidalu. Šios šeimos atstovai. Аsteraceae ir Satrapi / aseae kaupiasi fruktozanai (inulinas), ypač dideliais kiekiais požeminiuose organuose.

Gleivių ir guma (guma) - homo- ir heterosacharidų bei poliuronidų mišiniai. Dervos susideda iš heteropolisacharidų, kuriuose privalomai dalyvauja urono rūgštys, kurių karbonilo grupės yra sujungtos Ca 2+, K + ir Mg 2+ jonais.

Pagal tirpumą vandenyje gumos skirstomos į 3 grupės:

Arabinas, gerai tirpsta vandenyje (abrikosų ir arabų);

Bassorinaceae, blogai tirpus vandenyje, bet jame stipriai brinksta (tragakantas)

Ir kerazinas, blogai tirpsta ir blogai brinksta vandenyje (vyšnia).

Glebės, skirtingai nei gumos, gali būti neutralūs (neturi urono rūgščių), taip pat turi mažesnę molekulinę masę ir gerai tirpsta vandenyje.

Pektino medžiagos- didelės molekulinės masės heteropolisacharidai, kurių pagrindinis struktūrinis komponentas yra β-D-galakturono rūgštis (poligalakturonidas).

Augaluose pektino medžiagos yra netirkaus protopektino – metoksilintos poligalakturono rūgšties polimero su galaktanu ir ląstelės sienelės arabanu pavidalu: poliuronidų grandinės tarpusavyje jungiasi Ca 2+ ir Mg 2+ jonais.

Antrinio metabolizmo medžiagos

Antrinės sintezės medžiagos dėl to susidaro augaluose

Disimiliacija.

Disimiliacija – tai pirminės sintezės medžiagų skilimo į paprastesnes medžiagas procesas, lydimas energijos išsiskyrimo. Iš šių paprastų medžiagų sunaudojant išsiskiriančią energiją susidaro antrinės sintezės medžiagos. Pavyzdžiui, gliukozė (pirminės sintezės medžiaga) skyla į acto rūgštį, iš kurios sintetinama mevalono rūgštis, o per daugybę tarpinių produktų – visi terpenai.

Antrinės sintezės medžiagoms priskiriami terpenai, glikozidai, fenoliniai junginiai, alkaloidai. Visi jie dalyvauja medžiagų apykaitoje ir atlieka tam tikras augalams svarbias funkcijas.

Antrinės sintezės medžiagos medicinos praktikoje naudojamos daug dažniau ir plačiau nei pirminės sintezės medžiagos.

Kiekviena augalinių medžiagų grupė nėra izoliuota ir yra neatskiriamai susijusi su kitomis grupėmis biocheminiais procesais.

Pavyzdžiui:

Dauguma fenolinių junginių yra glikozidai;

Karčios iš terpenų klasės yra glikozidai;

Augaliniai steroidai yra terpenai, o širdies glikozidai, steroidiniai saponinai ir steroidiniai alkaloidai yra glikozidai;

Karotinoidai, gauti iš tetraterpenų, yra vitaminai;

Monosacharidai ir oligosacharidai yra glikozidų dalis.

Pirminės sintezės medžiagose yra visi augalai, antrinės medžiagos

Atskirų rūšių, genčių ir šeimų augalai kaupia sintezę.

Antriniai metabolitai susidaro daugiausia vegetatyviškai sėsliose gyvų organizmų grupėse – augaluose ir grybuose.

Antrinio metabolizmo produktų vaidmuo ir jų atsiradimo tam tikroje sisteminėje grupėje priežastys skiriasi. Bendriausia forma jiems priskiriama adaptacinė reikšmė ir plačiąja prasme apsauginės savybės.

Šiuolaikinėje medicinoje antrinės apykaitos produktai naudojami daug plačiau ir dažniau nei pirminiai metabolitai.

Tai dažnai siejama su labai ryškiu farmakologiniu poveikiu ir daugialypiu poveikiu įvairioms žmonių ir gyvūnų sistemoms bei organams. Jie sintetinami pirminių junginių pagrindu ir gali kauptis arba laisvos formos, arba metabolinių reakcijų metu vyksta glikozilinimas, tai yra, prisijungia prie cukraus.

Alkaloidai - azoto turintys bazinio pobūdžio organiniai junginiai, daugiausia augalinės kilmės. Alkaloidų molekulinė struktūra yra labai įvairi ir dažnai gana sudėtinga.

Azotas dažniausiai yra heterocikluose, bet kartais ir šoninėje grandinėje. Dažniausiai alkaloidai klasifikuojami pagal šių heterociklų struktūrą arba pagal jų biogenetinius pirmtakus – aminorūgštis.

Skiriamos šios pagrindinės alkaloidų grupės: pirolidinas, piridinas, piperidinas, pirolizidinas, chinolizidinas, chinazolinas, chinolinas, izochinolinas, indolas, dihidroindolas (betalainai), imidazolas, šarminis purinas, steroidoidai. Daugelis alkaloidų turi specifinį, dažnai unikalų fiziologinį poveikį ir yra plačiai naudojami medicinoje. Kai kurie alkaloidai yra galingi nuodai (pavyzdžiui, kurare alkaloidai).

Antraceno dariniai- grupė natūralių geltonos, oranžinės arba raudonos spalvos junginių, kurie yra pagrįsti antraceno struktūra. Jie gali turėti skirtingą vidurinio žiedo oksidacijos būseną (antrono, antranolio ir antrachinono dariniai) ir anglies skeleto struktūrą (monomeriniai, dimeriniai ir kondensuoti junginiai). Dauguma jų yra chrizacino (1,8-dihidroksiantrachinono) dariniai. Rečiau pasitaiko alizarino (1,2-dihidroksiantrachinono) darinių. Augaluose antraceno darinių galima rasti laisvos formos (aglikonų) arba glikozidų (antraglikozidų) pavidalu.

Vitanolidai - fitosteroidų grupė.Šiuo metu žinomos kelios šios klasės junginių serijos. Vitanolidai yra polioksisteroidai, kurių 17 padėtyje yra 6 narių laktono žiedas, o A žiedo C 1 - keto grupė.

Glikozidai - plačiai paplitę natūralūs junginiai, kurie veikiami įvairių agentų (rūgšties, šarmo ar fermento) suyra į angliavandenių fragmentą ir aglikoną (geniną). Glikozidinis ryšys tarp cukraus ir aglikono gali susidaryti dalyvaujant O, N arba S atomams (O-, N- arba S-glikozidams), taip pat dėl ​​C-C atomų (C-glikozidų).

O-glikozidai yra labiausiai paplitę augalų pasaulyje). Glikozidai gali skirtis tiek aglikono struktūra, tiek cukraus grandinės struktūra. Angliavandenių komponentus sudaro monosacharidai, disacharidai ir oligosacharidai, todėl glikozidai vadinami monosidais, biosidais ir oligosidais.

Savotiškos natūralių junginių grupės yra cianogeniniai glikozidai ir tioglikozidai (gliukozinolatai).

Cianogeniniai glikozidai gali būti pateikiami kaip α-hidroksinitrilų, turinčių vandenilio cianido rūgšties, dariniai.

Jie plačiai paplitę tarp šeimos augalų. Ros aseae, pošeimiu Propoideae, daugiausia koncentruojasi jų sėklose (pavyzdžiui, glikozidai amigdalinas ir prunazinas sėklose Atugdalus sotinis, Arteniasa v1garis).

Tioglikozidai (gliukozinolatai) šiuo metu yra laikomi hipotetinio anijono – gliukozinolato – dariniais, taigi ir antrasis pavadinimas.

Gliukozinolatai iki šiol buvo aptikti tik dviskilčiuose augaluose ir yra būdingi šiai šeimai. Вrassi saseae, Sarraridaceae, Resedaceae ir kiti ordino atstovai Caprara1es.

Augaluose jie randami druskų pavidalu su šarminiais metalais, dažniausiai su kaliu (pavyzdžiui, sinigrino gliukozinolatas iš sėklų Вrassica jipsea ir B. nigra.

Izoprenoidai - didelė natūralių junginių klasė

kaip izopreno biogeninės konversijos produktas.

Tai įvairūs terpenai, jų dariniai – terpenoidai ir steroidai. Kai kurie izoprenoidai yra struktūriniai antibiotikų fragmentai, kai kurie yra vitaminai, alkaloidai ir gyvūnų hormonai.

Terpenai ir terpenoidai- nesotieji angliavandeniliai ir jų dariniai, kurių sudėtis (С 5 Н 8) n, kur n = 2 arba n> 2. Pagal izopreno vienetų skaičių jie skirstomi į kelias klases: mono-, sesqui-, di-, tri -, tetra - ir politerpenoidai.

Monoterpenoidai (C 10 H 16) ir seskviterpenoidai (C 15 H 24) yra įprastos eterinių aliejų sudedamosios dalys.