Birincil ve ikincil bitki metabolizması. Birincil metabolitler Birincil ve ikincil metabolitlerin karakterizasyonu

Fotosentez hangi yolla yapılırsa yapılsın, sonuçta, hücrenin ve nihayetinde tüm çok hücreli organizmanın hayati aktivitesini sürdürmenin temelini oluşturan enerji açısından zengin rezerv maddelerin birikimi ile sona erer. Bu maddeler birincil metabolizmanın ürünleridir. Ana işlevlerine ek olarak, birincil metabolitler, genellikle ikincil metabolizma ürünleri olarak adlandırılan bileşiklerin biyosentezinin temelidir. Genellikle şartlı olarak "ikincil metabolitler" olarak adlandırılan ikincisi, doğada var olmaları için fotosentez sonucu oluşan ürünlere tamamen "zorunludur". Sekonder metabolitlerin sentezinin, hücresel solunum sürecinde mitokondride salınan enerji nedeniyle gerçekleştirildiğine dikkat edilmelidir.

İkincil metabolitler, bitki biyokimyasının inceleme konusudur, ancak doğrudan fotosentez ürünleri ile biyogenetik ilişkilerini gösteren diyagram (Şekil 1) ile tanışmak ilginçtir.

Şekil 1. Sekonder metabolitlerin doğrudan fotosentez ürünleri ile biyogenetik ilişkisi.

İkincil metabolitler: pigmentler, alkaloidler, tanenler, glikozitler, organik asitler

pigmentler

Vakuol pigmentleri arasında en yaygın olanları antosiyaninler ve flavonlardır.

Antosiyaninler, fenolik gruplara sahip glikozitler grubuna aittir. Bir grubun antosiyaninleri diğerinden farklıdır. Bu pigmentin ilginç bir özelliği de hücre özsuyunun pH'ına bağlı olarak rengini değiştirmesidir. Hücre suyunun asidik bir reaksiyonu ile antosiyanin onu pembe, nötr olan - mor ve temel olan - mavi ile boyar.

Bazı bitkilerde çiçekler geliştikçe renk değişebilir. Örneğin, salatalık otu pembe tomurcuklara sahiptir ve olgun çiçekler mavidir. Bu şekilde bitkinin böceklere tozlaşmaya hazır olduğunu bildirdiği varsayılır.

Antosiyaninler sadece çiçeklerde değil, aynı zamanda saplarda, yapraklarda ve meyvelerde de birikir.

Antoklor, flavonoidlere ait sarı bir pigmenttir. Daha az yaygındır. Kabak, karakurbağası, narenciye antoklor sarı çiçekleri içerir.

Pigment antofein ayrıca hücre özünde birikerek onu koyu kahverengiye boyayabilir.

Alkaloidler, döngülerde karbona ek olarak, bir veya daha fazla nitrojen atomu, daha az sıklıkla oksijen içeren doğal heterosiklik bileşikleri içerir. Onlar alkalidir. Alkaloidler yüksek farmakolojik aktiviteye sahiptir, bu nedenle çoğu şifalı bitki alkaloiddir. Uyuyan haşhaş kutularında morfin, tebain, kodein, papaverin ve diğerleri dahil olmak üzere 20'den fazla farklı alkaloid bulunur.Bildiğiniz gibi, morfin analjezik ve anti-şok etkileri olan öforiye neden olur: tekrar tekrar kullanıldığında ağrılı bir ağrıya neden olur. ona bağımlılık gelişir - uyuşturucu bağımlılığı. Kodein öksürük merkezinin uyarılabilirliğini azaltır, antitussiflerin bir parçasıdır. Papaverin, hipertansiyon, anjina pektoris, migren için antispazmodik bir ajan olarak kullanılır. Solanaceae, düğünçiçekleri, liliaceae alkaloidler açısından zengindir.

Birçok alkaloid bitki zehirlidir ve hayvanlar tarafından yenmez, mantar ve bakteri hastalıklarından zayıf etkilenirler.

Glikozitler, alkoller, aldehitler, fenoller ve diğer nitrojen içermeyen maddelerle birleştirilmiş şeker türevleridir. Hava ile temas ettiğinde, glikozitler parçalanır ve örneğin saman kokusu, demlenmiş çay vb. Gibi hoş bir aroma salınır.

Kardiyak glikozitler ve saponinler pratikte en yaygın olarak kullanılanlardır. Kardiyak glikozitler, vadideki mayıs zambağı gibi iyi bilinen bir şifalı bitkinin aktif prensibidir. Tıbbi özellikleri çok uzun zamandır bilinmektedir ve bugüne kadar önemini kaybetmemiştir. Daha önce, vadi zambağı, damla, kalp hastalığı, epilepsi ve ateş için ilaç hazırlamak için kullanılıyordu.

Saponinlerin adı, bu bileşiklerin köpürme özelliklerinden gelmektedir. Bu grubun temsilcilerinin çoğu, terapötik etkiyi ve buna bağlı olarak ginseng, meyan kökü ve aralia gibi iyi bilinen biyo-uyarıcıların tıbbi kullanımını belirleyen yüksek biyolojik aktiviteye sahiptir.

Tanenler (tanenler) fenol türevleridir. Sıkılaştırıcı ve antiseptiktirler. Hücre içinde kolloidal çözeltiler şeklinde birikir ve sarı, kırmızı ve kahverengidir. Demir tuzları eklendiğinde, daha önce mürekkep elde etmek için kullanılan mavimsi yeşil bir renk alırlar.

Tanenler, çeşitli bitki organlarında önemli miktarlarda birikebilir. Ayva, hurma, kuş kirazı meyvelerinde, meşe kabuğunda, çay yapraklarında birçoğu var.

Tanenlerin çok çeşitli işlevlere hizmet ettiği düşünülmektedir. Protoplast öldüğünde, hücre duvarları tanenlerle emprenye edilir ve onlara çürümeye karşı direnç kazandırır. Canlı hücrelerde tanenler protoplastı dehidrasyondan korur. Ayrıca şekerlerin sentezi ve taşınmasında yer aldıkları varsayılmaktadır.

İkincil metabolit üretimi

Mikrobiyal işlemlerle elde edilen tüm ürünler arasında ikincil metabolitler en büyük öneme sahiptir. İdiyolitler olarak da adlandırılan ikincil metabolitler, saf kültürde büyüme için gerekli olmayan düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerdir. Sınırlı sayıda taksonomik grup tarafından üretilirler ve genellikle aynı kimyasal gruba ait yakından ilişkili bileşiklerin bir karışımıdır. Sekonder metabolitlerin üretici hücrelerdeki fizyolojik rolü ciddi bir tartışma konusuysa, bu metabolitler biyolojik olarak aktif maddeler olduğundan, endüstriyel üretimleri şüphesiz ilgi çekicidir: bazıları antimikrobiyal aktiviteye sahiptir, diğerleri spesifik enzim inhibitörleridir. , ve diğerleri büyüme faktörleridir. , birçoğunun farmakolojik aktivitesi vardır. İkincil metabolitler arasında antibiyotikler, alkaloidler, bitki büyüme hormonları ve toksinler bulunur. Farmasötik endüstrisi, değerli ikincil metabolitler üretme yetenekleri nedeniyle mikroorganizmaların taranması (kitlesel tarama) için oldukça karmaşık yöntemler geliştirmiştir.

Bu tür maddelerin üretimi, mikrobiyoloji endüstrisinin bir dizi dalının yaratılmasının temelini oluşturdu. Bu serinin ilki penisilin üretimiydi; Penisilin üretmek için mikrobiyolojik yöntem 1940'larda geliştirildi ve modern endüstriyel biyoteknolojinin temelini attı.

Antibiyotik molekülleri, bir mikrobiyal hücre üzerinde bileşim ve etki mekanizması bakımından çok çeşitlidir. Aynı zamanda patojenik mikroorganizmaların eski antibiyotiklere karşı direncinin ortaya çıkması nedeniyle sürekli yenilerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bazı durumlarda, doğal mikrobiyal antibiyotik ürünler kimyasal veya enzimatik olarak daha yüksek terapötik özelliklere sahip yarı sentetik antibiyotiklere dönüştürülebilir.

Antibiyotikler organik bileşiklerdir. Canlı bir hücre tarafından sentezlenirler ve küçük konsantrasyonlarda kendilerine duyarlı mikroorganizma türlerinin gelişimini yavaşlatabilir veya tamamen yok edebilirler. Sadece mikroorganizma ve bitki hücreleri tarafından değil, aynı zamanda hayvan hücreleri tarafından da üretilirler. Bitkisel antibiyotiklere fitocidler denir. Bunlar sarımsaktan elde edilen klorelin, domates, sativin ve soğandan elde edilen alindir.

Mikroorganizmaların büyümesi, S-şekilli bir eğri olarak karakterize edilebilir. İlk aşama, birincil metabolitlerin sentezi ile karakterize edilen hızlı büyüme veya logaritmik aşamadır. Ardından, hücre biyokütlesindeki artış keskin bir şekilde yavaşladığında yavaş büyüme aşaması başlar. İkincil metabolitler üreten mikroorganizmalar, ilk önce, ikincil maddelerin sentezinin önemsiz olduğu bir tropofaz olan hızlı bir büyüme aşamasından geçerler. Kültür ortamında bir veya daha fazla temel besin maddesinin tükenmesi nedeniyle büyüme yavaşladığından, mikroorganizma idiyofaza girer; idiolitlerin sentezlendiği dönemdir. İdiolitler veya ikincil metabolitler, metabolik süreçlerde bariz bir rol oynamazlar, örneğin koruma için çevresel koşullara uyum sağlamak için hücreler tarafından üretilirler. Tüm mikroorganizmalar tarafından değil, esas olarak filamentli bakteriler, mantarlar ve spor oluşturan bakteriler tarafından sentezlenirler. Bu nedenle, birincil ve ikincil metabolit üreticileri farklı taksonomik gruplara aittir.

Bu mikroorganizmaların kültürel gelişiminin özellikleri üretim sırasında dikkate alınmalıdır. Örneğin, antibiyotikler söz konusu olduğunda, tropofaz sürecindeki çoğu mikroorganizma kendi antibiyotiklerine duyarlıdır, ancak idiyofaz sırasında onlara dirençli hale gelirler.

Antibiyotik üreten mikroorganizmaları kendi kendini yok etmekten korumak için, idiyofaza hızlı bir şekilde ulaşmak ve daha sonra bu aşamada mikroorganizmaları kültürlemek önemlidir. Bu, hızlı ve yavaş büyüme aşamalarında yetiştirme rejimlerini ve besin ortamının bileşimini değiştirerek elde edilir.

Bitki hücre ve doku kültürleri, alkaloidler, steroidler, yağlar ve pigmentler gibi bileşikleri içeren spesifik ikincil metabolitlerin potansiyel bir kaynağı olarak kabul edilir. Bu maddelerin çoğu hala bitkilerden ekstraksiyon yoluyla elde edilmektedir. Mikrobiyolojik endüstrinin yöntemleri şu anda tüm bitki türleri için geçerli değildir. Bazı bitki türleri dışında, süspansiyon ve kallus hücre kültürleri, ikincil metabolitleri bütün bitkilerden daha küçük miktarlarda sentezler. Bu durumda, fermenterde biyokütlenin büyümesi önemli olabilir.

Sekonder metabolitlerin verimini arttırmayı amaçlayan yeni bir yaklaşım, bitki hücrelerinin ve dokularının immobilizasyonudur. Tüm hücreleri düzeltmek için ilk başarılı girişim 1966'da Mosbach tarafından yapıldı. Liken Umbilicaria pustulata'nın hücrelerini bir poliakrilamid jel içinde sabitledi. Ertesi yıl, van Vezel, DEAE mikro boncukları (dekstran bazlı dietilaminoetil Sephadexa) üzerinde hareketsiz hale getirilmiş hayvan embriyonik hücrelerini büyüttü. Daha sonra hücreler farklı substratlar üzerinde immobilize edildi. Bunlar esas olarak mikroorganizma hücreleriydi.

Hücre immobilizasyon yöntemleri 4 kategoriye ayrılır:

İnert bir substratta hücrelerin veya hücre altı organellerinin immobilizasyonu. Örneğin, Catharanthus roseus hücreleri, aljinattaki Digitalis lanata, jelatin içindeki agaroz boncuklar, vb. Yöntem, hücreleri çeşitli çimentolama ortamlarından biri - aljinat, agar, kolajen, poliakrilamid ile sarmayı içerir.

Hücrelerin inert bir substrat üzerinde adsorpsiyonu. Hücreler, yüklü aljinat, polistiren, poliakrilamid toplarına yapışır. Yöntem, hayvan hücreleriyle ve ayrıca Saccharomyces uvarum, S. cerevisiae, Candida tropikalis, E. coli hücreleriyle yapılan deneylerde kullanıldı.

Hücrelerin biyolojik makromoleküller (lektin gibi) kullanılarak inert bir substrat üzerinde adsorpsiyonu. Nadiren kullanılır, protein kaplı agaroz üzerinde adsorbe edilen çeşitli insan hücre hatları, ram eritrositler ile deneyler hakkında bilgi vardır.

CMC gibi başka bir eylemsiz taşıyıcıya kovalent bağlanma. Çok nadiren kullanılır ve Micrococcus luteus'u başarılı bir şekilde immobilize ettiği bilinmektedir. Temel olarak, hayvan hücrelerinin ve mikroorganizmaların immobilizasyonu üzerine deneyler yapıldı.

Son zamanlarda, bitki hücrelerinin immobilizasyonuna olan ilgi önemli ölçüde artmıştır, bunun nedeni, immobilize hücrelerin ikincil metabolitleri elde etmek için kullanıldıklarında kallus ve süspansiyon kültürlerine göre belirli avantajlara sahip olmalarıdır.

Hareketsiz bitki hücrelerinin geleneksel yetiştirme yöntemlerine göre avantajlarının fizyolojik temeli

Literatürde sekonder metabolitlerin birikimi ile hücre kültüründe farklılaşma derecesi arasında pozitif bir ilişki olduğuna dair çok sayıda veri bulunmaktadır. Ek olarak, örneğin lignin, hem in vivo hem de in vitro deneylerde gösterilen farklılaşma süreçlerinin tamamlanmasından sonra ksilemin tracheidlerinde ve vasküler elementlerinde biriktirilir. Elde edilen veriler, ikincil metabolik ürünlerin farklılaşması ve birikiminin hücre döngüsünün sonunda gerçekleştiğini göstermektedir. Büyümede bir azalma ile farklılaşma süreçleri hızlanır.

Birçok bitki tarafından in vitro biriktirilen alkaloit içeriğinin incelenmesi, kompakt, yavaş büyüyen hücre kültürlerinin gevşek, hızlı büyüyen kültürlerden daha büyük miktarlarda alkaloidler içerdiğini göstermiştir. Hücrelerin organizasyonu, normal metabolizmaları için gereklidir. Dokuda organizasyonun varlığı ve bunun çeşitli fiziksel ve kimyasal gradyanlar üzerindeki etkisi, yüksek ve düşük verimli kültürlerin farklılık gösterdiği açık göstergelerdir. Hücrelerin immobilizasyonunun farklılaşmaya yol açan koşulları sağladığı, hücrelerin organizasyonunu düzenlediği ve böylece yüksek bir ikincil metabolit verimine katkıda bulunduğu açıktır.

Hareketsizleştirilmiş hücrelerin çeşitli avantajları vardır:

1. İnert bir substrat içinde veya üzerinde hareketsiz hale getirilen hücreler, sıvı süspansiyon kültürlerinde büyüyenlerden çok daha yavaş biyokütle oluşturur.

Büyüme ve metabolizma arasındaki ilişki nedir? Hücresel organizasyon ve farklılaşmanın bununla ne ilgisi var? Bu ilişkinin iki tür mekanizmadan kaynaklandığına inanılmaktadır. İlk mekanizma, büyümenin, ikincil metabolitlerin sentezi üzerinde dolaylı bir etkiye sahip olan hücre agregasyonunun derecesini belirlediği gerçeğine dayanmaktadır. Bu durumda organizasyon, hücre agregasyonunun sonucudur ve yeterli derecede agregasyon sadece yavaş büyüyen kültürlerde elde edilebilir. İkinci mekanizma, büyüme hızının kinetiği ile ilgilidir ve "birincil" ve "ikincil" metabolik yolların, hızlı ve yavaş büyüyen hücrelerde öncüler için farklı şekillerde rekabet ettiğini öne sürer. Hızlı büyüme için çevresel koşullar uygunsa, önce birincil metabolitler sentezlenir. Hızlı büyüme engellenirse ikincil metabolitlerin sentezi başlar. Bu nedenle, hareketsizleştirilmiş hücrelerin düşük büyüme hızı, yüksek metabolit verimine katkıda bulunur.

2. Yavaş büyümeye ek olarak, hücrelerin hareketsiz hale getirilmesi, kimyasal temaslar üzerinde faydalı bir etkiye sahip olan, birbirleriyle yakın fiziksel temas içinde büyümelerine izin verir.

Bir bitkide, herhangi bir hücre diğer hücrelerle çevrilidir, ancak hem bu hem de çevresindeki hücrelerin bölünmesinin bir sonucu olarak ontogenez sırasında konumu değişir. Bu hücrenin farklılaşma derecesi ve türü, hücrenin bitkideki konumuna bağlıdır. Sonuç olarak, bir hücrenin fiziksel ortamı metabolizmasını etkiler. Nasıl? Sekonder metabolitlerin sentezinin düzenlenmesi hem genetik hem de epigenetik (ekstra-nükleer) kontrol altındadır, yani sitoplazmadaki herhangi bir değişiklik sekonder metabolitlerin oluşumunda nicel ve nitel değişikliklere yol açabilir. Buna karşılık, sitoplazma çevreden etkilenen dinamik bir sistemdir.

Dış koşullardan, 2 önemli faktörün metabolizma üzerinde önemli bir etkisi vardır: oksijen ve karbondioksit konsantrasyonu ve ayrıca aydınlatma seviyesi. Işık hem fotosentez sürecinde hem de hücre bölünmesi, mikrofibrillerin oryantasyonu ve enzimlerin aktivasyonu gibi fizyolojik süreçlerde rol oynar. Işık dalgasının yoğunluğu ve uzunluğu, hücrenin diğer hücrelerin kütlesindeki konumu ile belirlenir, yani bunlar dokunun organizasyon derecesine bağlıdır. Organize bir yapıda, farklılaşma sürecinde son derece önemli bir rol oynayan O2 ve CO2 konsantrasyonunun santrifüj gradyanları vardır.

Bu nedenle, küçük bir alan-hacim oranına (S / V) sahip büyük hücre kümelerindeki ikincil metabolizma, gaz konsantrasyonu gradyanlarının etkisinin bir sonucu olarak izole edilmiş hücrelerden ve küçük hücre gruplarından farklıdır. Büyüme düzenleyicilerinin, besin maddelerinin ve mekanik basıncın gradyanları benzer şekilde hareket eder. Dağılmış hücrelerin ve agrega şeklindeki hücrelerin çevresel koşulları farklıdır, bu nedenle metabolik yolları da farklıdır.

3. Ortamın kimyasal bileşimini değiştirerek ikincil metabolitlerin verimini düzenlemek de mümkündür.

Nasır ve süspansiyon kültürleri için ortamın bileşimindeki değişikliklere, kültürlerin hasar görmesine veya kirlenmesine yol açabilecek hücrelerle belirli fiziksel manipülasyonlar eşlik eder. Bu güçlükler, ardışık kimyasal işlemlere izin veren fiziksel olarak hareketsiz hücreler etrafında büyük hacimlerde besin ortamı dolaştırılarak üstesinden gelinebilir.

4. Bazı durumlarda idiolitlerin izolasyonu ile ilgili sorunlar vardır.

Hareketsizleştirilmiş hücreleri kullanırken, istenen ürünlerin salınımını indükleyen kimyasallarla bunları işlemek nispeten kolaydır. Ayrıca, hücre içinde birikmeleri nedeniyle maddelerin sentezini sınırlayan geri besleme inhibisyonunu da azaltır. Capsicum frutescens gibi bazı bitkilerin yetiştirilen hücreleri, çevreye ikincil metabolitleri salmakta ve hareketsizleştirilmiş hücre sistemi, kültürlere zarar vermeden ürün seçimine olanak sağlamaktadır. Böylece hücrelerin immobilizasyonu idiolitlerin kolay izolasyonunu kolaylaştırır.

Kullanılan literatür listesi:

1. "Mikrobiyoloji: terimler sözlüğü", Firsov N.N., M: Bustard, 2006

2. Bitkisel ve hayvansal kökenli tıbbi hammaddeler. Farmakognozi: ders kitabı / ed. G.P. Yakovleva. SPb.: SpetsLit, 2006.845 s.

3. Shabarova Z.A., Bogdanov A.A., Zolotukhin A.S. Genetik mühendisliğinin kimyasal temelleri. - M.: Moskova Devlet Üniversitesi yayınevi, 2004, 224 s.

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

Bitkisel ve hayvansal kökenli tıbbi hammaddeler. Farmakognozi: ders kitabı / ed. G.P. Yakovleva. SPb.: SpetsLit, 2006.845 s.

Shabarova Z.A., Bogdanov A.A., Zolotukhin A.S. Genetik mühendisliğinin kimyasal temelleri. - M.: Moskova Devlet Üniversitesi yayınevi, 2004, 224 s.

Biyogenez açısından antibiyotikler ikincil metabolitler olarak kabul edilir. İkincil metabolitler, 1) yalnızca bazı mikroorganizma türleri tarafından sentezlenen; 2) hücre büyümesi sırasında herhangi bir belirgin işlevi yerine getirmezler ve genellikle kültür büyümesinin kesilmesinden sonra oluşurlar; bu maddeleri sentezleyen hücreler mutasyonlar sonucunda sentezleme yeteneklerini kolaylıkla kaybederler; 3) genellikle benzer ürünlerin kompleksleri olarak oluşturulur.
Birincil metabolitler, hücre büyümesi için gerekli amino asitler, nükleotitler, koenzimler vb. gibi hücrenin normal metabolik ürünleridir.
B. BİRİNCİL ARASINDAKİ İLİŞKİ
VE SEKONDER METABOLİZMA
Antibiyotiklerin biyosentezi çalışması, bir veya birkaç birincil metabolitin (veya biyosentezlerinin ara ürünlerinin) bir antibiyotiğe dönüştürüldüğü bir dizi enzimatik reaksiyonun oluşturulmasından oluşur. Özellikle büyük miktarlarda ikincil metabolitlerin oluşumuna, hücrenin birincil metabolizmasındaki önemli değişikliklerin eşlik ettiği unutulmamalıdır, çünkü bu durumda hücre, başlangıç ​​​​materyalini sentezlemeli, örneğin formda enerji sağlamalıdır. ATP ve indirgenmiş koenzimler. Bu nedenle, antibiyotik sentezleyen suşlar ile sentezlenemeyen suşlar karşılaştırıldığında, bu antibiyotiğin sentezinde doğrudan yer almayan enzimlerin konsantrasyonunda önemli farklılıklar bulunması şaşırtıcı değildir.

1. ANA BİYOSENTETİK YOLLAR

Antibiyotik biyosentezinin enzimatik reaksiyonları, prensip olarak, birincil metabolitlerin oluştuğu reaksiyonlardan farklı değildir. Varia olarak düşünülebilirler.

Tabii ki, bazı istisnalar dışında, birincil metabolitlerin biyosentez reaksiyonları (örneğin, bir nitro grubu içeren antibiyotikler vardır - birincil metabolitlerde asla oluşmayan ve aminlerin spesifik oksidasyonu sırasında oluşan fonksiyonel bir grup).
Antibiyotik biyosentezinin mekanizmaları üç ana kategoriye ayrılabilir.

1. Tek bir birincil metabolitten türetilen antibiyotikler. Biyosentezlerinin yolu, orijinal ürünü amino asitlerin veya nükleotitlerin sentezinde olduğu gibi değiştiren bir dizi reaksiyondan oluşur.
2. Karmaşık bir molekül oluşturmak üzere modifiye edilmiş ve yoğunlaştırılmış iki veya üç farklı birincil metabolitten türetilen antibiyotikler. Folik asit veya koenzim A gibi belirli koenzimlerin sentezi sırasında birincil metabolizmada benzer durumlar gözlenir.
3. Daha sonra diğer enzimatik reaksiyonlar sırasında değiştirilebilen temel bir yapının oluşumu ile birkaç benzer metabolitin polimerizasyon ürünlerinden kaynaklanan antibiyotikler.

Polimerizasyonun bir sonucu olarak, dört tip antibiyotik oluşur: 1) amino asitlerin yoğunlaştırılmasıyla oluşan polipeptit antibiyotikler; 2) yağ asidi biyosentezinin reaksiyonuna benzer polimerizasyon reaksiyonlarında asetat-propionat birimlerinden oluşturulan antibiyotikler; 3) izoprenoid bileşiklerinin sentezi yolundaki asetat birimlerinden türetilen terpenoid antibiyotikler; 4) Polisakkarit biyosentez reaksiyonlarına benzer şekilde kondenzasyon reaksiyonlarında oluşan aminoglikozid antibiyotikler.
Bu işlemler, zar ve hücre duvarının bazı bileşenlerinin oluşumunu sağlayan polimerizasyon işlemlerine benzer.
Polimerizasyon ile elde edilen temel yapının genellikle daha fazla değiştirildiği vurgulanmalıdır; hatta diğer biyosentetik yolların oluşturduğu moleküller tarafından bile birleştirilebilir. Glikozit antibiyotikler özellikle yaygındır - yol 2'de sentezlenen bir molekül ile bir veya daha fazla şekerin yoğunlaşmasının ürünleri.
D. BİR ANTİBİYOTİK AİLESİNİN SENTEZİ
Çoğu zaman mikroorganizma suşları, bir "aile" (antibiyotik kompleksi) oluşturan kimyasal ve biyolojik olarak birbirine yakın birkaç antibiyotiği sentezler. "Ailelerin" oluşumu sadece biyosentezin özelliği değildir.
antibiyotiklerdir, ancak oldukça büyük "boyutlu ara ürünlerle ilişkili ikincil metabolizmanın ortak bir özelliğidir. İlgili bileşiklerin komplekslerinin biyosentezi, aşağıdaki metabolik yollar sırasında gerçekleştirilir.

1. Önceki bölümde açıklanan yollardan birinde "anahtar" metabolitin biyosentezi.

Rifamisin U
NS
OKUC / İ.
rifamisin B

Protarifamisin I h
Z-atna-5-hidroksi5enzoik asit + c "Metilmelanat birimleri + 2 Malonat birimleri

1. Örneğin, bir metil grubunu bir alkol grubuna ve daha sonra bir karboksil grubuna oksitleyerek, çift bağların indirgenmesi, hidrojen giderme, metilasyon, esterifikasyon, vb. gibi oldukça yaygın reaksiyonlar kullanılarak bir anahtar metabolitin modifikasyonu.
2. Bir ve aynı metabolit, bu reaksiyonların iki veya daha fazlası için bir substrat olabilir, bu da iki veya daha fazla farklı ürünün oluşumuna yol açar, bu da enzimlerin katılımıyla farklı dönüşümlere uğrayarak "metabolik ağaç" meydana getirir.
3. Aynı metabolit iki (veya daha fazla) farklı yolda oluşturulabilir;
   "metabolik ağa" yol açan enzimatik reaksiyonların sırası.

Metabolik ağaç ve metabolik ağın oldukça tuhaf kavramları aşağıdaki örneklerle gösterilebilir: rifamisin ailesinin (ağaç) ve eritromisin (ağ) biyogenezi. Rifamisin ailesinin biyogenezindeki ilk metabolit, önemli bir metabolit olarak kabul edilebilecek protorifamisin I'dir (Şekil 6.1). Sırayla

(Zritromisin B)

sırası bilinmeyen reaksiyonlar, protorifamisin I, rifamisin W ve rifamisin S'ye dönüştürülür ve sentezin bir kısmını tek bir yol (ağacın "gövdesi") kullanarak tamamlar. Rifamisin S, birkaç alternatif yolun dallanmasının başlangıç ​​noktasıdır: iki karbonlu bir parça ile yoğunlaşma, rifamisin O ve rafamisin L ve B'ye yol açar. İkincisi, ansa zincirinin oksidasyonunun bir sonucu olarak, rifamisin Y'ye dönüştürülür. Rifamisin S'nin oksidasyonu sırasında tek karbonlu bir parçanın bölünmesi, rifamisin G oluşumuna yol açar ve bilinmeyen reaksiyonların bir sonucu olarak, rifamisin S, sözde rifamisin kompleksine (rifamisin A, C, D ve E) dönüştürülür. Metil grubunun C-30'da oksidasyonu, rifamisin R'ye yol açar.
Eritromisin ailesinin anahtar metaboliti, aşağıdaki dört reaksiyonla eritromisin A'ya (en karmaşık metabolit) dönüştürülen eritronolid B'dir (Er B): 1) PU'nun 3. pozisyonunda glikosilasyon
mikaroz ile yoğunlaştırma (Mic.) (reaksiyon I); 2) mikarozun kladinoza dönüşümü (Clad.) Metilasyonun bir sonucu olarak (reaksiyon II); 3) 12. pozisyonda hidroksilasyonun bir sonucu olarak eritronolid B'nin eritronolid A'ya (Er.A) dönüştürülmesi (reaksiyon III); 4) desozamin ile yoğunlaştırma (Des.) Pozisyon 5'te (reaksiyon IV).
Bu dört reaksiyonun sırası değişebileceğinden, farklı metabolik yollar mümkündür ve birlikte Şekil 1'de gösterilen metabolik ağı oluştururlar. 6.2. Bir ağaç ve bir ağın birleşimi olan yollar da olduğuna dikkat edilmelidir.

İkincil bitki metabolitleri

"İkincil metabolitler" ve "ikincil metabolizma" terimleri, 19. yüzyılın sonlarında Profesör Kossel'in hafif eli ile biyologların sözlüğüne girdi. 1891'de Berlin'de "Hücrelerin kimyasal bileşimi üzerine" adlı Fizyoloji Derneği toplantısında bir konferans verdi. Aynı yıl Archiv für Physiologie'de yayınlanan bu derste, hücreyi oluşturan maddeleri birincil ve ikincil maddeler olarak ayırmayı önerdi. “Bölünen her bitki hücresinde birincil metabolitler bulunurken, ikincil metabolitler hücrelerde yalnızca 'yanlışlıkla' bulunur ve bitki yaşamı için gerekli değildir.

Bu bileşiklerin tesadüfi dağılımı, yakından ilişkili bitki türlerinde düzensiz oluşumları, muhtemelen sentezlerinin her hücreye özgü olmayan, daha ziyade ikincil bir yapıya sahip süreçlerle ilişkili olduğunu gösterir ... Her hücre için önemli olan birincildir ve herhangi bir bitki hücresinde bulunmayan bileşikler ikincildir." Bu nedenle, "ikincil metabolitler" adının kökeni netleşir - ikincil, "kazara" anlamına gelir.

Birincil metabolizmanın bileşiklerinin aralığı açıktır - bunlar öncelikle proteinler, yağlar, karbonhidratlar ve

nükleik asitler. Doğru, Kossel, bölünen her bitki hücresi için gerekli olan yalnızca birkaç yüz düşük moleküler bileşiği birincil metabolitler olarak değerlendirdi. Yakın zamana kadar, ikincil metabolitler de çok fazla tartışma konusu değildi. Kossel ile aynı fikirde olmakla birlikte, çoğu araştırmacı bunların metabolizmanın bazı "eksantriklikleri", kabul edilebilir aşırılıklar olduğuna inanıyordu. Bu tür bileşiklere literatürde bazen "hücrelerin lüks maddeleri" bile denilmektedir.

Aktif maddelerin büyük çoğunluğu bitkilerden elde edilmiştir. Bu tür ilk bileşik morfindi - 1803'te Alman eczacı Zertuner tarafından afyondan (kuru haşhaş kabuğu suyu) izole edilen alkaloid morfin. Aslında bu olay, yüksek bitkilerin ikincil metabolitlerinin araştırılmasının başlangıcı olarak kabul edilebilir.

Sonra diğer alkaloidlerin sırası geldi. Kharkov Üniversitesi Profesörü F.I. Gize 1816'da kınakına ağacının kabuğundan cinchonin elde etti, ancak bu pratik olarak fark edilmeden kaldı ve birçok araştırmacı cinchona alkaloidlerinin keşfini sadece 1820'de kinin ve cinchoninini saf biçimde izole eden Desos'a atfediyor.

1818'de Kavantu ve Peletier, kusturucudan striknin izole ettiler (chilybukha Strychnos nux-vomica L.'nin tohumları); Runge 1920'de kahvede kafeini buldu; 1826'da Giesecke baldıran otundaki (Conium maculatum L) coniini keşfetti; 1828'de Possel ve Ryman tütünden nikotini izole etti; 1831'de Main, belladonna'dan (Atropa beladonna L.) atropini elde etti.

Biyoçeşitliliğin terapötik kullanımları, antibiyotik üreten mantarlar ve aktinomisetler ile sınırlı değildir. Özellikle bitkiler, son ürünleri çok çeşitli kimyasal yapıdaki bileşiklerle temsil edilen inanılmaz çeşitlilikte sentetik işlemlerle ayırt edilir. Modern tıpta yağ asitleri, yağlar, bitki polisakkaritleri ve şaşırtıcı derecede çeşitli ikincil metabolitler kullanılmaktadır. İkincil metabolizma, tüm organizmalarda ortak olan birincil metabolizmanın aksine, taksonomik özgünlük ile karakterize edilir. İkincil bitki metabolizması, farklılaşmış bitki hücrelerinin ve dokularının bir özelliğidir, yalnızca özelleşmiş organlara özgüdür ve yaşam döngüsünün belirli aşamalarıyla sınırlıdır. Sekonder metabolitlerin ana sınıfları, alkaloidleri, izoprenoidleri ve fenolik bileşikleri içerir. Bitkiler ayrıca siyanojenik glikozitleri, poliketitleri, vitaminleri de sentezler. Bilinen 30 vitaminden yaklaşık 20'si insan vücuduna bitkisel gıdalarla girer. Listelenen bileşik sınıflarından bazıları ve bunların izole edildiği bitkiler tabloda sunulmaktadır.

İkincil metabolitler Kaynak bitki

Alkaloidler Haşhaş uyku hapları. belladonna belladonna. Deniz salyangozu. Rauwolfia. Kolşikum. Cinchona. Tütün.

izoprenoidler:

porsuk ağacı

kardiyak glikozitler veya digitalis cardenolides. Liana müstehcen. Vadinin zambağı olabilir.

triterpen glikozitler veya ginseng saponinler. Meyan kökü. Aralia.

steroid glikozitler Dioscorea Liana.

Fenolik bileşikler:

flavonoidler Meyan. Ana otu. ölümsüz.

Alkaloidler. Bugüne kadar yaklaşık 10 bin alkaloid bilinmektedir ve yüksek farmakolojik aktiviteye sahiptirler. Bitkisel materyallerdeki alkaloitlerin içeriği genellikle yüzde birkaçını geçmez, ancak kınakına ağacının kabuğunda miktarı yüzde 15-20'ye ulaşır. Alkaloidler çeşitli organ ve dokularda yoğunlaşabilir. Ayrıca, sıklıkla sentezlendikleri yanlış dokularda birikirler. Örneğin, nikotin tütünün köklerinde sentezlenir ve yapraklarda depolanır. En ünlü alkaloidler arasında uyku hapının (Papaver somniferum) kapsüllerinden izole edilen morfin, kodein, papaverin bulunur. "Uykulu stupor" olarak da adlandırılan Belladonna alkaloidleri (Atropa belladonna), besalol, bellalgin, bellataminal, solutan gibi birçok ilacın bir parçasıdır. Deniz salyangozundan (Catharanthus roseus) gelen alkaloidler - vinblastin ve vinkristin - modern onkolojide yaygındır ve Rauvolfia serpentina köklerinden reserpin ve aymalin psikotrop ilaçlar olarak ve kan basıncını düşürmek için kullanılır.

İzoprenoidler. İzoprenoidler, izole edilmiş bileşiklerin sayısı bakımından, diğer tüm ikincil metabolit sınıflarını (23 binden fazla vardır) aşar, ancak farmakolojik aktivite açısından alkaloitlerden daha düşüktür. Bu grup, farklı yapılardaki bileşikleri içerir. Bazıları, örneğin porsuk ağacının kabuğundan izole edilen taksoller gibi sentetik ilaçlarla değiştirilemez. Çok küçük dozlarda kanser hücrelerine etki eden son derece aktif sitostatiklerdir. Şu anda onkolojide onlara büyük umutlar bağlamaktadırlar.

En önemli izoprenoid grubu, kardiyak glikozitlerden veya kardenolidlerden oluşur. Örneğin, iki tür mor yüksükotu (Digitalis purpurea) ve yünlü yüksükotu (D. lanata) türünden digitoksin de dahil olmak üzere yaklaşık 50 kardenolid izole edilmiştir. İlk yardım sağlamak için vazgeçilmez bir araç olan doğal glikozit k-strophantoside, tıbbi uygulamada yaygın olarak kullanılmaya başlandı: 1-3 dakika içinde kalbe etki ediyor. intravenöz uygulamadan sonra. Bu ilaç, yerel halkın bu bitkinin özünü oklar için zehir olarak kullandığı Afrika'nın tropikal ormanlarında yetişen Strophanthus kombe asmasının tohumlarından izole edilmiştir. Vadideki zambaktan (Cjnvallaria majalis) elde edilen kardiyak glikozitler, aktivite bakımından diğer kardiyak glikozitlere (örn. digitoksin) göre daha üstündür.

Tıp için önemli olan diğer izoprenoid grupları, triterpen glikozitler veya saponinlerdir. Bu grubun temsilcilerinin çoğu, terapötik etkilerini ve ginseng, aralia, meyan kökü gibi iyi bilinen biyostimulanların kullanımını belirleyen yüksek bir biyolojik aktiviteye sahiptir.

Steroid glikozitler, biyolojik aktivitede triterpen olanlardan farklıdır. Modern tıp için birçok hormon ve doğum kontrol hapının sentezi için başlangıç ​​maddesidir. Geçen yüzyılın 40'lı yıllarından beri, Dioscorea cinsinden çeşitli asma türlerinin rizomlarından elde edilen glikozit diosgenin, esas olarak steroid hammaddeleri elde etmek için kullanılmıştır. Şu anda, tüm steroid ilaçların %50'den fazlası ondan elde edilmektedir. Son çalışmalar, bu grubun bileşiklerinde tıp için önemli olan diğer özellikleri ortaya çıkarmıştır.

Fenolik bileşikler. Bitkilerdeki en çok sayıda ve yaygın fenolik bileşik grubu flavonoidlerdir. Meyan kökü (Glycyrrhiza glabra), ana otu (Leonurus cordiaca) ve ölümsüz çiçeklerin (Helichryzum arenarium) köklerinde birikir. Flavonoidler, geniş bir farmakolojik etki yelpazesi ile ayırt edilir. Choleretic, bakterisidal, antispazmodik, kardiyotonik etkiye sahiptirler, kan damarlarının kırılganlığını ve geçirgenliğini azaltırlar (örneğin rutin), radyonüklidleri vücuttan bağlayabilir ve çıkarabilirler, ayrıca kanser önleyici etkiye sahiptirler.

Bitkilerin şaşırtıcı biyosentetik olasılıkları hala ortaya çıkmaktan çok uzak. Yeryüzünde yaşayan 250 bin türden %15'inden fazlası araştırılmamış ve sadece bazı şifalı bitkiler için hücre kültürleri elde edilmiştir. Bu nedenle, ginseng ve dioscorea hücre kültürleri, triterpen ve steroid glikozitlerin üretimi için biyoteknolojik sürecin temelidir. İklim koşullarımızda nadir bulunan veya hiç büyümeyen birçok bitki kallus veya süspansiyon bitkisi şeklinde kullanılabildiğinden, bu yeni teknolojilerin tanıtımına büyük umutlar bağlanmaktadır. Ne yazık ki, gezegenimizdeki uygarlığın teknojenik doğası, yabani floraya onarılamaz zararlar veriyor. Sadece Dünya'nın biyosferi değil, insan çevresi de değişiyor, aynı zamanda sağlık ve uzun ömür için keşfedilmemiş devasa depolar yok ediliyor.

Diauxia- kültürde bir veya daha fazla geçiş (yani geçici) büyüme aşamasının görünümü. Bu, bakteriler iki veya daha fazla alternatif besin kaynağı içeren bir ortamdayken olur. Çoğu zaman, bakteriler bir kaynağı kullanır ve bu ilk tükenene kadar onu diğerine tercih eder. Bakteriler daha sonra farklı bir besin kaynağına geçer. Bununla birlikte, güç kaynağındaki değişiklik gerçekleşmeden önce bile büyüme önemli ölçüde yavaşladı. Bir örnek, bağırsaklarda yaygın olarak bulunan bir bakteri olan E. coli'dir. Enerji ve karbon kaynağı olarak glikoz veya laktoz kullanabilir. Her iki karbonhidrat da mevcutsa, önce glikoz kullanılır ve daha sonra laktozu fermente eden enzimler üretilene kadar büyüme yavaşlar.

Birincil ve ikincil metabolitlerin oluşumu

Birincil metabolitler büyüme ve hayatta kalma için gerekli metabolik ürünlerdir.
ikincil metabolitler- Büyüme için gerekli olmayan ve hayatta kalmak için gerekli olmayan metabolik ürünler. Bununla birlikte, yararlı işlevleri yerine getirirler ve sıklıkla diğer rekabet eden mikroorganizmaların etkisine karşı koruma sağlarlar veya büyümelerini engellerler. Bazıları hayvanlar için zehirlidir, bu nedenle kimyasal silah olarak kullanılabilirler. Büyümenin en aktif dönemlerinde, çoğu zaman oluşmazlar, ancak büyüme yavaşladığında, rezerv malzemeler mevcut olduğunda üretilmeye başlarlar. Bazı önemli antibiyotikler ikincil metabolitlerdir.

Kültürde bakteri ve mantar büyümesinin ölçülmesi

Bir önceki bölümde analiz ettiğimiz tipik bakteri üreme eğrisi... Aynı eğrinin mayanın (tek hücreli mantarlar) büyümesini veya herhangi bir mikroorganizma kültürünün büyümesini karakterize etmesi beklenebilir.

Bakteriyel büyümeyi analiz ederken ya da maya, ya doğrudan hücre sayısını sayabiliriz ya da hücre sayısına bağlı bazı parametreleri ölçebiliriz, örneğin bir çözeltinin bulanıklığı ya da gaz oluşumu. Tipik olarak, az sayıda mikroorganizma steril bir kültür ortamına aşılanır ve optimum büyüme sıcaklığında bir inkübatörde kültürlenir. Koşulların geri kalanı, mümkün olduğunca optimale yakın olmalıdır (Bölüm 12.1). Büyüme aşılama zamanından itibaren ölçülmelidir.

Genellikle bilimsel araştırmalarda iyi bir kurala bağlı kal- Deneyi birkaç tekrarda yürütmek ve mümkün ve gerekli olan yerlere kontrol örnekleri koymak. Bazı yükseklik ölçme yöntemleri belirli bir beceri gerektirir ve uzmanların elinde bile çok doğru değildir. Bu nedenle, mümkünse her deneye iki örnek (bir tekrar) koymak mantıklıdır. Kültür ortamına hiçbir mikroorganizma eklenmemiş bir kontrol örneği, gerçekten steril çalışıp çalışmadığınızı gösterecektir. Yeterli deneyimle, açıklanan tüm yöntemlerde mükemmel bir şekilde ustalaşabilirsiniz, bu nedenle bunları projedeki çalışmada kullanmadan önce uygulamanızı öneririz. Hücre sayısını belirlemenin iki yolu vardır, yani canlı hücrelerin sayısını veya toplam hücre sayısını sayarak. Canlı hücre sayısı, yalnızca canlı hücrelerin sayısıdır. Toplam hücre sayısı, hem canlı hem de ölü hücrelerin toplam sayısıdır; bunu belirlemek genellikle daha kolaydır.

Metabolizmanın altında ya da metabolizma, vücudun inşası için maddeler ve yaşamı sürdürmek için enerji sağlayan vücuttaki kimyasal reaksiyonları anlarlar. Bazı tepkimelerin tüm canlı organizmalar için benzer olduğu ortaya çıkar (nükleik asitlerin, proteinlerin ve peptitlerin yanı sıra çoğu karbonhidratın, bazı karboksilik asitlerin vb. oluşumu ve bölünmesi) ve buna denir. birincil metabolizma (veya birincil metabolizma).

Birincil metabolizma reaksiyonlarına ek olarak, yalnızca belirli, bazen çok az sayıda organizma grubuna özgü bileşiklerin oluşumuna yol açan önemli sayıda metabolik yol vardır.

I. Chapek (1921) ve K. Pahu'ya (1940) göre bu reaksiyonlar, terimi ile birleştirilir. ikincil metabolizma , veya değiş tokuş, ve ürünlerine ürün denir ikincil metabolizma, veya ikincil bileşikler (bazen ikincil metabolitler).

ikincil bağlantılar esas olarak vejetatif olarak yerleşik canlı organizma gruplarında oluşur - bitkiler ve mantarlar ve ayrıca birçok prokaryotta.

Hayvanlarda ikincil metabolik ürünler nadiren oluşur, ancak çoğu zaman bitkisel besinlerle birlikte dışarıdan gelir.

İkincil metabolizma ürünlerinin rolü ve bir grupta veya diğerinde ortaya çıkma nedenleri farklıdır. En genel biçimleriyle, uyarlanabilir bir anlam ve geniş anlamda koruyucu özellikler atfedilirler.

Doğal bileşiklerin kimyasının son otuz yılda yüksek çözünürlüklü analitik aletlerin yaratılmasıyla bağlantılı olarak hızlı gelişimi, dünyanın "ikincil bileşikler"önemli ölçüde genişlemiştir. Örneğin, bugün bilinen alkaloit sayısı 5000'e (bazı kaynaklara göre 10.000'e kadar), fenolik bileşiklerin - 10.000'e yaklaşıyor ve bu sayılar sadece her yıl değil, her ay artıyor.

Herhangi bir bitki materyali her zaman, daha önce belirtildiği gibi, şifalı bitkilerin etkisinin çok yönlü doğasını belirleyen karmaşık bir dizi birincil ve ikincil bileşik içerir. Bununla birlikte, modern bitkisel tıpta her ikisinin de rolü hala farklıdır.

Nispeten az sayıda nesne bilinmektedir, bunların tıpta kullanımı esas olarak içlerindeki birincil bileşiklerin mevcudiyeti ile belirlenir. Ancak gelecekte tıptaki rollerinin artması ve yeni immünomodülatör ajanların elde edilmesi için kaynak olarak kullanılması mümkündür.

Sekonder metabolik ürünler modern tıpta çok daha sık ve daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu, somut ve genellikle çok "çarpıcı" farmakolojik etkilerinden kaynaklanmaktadır.

Birincil bileşikler temelinde oluştuklarından, ya saf halde birikebilirler ya da metabolik reaksiyonlar sırasında glikosilasyona uğrayabilirler, yani. şeker molekülüne bağlanır.

Glikozilasyonun bir sonucu olarak, bir kural olarak, daha iyi çözünürlükte ikincil bileşiklerden farklı olan moleküller - heterositler ortaya çıkar, bu da metabolik reaksiyonlara katılımlarını kolaylaştırır ve bu anlamda büyük biyolojik öneme sahiptir.

Herhangi bir ikincil bileşiğin glikosile edilmiş formlarına yaygın olarak glikozitler denir.

Birincil sentez maddeleri asimilasyon sürecinde oluşur, yani. vücuda dışarıdan giren maddelerin organizmanın kendisinin maddelerine dönüştürülmesi (hücrelerin protoplastı, depolama maddeleri vb.).

Birincil sentez maddeleri arasında amino asitler, proteinler, lipidler, karbonhidratlar, enzimler, vitaminler ve organik asitler bulunur.

Lipitler (yağlar), karbonhidratlar (polisakkaritler) ve vitaminler tıbbi uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır (bu madde gruplarının özellikleri ilgili başlıklarda verilmiştir).

sincaplar lipidler ve karbonhidratlarla birlikte, bir bitki organizmasının hücre ve dokularının yapısını oluşturur, biyosentez süreçlerine katılır ve etkili bir enerji malzemesidir.

Tıbbi bitkilerin proteinleri ve amino asitleri, hastanın vücudu üzerinde spesifik olmayan bir faydalı etkiye sahiptir. Proteinlerin sentezini etkilerler, bağışıklık organlarının gelişmiş sentezi için koşullar yaratırlar, bu da vücudun savunmasında bir artışa yol açar. İyileştirilmiş protein sentezi ayrıca gelişmiş enzim sentezini içerir ve bu da gelişmiş metabolizma ile sonuçlanır. Biyojenik aminler ve amino asitler, sinirsel süreçlerin normalleşmesinde önemli bir rol oynar.

sincaplar- Yapısal temeli, peptit bağlarıyla birbirine bağlanan a-amino asit kalıntılarından oluşan uzun polipeptit zincirlerinden oluşan biyopolimerler. Proteinler basit (hidroliz sırasında sadece amino asitler üretilir) ve kompleks olarak ayrılır - içlerinde protein protein olmayan maddelerle ilişkilidir: nükleik asitler (nükleoproteinler), polisakaritler (glikoproteinler), lipitler (lipoproteinler), pigmentler (kromoproteinler) ile , metal iyonları (metalloproteinler) , fosforik asit kalıntıları (fosfoproteinler).

Şu anda, kullanımı içlerindeki proteinlerin varlığı ile belirlenecek olan bitki kökenli neredeyse hiçbir nesne yoktur. Bununla birlikte, gelecekte, modifiye edilmiş bitki proteinlerinin insan vücudundaki metabolizmayı düzenlemenin bir yolu olarak kullanılması mümkündür.

lipidler - yüksek yağ asitleri, alkoller veya aldehitlerin türevleri olan yağlar ve yağ benzeri maddeler.

Basit ve karmaşık olarak ikiye ayrılırlar.

basit molekülleri yalnızca yağ asitleri (veya aldehitler) ve alkol kalıntıları içeren lipidleri içerir. Bitkilerdeki ve hayvanlardaki basit lipitlerden, triasilgliseroller (trigliseritler) ve mumlar olan katı ve yağlı yağlar vardır.

İkincisi, daha yüksek yağ asitlerinin esterlerinden, tek veya iki atomlu yüksek alkollerden oluşur. Vücutta çoklu doymamış yağ asitlerinden oluşan prostaglandinler yağlara yakındır. Kimyasal yapısı gereği, bunlar 20 karbon atomlu bir iskelete sahip ve bir siklopentan halkası içeren prostanoik asit türevleridir.

karmaşık lipidler iki büyük gruba ayrılır:

fosfolipidler ve glikolipidler (yani yapılarında bir fosforik asit kalıntısı veya bir karbonhidrat bileşeni olan bileşikler). Canlı hücrelerin bir parçası olarak lipidler, bitkilerde ve hayvanlarda enerji rezervleri oluşturarak yaşam destek süreçlerinde önemli bir rol oynar.

Nükleik asitler- monomerik birimleri bir fosforik asit kalıntısı, bir karbonhidrat bileşeni (riboz veya deoksiriboz) ve bir azotlu (pürin veya pirimidin) bazından oluşan nükleotidler olan biyopolimerler. Deoksiribukleik (DNA) ve ribonükleik (RNA) asitleri ayırt edin. Bitkilerden elde edilen nükleik asitler henüz tıbbi amaçlar için kullanılmamaktadır.

enzimler proteinler arasında özel bir yer işgal eder. Enzimlerin bitkilerdeki rolü özeldir - çoğu kimyasal reaksiyon için katalizördürler.

Tüm enzimler 2 sınıfa ayrılır: tek bileşenli ve iki bileşenli. Tek bileşenli enzimler sadece proteinden oluşur,

iki bileşenli - bir proteinden (apoenzim) ve protein olmayan bir kısımdan (koenzim). Vitaminler koenzimler olabilir.

Tıbbi uygulamada, aşağıdaki enzim preparatları kullanılır:

- "Nigedaza " - chernushka şam tohumlarından - Nigella damascena, fam. düğün çiçeği - Düğünçiçeğigiller. İlacın kalbinde, bitki ve hayvan kaynaklı yağların hidrolitik parçalanmasına neden olan bir lipolitik etki enzimi bulunur.

İlaç, sindirim suyunun lipolitik aktivitesinde pankreatit, enterokolit ve yaşa bağlı azalma için etkilidir.

- "Karipazim" ve "Lekozyme" - papayanın (kavun ağacı) kurutulmuş süt suyundan (lateks) - Carica papaya L., fam. papaevler - Cariacaceae.

"Karipazim'in kalbinde"- proteolitik enzimlerin toplamı (papain, kimopapain, peptidaz).

III derece yanıklar için kullanılır, kabukların reddini hızlandırır, pürülan nekrotik kitlelerden granül yaraları temizler.

"Lekozyme'nin kalbinde"- proteolitik enzim papain ve mukolitik enzim lizozim. İntervertebral osteokondroz için ortopedik, travmatolojik ve nöroşirürji uygulamalarında ve ayrıca eksüdaların emilmesi için oftalmolojide kullanılır.

Organik asitler, karbonhidratlar ve proteinlerle birlikte bitkilerde en bol bulunan maddelerdir.

Bitki solunumunda, proteinlerin, yağların ve diğer maddelerin biyosentezinde yer alırlar. Organik asitler, hem birincil sentezin (malik, asetik, oksalik, askorbik) hem de ikincil sentezin (ursolik, oleanolik) maddelerini ifade eder.

Organik asitler farmakolojik olarak aktif maddelerdir ve ilaçların ve bitkilerin tıbbi formlarının toplam etkisine dahil olurlar:

Salisilik ve ursolik asitlerin iltihap önleyici etkileri vardır;

Malik ve süksinik asitler - enerji gruplarının bağışçıları, fiziksel ve zihinsel performansı artırmaya yardımcı olur;

Askorbik asit - C vitamini.

Vitaminler- canlı organizmalarda önemli biyolojik ve biyokimyasal işlevleri yerine getiren özel bir organik madde grubu. Çeşitli kimyasal yapıya sahip bu organik bileşikler, esas olarak bitkiler ve ayrıca mikroorganizmalar tarafından sentezlenir.

Bunları sentezlemeyen insan ve hayvanlar, besinlere (proteinler, karbonhidratlar, yağlar) kıyasla çok küçük miktarlarda vitaminlere ihtiyaç duyarlar.

20'den fazla vitamin bilinmektedir. Fizyolojik eylemlerini karakterize eden harf adları, kimyasal adları ve adları vardır. Vitaminler sınıflandırılır suda çözünür için (askorbik asit, tiamin, riboflavin, pantotenik asit, piridoksin, folik asit, siyanokobalamin, nikotinamid, biotin)

ve yağda çözünür (retinol, fillokinon, kalsiferoller, tokoferoller). vitamin gibi maddeler arasında bazı flavonoidler, lipoik, orotik, pangamik asitler, kolin, inositol bulunur.

Vitaminlerin biyolojik rolü çeşitlidir. Vitaminler ve enzimler arasında yakın bir ilişki kurulmuştur. Örneğin, çoğu B vitamini, koenzimlerin ve prostetik enzim gruplarının öncüleridir.

karbonhidratlar- polioksikarbonil bileşikleri ve bunların türevlerini içeren geniş bir organik madde sınıfı. Moleküldeki monomerlerin sayısına bağlı olarak monosakkaritler, oligosakkaritler ve polisakkaritler olarak alt gruplara ayrılırlar.

Sadece polioksikarbonil bileşiklerinden oluşan karbonhidratlara homozidler, moleküllerinde başka bileşiklerin kalıntıları bulunan türevlerine ise heterosidler denir. Tüm glikozit türleri heterositlere aittir.

Mono ve oligosakkaritler, herhangi bir canlı hücrenin normal bileşenleridir. Önemli miktarlarda biriktikleri durumlarda, ergastik maddeler olarak adlandırılırlar.

Polisakaritler, kural olarak, her zaman protoplast atık ürünleri olarak önemli miktarlarda birikir.

Monosakkaritler ve oligosakkaritler, saf formlarında, genellikle glikoz, fruktoz ve sakaroz formunda kullanılır. Enerjik maddeler olarak mono ve oligosakkaritler genellikle çeşitli dozaj formlarının imalatında dolgu maddeleri olarak kullanılır.

Bitkiler bu karbonhidratların kaynaklarıdır (şeker kamışı, pancar, üzüm, birkaç kozalaklı ağaçtan hidrolize edilmiş odun ve odunsu angiospermler).

Bitkilerde çeşitli şekillerde sentezlenir polisakkaritler hem yapı hem de yerine getirdikleri işlevler bakımından birbirinden farklılık gösteren . Polisakkaritler tıpta çeşitli şekillerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle nişasta ve hidroliz ürünleri yaygın olarak kullanılmaktadır, bunun yanı sıra selüloz, pektin, aljinatlar, zamklar ve mukus da kullanılmaktadır.

Selüloz (lif) - Bitki hücre duvarlarının büyük kısmını oluşturan polimer. Farklı bitkilerdeki lif molekülünün 1400 ila 10.000 β-D-glukoz kalıntısı içerdiğine inanılmaktadır.

nişasta ve inülin rezerv polisakkaritlere aittir.

Nişastanın %96-97,6'sı iki polisakaritten oluşur: amiloz (doğrusal glukan) ve amilopektin (dallı glukan).

Aktif fotosentez döneminde her zaman nişasta taneleri şeklinde depolanır. Bu ailenin temsilcileri. asteraceae ve Satrapi / deniz fruktozanlar (inülin), özellikle yeraltı organlarında büyük miktarlarda birikir.

balçık ve sakız sakız) - homo- ve heterosakaritler ve poliüronidlerin karışımları. Sakızlar, karbonil grupları Ca2+, K+ ve Mg2+ iyonları ile bağlanan üronik asitlerin zorunlu katılımıyla heteropolisakkaritlerden oluşur.

Sudaki çözünürlüklerine göre sakızlar ikiye ayrılır. 3 grup:

Arabin, suda iyi çözünür (kayısı ve arapça);

Bassorinaceae, suda az çözünür, ancak içinde güçlü bir şekilde şişer (kitre)

Ve cerazin, suda az çözünür ve zayıf şişer (kiraz).

balçık sakızlardan farklı olarak nötr olabilir (üronik asit içermez) ve ayrıca daha düşük moleküler ağırlığa sahiptir ve suda oldukça çözünür.

pektin maddeleri- ana yapısal bileşeni β-D-galakturonik asit (poligalakturonid) olan yüksek moleküler ağırlıklı heteropolisakaritler.

Bitkilerde, pektin maddeleri, hücre duvarının galaktan ve araban ile metoksilatlanmış poligalakturonik asidin bir polimeri olan çözünmeyen protopektin formunda bulunur: poliuronit zincirleri Ca2+ ve Mg2+ iyonları ile birbirine bağlıdır.

İkincil metabolizmanın maddeleri

İkincil sentez maddeleri sonucunda bitkilerde oluşur

benzeşme.

Disimilasyon, birincil sentez maddelerinin enerji salınımı ile birlikte daha basit maddelere ayrışması sürecidir. Serbest kalan enerjinin harcanmasıyla bu basit maddelerden ikincil sentez maddeleri oluşur. Örneğin, glikoz (birincil sentez maddesi), mevalonik asidin sentezlendiği asetik aside ve bir dizi ara ürün aracılığıyla - tümü terpenlere ayrışır.

İkincil sentez maddeleri arasında terpenler, glikozitler, fenolik bileşikler, alkaloidler bulunur. Hepsi metabolizmada yer alır ve bitkiler için önemli olan belirli işlevleri yerine getirir.

İkincil sentez maddeleri, tıbbi uygulamada, birincil sentez maddelerinden çok daha sık ve daha yaygın olarak kullanılmaktadır.

Her bir bitki maddesi grubu izole değildir ve biyokimyasal süreçlerle diğer gruplarla ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır.

Örneğin:

Fenolik bileşiklerin çoğu glikozitlerdir;

Terpen sınıfından olan acılar glikozitlerdir;

Bitki steroidleri kökenli terpenlerdir, kardiyak glikozitler, steroid saponinler ve steroid alkaloidler glikozitlerdir;

Tetraterpenlerden türetilen karotenoidler vitaminlerdir;

Monosakkaritler ve oligosakkaritler, glikozitlerin bir parçasıdır.

Birincil sentez maddeleri, tüm bitkileri, ikincil maddeleri içerir.

Bireysel türlerin, cinslerin ve familyaların bitkileri sentez biriktirir.

ikincil metabolitler esas olarak vejetatif olarak yerleşik canlı organizma gruplarında oluşur - bitkiler ve mantarlar.

İkincil metabolizma ürünlerinin rolü ve belirli bir sistematik grupta ortaya çıkma nedenleri farklıdır. En genel biçimleriyle, uyarlanabilir bir anlam ve geniş anlamda koruyucu özellikler atfedilirler.

Modern tıpta, ikincil metabolizma ürünleri, birincil metabolitlerden çok daha yaygın ve daha sık kullanılmaktadır.

Bu genellikle çok çarpıcı bir farmakolojik etki ve insan ve hayvanların çeşitli sistem ve organları üzerinde çoklu etkilerle ilişkilendirilir. Birincil bileşikler temelinde sentezlenirler ve serbest formda veya metabolik reaksiyonlar sırasında glikosilasyona uğrarlar, yani bir miktar şekere bağlanırlar.

alkaloidler - esas olarak bitki kökenli, temel nitelikte azot içeren organik bileşikler. Alkaloitlerin moleküler yapısı çok çeşitlidir ve genellikle oldukça karmaşıktır.

Azot genellikle heterosikllerde bulunur, ancak bazen yan zincirde bulunur. Çoğu zaman, alkaloidler, bu heterosikllerin yapısına göre veya biyogenetik öncüleri olan amino asitlere göre sınıflandırılır.

Aşağıdaki ana alkaloid grupları ayırt edilir: pirolidin, piridin, piperidin, pirolizidin, kinolizidin, kinazolin, kinolin, izokinolin, indol, dihidroindol (betalainler), imidazol, pürin alkalin, steroidoidler. Alkaloitlerin çoğu spesifik, genellikle benzersiz fizyolojik etkilere sahiptir ve tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Bazı alkaloidler güçlü zehirlerdir (örneğin, curare alkaloidler).

antrasen türevleri- antrasenin yapısına dayanan sarı, turuncu veya kırmızı renkli bir grup doğal bileşik. Orta halkanın (antron, antranol ve antrakinon türevleri) ve karbon iskeletinin yapısının (monomerik, dimerik ve yoğunlaştırılmış bileşikler) farklı oksidasyon durumlarına sahip olabilirler. Bunların çoğu krizasin (1,8-dihidroksiantrakinon) türevleridir. Alizarin (1,2-dihidroksiantrakinon) türevleri daha az yaygındır. Bitkilerde, antrasen türevleri serbest formda (aglikonlar) veya glikozitler (antraglikositler) formunda bulunabilir.

Vitanolidler - bir grup fitosteroid.Şu anda, bu sınıftaki bileşiklerin birkaç serisi bilinmektedir. Vitanolidler, 17 konumunda 6 üyeli bir lakton halkası ve A halkasında C1'de bir keto grubu bulunan polioksisteroidlerdir.

glikozitler - çeşitli ajanların (asit, alkali veya enzim) etkisi altında bir karbonhidrat parçasına ve bir aglikona (genin) ayrışan yaygın doğal bileşikler. Şeker ve aglikon arasındaki glikozidik bağ, O, N veya S atomlarının (O-, N- veya S-glikozitler) katılımıyla ve ayrıca C-C atomları (C-glikozitler) nedeniyle oluşturulabilir.

O-glikozitler bitki dünyasında en yaygın olanlardır). Kendi aralarında glikozitler, hem aglikon yapısında hem de şeker zincirinin yapısında farklılık gösterebilir. Karbonhidrat bileşenleri monosakaritler, disakaritler ve oligosakaritler ile temsil edilir ve buna göre glikozitlere monositler, biyositler ve oligositler denir.

Doğal bileşiklerin özel grupları şunlardır: siyanojenik glikozitler ve tiyoglikozitler (glukozinolatlar).

siyanojenik glikozitler hidrosiyanik asit içeren a-hidroksinitrillerin türevleri olarak sunulabilir.

Ailenin bitkileri arasında yaygındırlar. gül aseae, alt aile Propoidler, esas olarak tohumlarında konsantre olurlar (örneğin, tohumlardaki glikozitler amigdalin ve prunasin atugdalus sotinis, Arteniasa v1garis).

Tiyoglikozitler (glukozinolatlar) şu anda varsayımsal bir anyon - glukozinolatın türevleri olarak kabul edilir, dolayısıyla ikinci isim.

Glukozinolatlar şimdiye kadar sadece dikotiledonlu bitkilerde bulunmuştur ve bu ailenin özelliğidir. Вrassi sasae, Sarraridaceae, Resedaceae ve düzenin diğer temsilcileri Caprara1es.

Bitkilerde, alkali metallerle, çoğunlukla potasyumla (örneğin, tohumlardan elde edilen sinigrin glukozinolat) tuzlar şeklinde bulunurlar. Вrassica jipsea ve B. zenci.

izoprenoidler - olarak kabul edilen geniş bir doğal bileşik sınıfı

izoprenin biyojenik dönüşümünün bir ürünü olarak.

Bunlara çeşitli terpenler, bunların türevleri - terpenoidler ve steroidler dahildir. Bazı izoprenoidler antibiyotiklerin yapısal parçalarıdır, bazıları ise vitaminler, alkaloidler ve hayvan hormonlarıdır.

Terpenler ve terpenoidler- doymamış hidrokarbonlar ve bunların bileşim türevleri (С 5 Н 8) n, burada n = 2 veya n> 2. İzopren birimlerinin sayısına göre, birkaç sınıfa ayrılırlar: mono-, sesqui-, di-, tri -, tetra - ve politer-penoidler.

Monoterpenoidler (C 10 H 16) ve seskiterpenoidler (C 15 H 24) uçucu yağların ortak bileşenleridir.