Secundaire metabolieten zijn de belangrijkste fysiologisch actieve verbindingen in de plantenwereld. Hun aantal, bestudeerd door de wetenschap, neemt elk jaar toe. Op dit moment is ongeveer 15% van alle plantensoorten onderzocht op de aanwezigheid van deze stoffen. Ze hebben ook een hoge biologische activiteit in relatie tot het lichaam van dieren en mensen, wat hun potentieel als farmaceutisch middel bepa alt.
Wat zijn secundaire metabolieten?
Een onderscheidend kenmerk van alle levende organismen is dat ze metabolisme hebben - metabolisme. Het is een reeks chemische reacties die primaire en secundaire metabolieten produceren.
Het verschil tussen hen is dat de eerste kenmerkend zijn voor alle wezens (de synthese van eiwitten, aminocarbon- en nucleïnezuren, koolhydraten, purines, vitamines), terwijl de laatste kenmerkend zijn voor bepaalde soorten organismen en niet deelnemen in het groei- en reproductieproces. Ze voeren echter ook bepaalde functies uit.
In de dierenwereld worden secundaire verbindingen zelden geproduceerd, vaker komen ze binnenlichaam samen met plantaardig voedsel. Deze stoffen worden voornamelijk gesynthetiseerd in planten, schimmels, sponzen en eencellige bacteriën.
Kenmerken en functies
In de biochemie worden de volgende hoofdkenmerken van secundaire plantmetabolieten onderscheiden:
- hoge biologische activiteit;
- klein molecuulgewicht (2-3 kDa);
- productie uit een kleine hoeveelheid uitgangsstoffen (5-6 aminozuren voor 7 alkaloïden);
- synthese is inherent aan individuele plantensoorten;
- vorming in latere stadia van ontwikkeling van een levend organisme.
Al deze functies zijn optioneel. Zo worden secundaire fenolische metabolieten geproduceerd in alle plantensoorten en heeft natuurlijk rubber een hoog molecuulgewicht. De productie van secundaire metabolieten in planten gebeurt alleen op basis van eiwitten, lipiden en koolhydraten onder invloed van verschillende enzymen. Dergelijke verbindingen hebben geen eigen manier voor synthese.
Ze hebben ook de volgende kenmerken:
- aanwezigheid in verschillende delen van de plant;
- ongelijkmatige verdeling in weefsels;
-
lokalisatie in bepaalde compartimenten van de cel om de biologische activiteit van secundaire metabolieten te neutraliseren;
- de aanwezigheid van een basisstructuur (meestal fungeren hydroxyl-, methyl-, methoxylgroepen als zijn rol), op basis waarvan andere varianten van verbindingen worden gevormd;
- verschillende soorten structuurveranderingen;
- de mogelijkheid om over te schakelen naar een inactief, "reserve"-formulier;
- gebrek aan directe deelname aan de stofwisseling.
Secundair metabolisme wordt vaak gezien als het vermogen van een levend organisme om te interageren met zijn eigen enzymen en genetisch materiaal. Het belangrijkste proces, waardoor secundaire verbindingen worden gevormd, is dissimilatie (ontleding van de producten van primaire synthese). Hierbij komt een bepaalde hoeveelheid energie vrij, die betrokken is bij de productie van secundaire verbindingen.
Functies
Aanvankelijk werden deze stoffen beschouwd als onnodige afvalproducten van levende organismen. Nu staat vast dat ze een rol spelen in metabolische processen:
- fenolen - deelname aan fotosynthese, ademhaling, elektronenoverdracht, productie van fytohormonen, ontwikkeling van het wortelstelsel; aantrekking van bestuivende insecten, antimicrobiële werking; kleuring van afzonderlijke delen van de plant;
- tannines - ontwikkeling van resistentie tegen schimmelziekten;
- carotenoïden - deelname aan fotosynthese, bescherming tegen foto-oxidatie;
- alkaloïden - groeiregulatie;
- isopreen - bescherming tegen insecten, bacteriën, dieren;
- sterolen – regulering van de doorlaatbaarheid van celmembranen.
De belangrijkste functie van secundaire verbindingen in planten is ecologisch: bescherming tegen plagen, pathogene micro-organismen,aanpassing aan externe omstandigheden. Omdat omgevingsfactoren aanzienlijk verschillen voor verschillende soorten flora, is het spectrum van deze verbindingen bijna onbeperkt.
Classificaties
Er zijn verschillende fundamenteel verschillende classificaties van secundaire metabolieten:
- Triviaal. Stoffen worden ingedeeld in groepen op basis van hun specifieke eigenschappen (saponinen vormen schuim, bitters hebben een passende smaak, enzovoort).
- Chemisch. Gebaseerd op de kenmerken van de chemische structuur van verbindingen. Het is momenteel de meest voorkomende. Het nadeel van deze indeling is dat stoffen van dezelfde groep kunnen verschillen in productiemethode en eigenschappen.
- Biochemisch. Aan het hoofd van dit type systematisering staat de methode van biosynthese. Het is de meest wetenschappelijk onderbouwde, maar door het gebrek aan kennis van plantenbiochemie is het gebruik van deze classificatie beperkt.
- Functioneel. Het is gebaseerd op bepaalde functies van stoffen in een levend organisme. Dezelfde groep kan secundaire metabolieten met verschillende chemische structuren bevatten.
De complexiteit van classificatie ligt in het feit dat elke groep secundaire metabolieten nauw verwant is aan de andere. Zo zijn bitters (een klasse van terpenen) glycosiden en zijn carotenoïden (derivaten van tetraterpenen) vitamines.
Hoofdgroepen
De volgende soorten stoffen worden geclassificeerd als secundaire metabolieten van plantencellen:
- alkaloïden (pyridine,imidazool, purine, betalaines, glycoalkaloïden, protoalkaloïden en anderen);
- antraceenderivaten (derivaten van chryzacine, anthron, alizarine en andere verbindingen);
- phytosteriods (withanolides);
- glycosiden (monosiden, biosiden en oligosiden, cyanogene glycosiden en thioglycosiden);
- isoprenoïden (terpenen en hun derivaten - terpenoïden en steroïden);
- fenolische verbindingen en andere.
Veel van deze stoffen hebben unieke eigenschappen. Curare-alkaloïden zijn dus het sterkste-g.webp
Toepassing
Secundaire metabolieten hebben een actief effect op de organen en systemen van mens en dier, daarom worden ze veel gebruikt in de farmacologie en diergeneeskunde, en worden ze gebruikt als smaak- en aromaversterkers in voedingsproducten. Sommige fabrieken die deze stoffen in aanzienlijke hoeveelheden accumuleren, worden gebruikt als grondstof bij de productie van technische materialen.
In het buitenland, in landen met een ontwikkelde chemische industrie, is ongeveer een kwart van alle verbindingen die in de farmacie worden gebruikt, van plantaardige oorsprong. Het waardevolle therapeutische effect van secundaire metabolieten hangt samen met hun eigenschappen, zoals:
- breed scala aan actie;
- minimale bijwerkingen, zelfs bij langdurigereceptie;
- complex effect op het lichaam;
- hoog rendement.
Aangezien deze verbindingen nog steeds slecht worden begrepen, kan hun verdere onderzoek leiden tot de creatie van fundamenteel nieuwe geneesmiddelen.
