Antriniai augalų metabolitai. Pirminis ir antrinis metabolizmas augaluose ir jų produktuose Antrinių metabolitų pavyzdžiai

Iš visų produktų, gaunamų per mikrobinius procesus, svarbiausi yra 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: kai kurie iš jų turi antimikrobinį poveikį, kiti yra specifiniai fermentų inhibitoriai. , o kiti yra augimo faktoriai, daugelis turi farmakologinį aktyvumą. Antriniai metabolitai yra antibiotikai, alkaloidai, augalų augimo hormonai ir toksinai. Farmacijos pramonė sukūrė labai sudėtingus mikroorganizmų atrankos (masinio tyrimo) metodus, kad jie galėtų gaminti vertingus antrinius metabolitus.

Tokių medžiagų gamyba buvo daugelio mikrobiologinės pramonės šakų kūrimo pagrindas. Pirmoji šioje serijoje buvo penicilino gamyba; Mikrobiologinis penicilino gamybos metodas buvo sukurtas 1940-aisiais 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 mikrobiniai antibiotikų produktai gali būti chemiškai arba fermentiškai paverčiami vadinamaisiais pusiau sintetiniais antibiotikais, pasižyminčiais aukštesnėmis gydomosiomis savybėmis.

Antibiotikai yra organiniai junginiai. Juos sintetina gyva ląstelė ir nedidelėmis koncentracijomis gali sulėtinti jiems jautrių mikroorganizmų rūšių vystymąsi arba visiškai sunaikinti. Juos gamina ne tik mikrobų ir augalų, bet ir gyvūnų ląstelės. Augalinės kilmės antibiotikai vadinami fitoncidais. Tai chlorelinas, tomatinas, sativinas, gaunamas iš česnako, ir alinas, išskirtas iš svogūnų.

Mikroorganizmų augimą galima apibūdinti kaip S formos kreivę. Pirmoji stadija yra spartaus augimo arba logaritminė stadija, kuriai būdinga pirminių metabolitų sintezė. Toliau ateina lėto augimo fazė, kai ląstelių biomasės didėjimas smarkiai sulėtėja. 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 patenka į idiofazę; Būtent šiuo laikotarpiu sintetinami idiolitai. Idiolitai arba antriniai metabolitai nevaidina aiškaus vaidmens medžiagų apykaitos procesuose, juos gamina ląstelės, kad prisitaikytų prie aplinkos sąlygų, pavyzdžiui, siekiant apsaugoti. 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 ypatybes. Pavyzdžiui, kalbant apie antibiotikus, dauguma mikroorganizmų tropofazės metu yra jautrūs savo antibiotikams, tačiau idiofazės metu tampa jiems atsparūs.

Dauguma prieskonių, prieskonių, arbatos ir kitų gėrimų, tokių kaip kava ir kakava, savo individualias savybes (skonį ir aromatą) lemia farmakologiškai aktyvūs antriniai augalų metabolitai, kuriuose jų yra. Nors kai kurie iš šių veikliųjų junginių (pvz., vanilinas, efedrinas ir kofeinas) gaminami pusiau arba visiškos sintezės būdu, už iš natūralių šaltinių išskirtus junginius vis tiek mokama didelė kaina, ypač jei jie skirti naudoti kaip maisto priedai ir kvapiosios medžiagos.

Kai kurie biologiškai aktyvūs antriniai metabolitai buvo naudojami kaip vaistai arba kaip pavyzdiniai junginiai vaistų sintezei ir pusiau sintezei. Tačiau dažnai pamirštama, kad natūralūs produktai dažnai tarnauja kaip cheminiai modeliai kuriant ir visiškai sintezuojant naujas vaistų struktūras. Pavyzdžiui, meperidinas (Demerol), pentazocinas (Talvinas) ir propoksifenas (Darvonas) yra visiškai sintetiniai analgetikai, kurių pavyzdžiai buvo opiatai, tokie kaip morfinas ir kodeinas, o aspirinas yra paprastas salicilo rūgšties darinys, iš pradžių gautas iš gluosnio (Salix SPP. ).

Palyginti su palyginti maža pirminių ir masinių metabolitų kaina, antriniai augaliniai metabolitai dažnai kainuoja nuo kelių dolerių iki kelių tūkstančių dolerių už kilogramą. Pavyzdžiui, išgryninti opijaus alkaloidai (kodeinas ir morfinas) vertinami nuo 650 iki 1 250 JAV dolerių už kilogramą, o retų lakiųjų (eterinių) aliejų, tokių kaip rožių aliejus, kaina dažnai viršija 2 000 - 3 000 JAV dolerių už kilogramą. Catharanthus priešnavikinių alkaloidų didmeninė vertė yra apie 5000 USD už gramą, o jų mažmeninė vertė gali siekti 20 000 USD už gramą. Natūralūs produktai dažnai turi labai sudėtingas struktūras su daugybe chiralinių centrų, kurie gali nulemti biologinį aktyvumą. Tokie sudėtingi junginiai negali būti sintetinami dirbtinai. Geras tokio didelio struktūrinio sudėtingumo metabolito pavyzdys yra natūralus augalų insekticidas Azadirachtinas.

Ekonomiškai svarbios pirminių ir antrinių metabolitų charakteristikos. Daugumą jų galima gauti iš augalinių medžiagų distiliuojant garais arba ekstrahuojant organiniais tirpikliais, ir (išskyrus biopolimerus, natūralų kaučiuką, kondensuotus taninus ir didelės molekulinės masės medžiagas, polisacharidus, tokius kaip dervos, pektinas ir krakmolas) kaip paprastai santykinai mažos molekulinės masės (paprastai mažesnė nei 2000).

Ekonomiškai svarbios augalinės kilmės medžiagos yra fermentai papainas ir chimopapainas (fermentai, gauti iš papajų (Carica Papaya), kurie naudojami medicininiais tikslais), bromelainas (pieno baltymų virškinimo ir krešėjimo fermentas iš ananasų sulčių) ir salyklo ekstraktas (miežių produktas, kuriame yra krakmolo). - virškinimo fermentas).

Specialių augalinių baltymų gamyba ir naudojimas iš augalų ląstelių yra ribotos vertės dėl kelių priežasčių. Pirma, jų cheminė struktūra nustato tam tikrus apribojimus naudoti kaip biologiškai aktyvius junginius, kurie gali veikti kaip vaistai ir pesticidai. Pavyzdžiui, dauguma baltymų negali būti lengvai absorbuojami per žinduolių odą arba vabzdžių egzoskeletą, be to, dauguma jų negali būti vartojami per burną (išskyrus vietinį poveikį), nes jie yra jautrūs virškinimo proteolitinių fermentų skaidymui. Kad pasikartotų sisteminis poveikis, polipeptidai (pvz., chimopapainas) turi būti švirkščiami. Taigi baltymai nėra taip lengvai biologiškai prieinami kaip antriniai metabolitai (baltymų produktai), todėl juos sunku paversti galutiniais produktais ir naudoti. Pavyzdžiui, kai kurie potencialiai naudingi baltymai gali būti greitai skaidomi dėl fizikinio ir cheminio nestabilumo. Šiuo metu jau yra technologijos, skirtos genams, koduojantiems vertingų polipeptidų sintezę, įterpti ir ekspresuoti bakterijose ir mielėse. Tačiau šiuo atveju sudėtingų antrinių metabolitų gamybai kyla sunkumų dėl antrinės metabolitų biosintezės augaluose pobūdžio. Baltymai yra tiesioginiai genų produktai, o antriniai metabolitai dažniausiai sintetinami veikiant daugeliui genų produktų (fermentų) (Y. Aharonowitz). Yra daug genų, atsakingų už ekonomiškai svarbių antrinių metabolitų biosintezę (kiekvienam biosintezės keliui, vedančiam į antrinio metabolito gamybą, reikia daug genų). Be to, genetiškai modifikuotų mikroorganizmų biosintezės kelyje yra daug fermentų, kurie gali katalizuoti nepageidaujamas šalutines reakcijas su norimu metabolitu arba tarpiniu produktu. Taigi, bent jau netolimoje ateityje augalai ar augalų ląstelės greičiausiai taps daugumos bioaktyvių augalų komponentų šaltiniais.

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-1.jpg" alt="> Antriniai metabolitai Antriniai metabolitai yra organinės medžiagos, kurias sintetina organizmas"> Вторичные метаболиты Вторичные метаболиты - органические вещества, синтезируемые организмом, но не участвующие в росте, развитии или репродукции. Для своей жизнедеятельности бактерии также производить широкий спектр вторичных метаболитов. Среди них витамины, антибиотики, алкалоиды и прочие. Среди витаминов, образуемых микроорганизмами, заслуживают упоминания рибофлавин и витамин В 12. Рибофлавин выделяют главным образом аскомицеты; однако дрожжи (Candida) и бактерии (Clostridium) тоже синтезируют в больших количествах флавины. Способность к образованию витамина В 12 присуща бактериям, в метаболизме которых важную роль играют корриноиды (Propionibacterium, Clostridium). Этот же витамин образуют и стрептомицеты. Что касается алкалоидов, то одни только алкалоиды спорыньи, производные лизергиновой кислоты (эрготамин, эрготоксин) добывают из микроорганизма.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-2.jpg" alt="> Antibiotikai Antibiotikas yra mikrobų, gyvūnų arba"> Антибио тики Антибиотик - вещество микробного, животного или растительного происхождения, способное подавлять рост микроорганизмов или вызывать их гибель Антибиотики природного происхождения чаще всего продуцируются актиномицетами, реже - немицелиальными бактериями. Некоторые антибиотики оказывают сильное подавляющее действие на рост и размножение бактерий и при этом относительно мало повреждают или вовсе не повреждают клетки макроорганизма, и поэтому применяются в качестве лекарственных средств. Некоторые антибиотики используются в качестве цитостатических (противоопухолевых) препаратов при лечении онкологических заболеваний.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-3.jpg" alt=">Antibiotikų klasifikacija Didžiulė antibiotikų ir jų tipų įvairovė poveikis žmogaus organizmui"> Классификация антибиотиков Огромное разнообразие антибиотиков и видов их воздействия на организм человека явилось причиной классифицирования и разделения антибиотиков на группы. По характеру воздействия на бактериальную клетку антибиотики можно разделить на две группы: бактериостатические (бактерии живы, но не в состоянии размножаться), бактерицидные (бактерии погибают, а затем выводятся из организма).!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-4.jpg" alt=">Antibiotikų klasifikacija pagal cheminę struktūrą Beta-laktaminiai antibiotikai (β-laktaminiai antibiotikai) laktaminiai antibiotikai, β-laktamai)"> Классификация антибиотиков по химической структуре Бета-лактамные антибиотики (β-лактамные антибиотики, β-лактамы) - группа антибиотиков, которые объединяет наличие в структуре β-лактамного кольца. В бета-лактамам относятся подгруппы пенициллинов, цефалоспоринов, карбапенемов и монобактамов. Сходство химической структуры предопределяет одинаковый механизм действия всех β- лактамов (нарушение синтеза клеточной стенки бактерий). !}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-5.jpg" alt=">Penicilino (1) ir cefalosporino (2) struktūra">!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-6.jpg" alt="> Makrolidai yra vaistų grupė, dažniausiai antibiotikai, kurių pagrindas cheminė struktūra"> Макролиды - группа лекарственных средств, большей частью антибиотиков, основой химической структуры которых является макроциклическое 14 - или 16 -членное лактонное кольцо, к которому присоединены один или несколько углеводных остатков. Макролиды относятся к классу поликетидов, соединениям естественного происхождения. Также к макролидам относят: азалиды, представляющие собой 15 -членную макроциклическую структуру, получаемую путем включения атома азота в 14 -членное лактонное кольцо между 9 и 10 атомами углерода; телитромицин азитромицин рокитамицин кетолиды - 14 -членные макролиды, у которых к лактонному кольцу при 3 атоме углерода присоединена кетогруппа. природные эритромицин олеандомицин мидекамицин спирамицин лейкомицин джозамицин, полусинтетические рокситромицин кларитромицин диритромицин флуритромицин Макролиды относятся к числу наименее токсичных антибиотиков. При применении макролидов не отмечено случаев нежелательных лекарственных реакций, свойственных другим классам антимикробных препаратов.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-7.jpg" alt=">Eritromicino struktūra">!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-8.jpg" alt="> Tetraciklinai yra antibiotikų grupė, priklausanti poliketidų klasei, chemine prasme panašus"> Тетрациклины - группа антибиотиков, относящихся к классу поликетидов, близких по химическому строению и биологическим свойствам. Представители данного семейства характеризуются общим спектром и механизмом антимикробного действия, полной перекрёстной устойчивостью, близкими фармакологическими характеристиками. первый представитель данной группы антибиотиков - хлортетрациклин (торговые названия ауреомицин, биомицин) - выделен из культуральной жидкости лучистого гриба Streptomyces aureofaciens; окситетрациклин (террамицин) - выделен из культуральной жидкости другого актиномицета Streptomyces rimosus; полусинтетический антибиотик тетрациклин; был выделен из культуральной жидкости Streptomyces aureofaciens.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-9.jpg" alt="> Kiti svarbūs tetraciklinai: pusiau sintetiniai metaciklinoksitetraciklino dariniai, oksitetraciklinas"> Другие важные тетрациклины: полусинтетические производные окситетрациклина - доксициклин, метациклин. производные тетрациклина - гликоциклин, морфоциклин. комбинированные лекарственные формы с олеандомицином - олететрин, олеморфоциклин. а также миноциклин. Тетрациклины являются антибиотиками широкого спектра действия. Высокоактивны in vitro в отношении большого числа грамположительных и грамотрицательных бактерий. В высоких концентрациях действуют на некоторых простейших. Мало или совсем неактивны в отношении большинства вирусов и плесневых грибов. Недостаточно активны в отношении кислотоустойчивых бактерий!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-10.jpg" alt=">Tetraciklino struktūra">!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-11.jpg" alt="> Aminoglikozidai yra grupė antibiotikų, kurių bendra cheminė struktūra yra buvimas"> Аминогликозиды - группа антибиотиков, общим в химическом строении которых является наличие в молекуле аминосахара, соединённого гликозидной связью с аминоциклическим кольцом. По химическому строению к аминогликозидам близок также спектиномицин, аминоциклитоловый антибиотик. Основное клиническое значение аминогликозидов заключается в их активности в отношении аэробных грамотрицательных бактерий. Аминогликозиды образуют необратимые ковалентные связи с белками 30 S-субъединицы бактериальных рибосом и нарушают биосинтез белков в рибосомах, вызывая разрыв потока генетической информации в клетке. Гентамицин так же может воздействовать на синтез белка, нарушая функции 50 S- субъединицы рибосомы!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-12.jpg" alt="> Aminoglikozidai yra baktericidiniai antibiotikai, tai yra, jie tiesiogiai naikina tuos jautrius jiems"> Аминогликозиды являются бактерицидными антибиотиками, то есть непосредственно убивают чувствительные к ним микроорганизмы (в отличие от бактериостатических антибиотиков, которые лишь тормозят размножение микроорганизмов, а справиться с их уничтожением должен иммунитет организма хозяина). Поэтому аминогликозиды проявляют быстрый эффект при большинстве тяжёлых инфекций, вызванных чувствительными к ним микроорганизмами, и их клиническая эффективность гораздо меньше зависит от состояния иммунитета больного, чем эффективность бактериостатиков Основные препараты: стрептомицин, канамицин, неомицин, гентамицин, тобрамицин, нетилмицин, сизомицин, амикацин.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-13.jpg" alt="> Levomicetinai (Chloramfenikolis) - pirmasis antibiotikas, gautas sintetiniu būdu"> Левомицетины (Хлорамфеникол) - первый антибиотик, полученный синтетически. Применяют для лечения брюшного тифа, дизентерии и других заболеваний Использование ограничено по причине повышенной опасности серьезных Хлорамфеникол (левомицетин) осложнений - поражении костного мозга, вырабатывающего клетки крови. Действие - бактериостатическое.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-14.jpg" alt="> Glikopeptidiniai antibiotikai – susideda iš glikozilintų ribociklinių neciklinių arba ribociklinių polipeptidų ."> Гликопептидные антибиотики - состоят из гликозилированных циклических или полициклических нерибосомных пептидов. Значимые гликопептидные антибиотики включают ванкомицин, тейкопланин, телаванцин, блеомицин, рамопланин и декапланин. Гликопептидные антибиотики нарушают синтез клеточной стенки бактерий. Оказывают бактерицидное действие, однако в отношении энтерококков, некоторых стрептококков и стафилококков действуют бактериостатически. Линкозамиды - группа антибиотиков, в которую входят природный антибиотик линкомицин и его полусинтетический аналог клиндамицин. Обладают бактериостатическими или бактерицидными свойствами в зависимости от концентрации в организме и чувствительности микроорганизмов. Полимиксины - группа бактерицидных антибиотиков, обладающих узким спектром активности против грамотрицательной флоры. . По химической природе это полиеновые соединения, включающие остатки полипептидов. В обычных дозах препараты этой группы действуют бактериостатически, в высоких концентрациях - оказывают бактерицидное действие. Из препаратов в основном применяются полимиксин В и полимиксин М. Обладают выраженной нефро- и нейротоксичностью.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-15.jpg" alt="> Gyvūninės kilmės antibiotikai Lysocy m (muramidazė) - antibakterinis"> Антибиотики животного происхождения Лизоци м (мурамидаза) - антибактериальный агент, фермент класса гидролаз, разрушающий клеточные стенки бактерий путём гидролиза пептидогликана клеточной стенки бактерий муреина. ферменты содержатся в организмах животных, в первую очередь, в местах соприкосновения с окружающей средой - в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, слёзной жидкости, грудном молоке, слюне, слизи носоглотки и т. д. В больших количествах лизоцимы содержатся в слюне, чем объясняются её антибактериальные свойства. В грудном молоке человека концентрация лизоцима весьма высока (около 400 мг/л). Это намного больше, чем в коровьем. При этом концентрация лизоцима в грудном молоке не снижается со временем, через полгода после рождения ребёнка она начинает возрастать. Экмолин - белковый антибиотик. Обладает антибактериальными свойствами. Выделен из печени рыб. Усиливает действие ряда бактериальных антибиотиков!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-16.jpg" alt="> Augalinės kilmės antibiotikai (fitoncidai) Jie labai įvairūs cheminiu požiūriu gamta:"> Антибиотики растительного происхождения (фитонциды) По химической природе очень разнообразны: гликозиды, терпеноиды, алкалоиды и другие вторичные метаболиты растений. Защитная роль проявляется не только в уничтожении микроорганизмов, но и в подавлении их размножения, в отрицательном хемотаксисе подвижных форм микроорганизмов, в стимулировании жизнедеятельности микроорганизмов, являющихся антагонистами патогенных форм для данного растения Например - аллейцин (род Allium - лук, чеснок,), иманин (зверобой), синигрин (хрен - р. Armorácia) и т. д.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-17.jpg" alt=">Antibakterinės medžiagos Sulfanilamidai yra cheminių medžiagų grupė, gauta iš"> Антибактериальные вещества Сульфани лами ды - это группа химических веществ, производных пара- аминобензолсульфамида - амида сульфаниловой кислоты (пара-аминобензосульфокислоты). пара-Аминобензолсульфамид - простейшее соединение класса - также называется белым стрептоцидом. Несколько более сложный по структуре сульфаниламид пронтозил (красный стрептоцид) был первым препаратом этой группы и вообще первым в мире синтетическим антибактериальным препаратом!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-18.jpg" alt=">Antibakterinės medžiagos. Turimi sulfonamidiniai preparatai, skiriasi farmakologiniai streptokologiniai parametrai"> Антибактериальные вещества Имеющиеся сульфаниламидные средства различаются по фармакологическим параметрам. Стрептоцид, норсульфазол, сульфазин, сульфадимезин, этазол, сульфапиридазин, сульфадиметоксин и др. относительно легко всасываются и быстро накапливатся в крови и органах в бактериостатических концентрациях, проникают через гистогематические барьеры (гематоэнцефалический, плацентарный и др.); они находят применение при лечении различных инфекционных заболеваний. Другие препараты, такие как фталазол, фтазин, сульгин, трудно всасываются, относительно долго находятся в кишечнике в высоких концентрациях и выделяются преимущественно с калом. Поэтому они применяются главным образом при инфекционных заболеваниях желудочно- кишечного тракта. Уросульфан выделяется в значительном количестве почками; он применяется преимущественно при инфекциях мочевых путей!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-19.jpg" alt=">Antibakterinės medžiagos Chinolonai yra antibakterinių vaistų grupė, įskaitant fluorokvinus . Pirmas"> Антибактериальные вещества Хиноло ны - группа антибактериальных препаратов, также включающая фторхинолоны. Первые препараты этой группы, прежде всего налидиксовая кислота, в течение многих лет применялись только при инфекциях мочевыводящих путей. Фто рхиноло ны - группа лекарственных веществ, обладающих выраженной противомикробной активностью, широко применяющихся в медицине в качестве антибиотиков широкого спектра действия. По широте спектра противомикробного действия, активности, и показаниям к применению они действительно близки к антибиотикам. Фторхинолоны подразделяют на препараты первого (пефлоксацин, офлоксацин, ципрофлоксацин, ломефлоксацин, норфлоксацин) и второго поколения (левофлоксацин, спарфлоксацин, моксифлоксацин.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-20.jpg" alt=">Antibakterinės medžiagos Nitrofuranai yra furano darinių antibakterinių medžiagų grupė. K"> Антибактериальные вещества Нитрофураны - группа антибактериальных средств, производные фурана. К нитрофуранам чувствительны грамположительные и грамотрицательные бактерии, а также хламидии и некоторые простейшие (трихомонады, лямблии). Обычно Нитрофураны действуют на микроорганизмы бактериостатически, однако в высоких дозах они могут оказывать бактерицидное действие. Кроме того анибактериальное действие могут оказывать тяжелые металлы, цианиды, фенолы и т. д.!}

Daugelis ląstelių metabolitų yra svarbūs kaip tiksliniai fermentacijos produktai. Jie skirstomi į pirminius ir antrinius.

Pirminiai metabolitai– tai mažos molekulinės masės junginiai (molekulinė masė mažesnė nei 1500 daltonų), būtini mikroorganizmams augti. Vieni iš jų yra makromolekulių statybiniai blokai, kiti dalyvauja kofermentų sintezėje. Tarp svarbiausių pramonei skirtų metabolitų yra aminorūgštys, organinės rūgštys, nukleotidai, vitaminai ir kt.

Pirminių metabolitų biosintezę vykdo įvairūs biologiniai agentai – mikroorganizmai, augalų ir gyvūnų ląstelės. Šiuo atveju naudojami ne tik natūralūs organizmai, bet ir specialiai gauti mutantai. Norint užtikrinti aukštas produkto koncentracijas fermentacijos stadijoje, būtina sukurti gamintojus, kurie atsispirtų jų natūralioms rūšims genetiškai būdingiems reguliavimo mechanizmams. Pavyzdžiui, būtina pašalinti galutinio produkto, kuris slopina arba slopina svarbų fermentą, skirtą tikslinės medžiagos gamybai, kaupimąsi.

Aminorūgščių gamyba.

Vykstant fermentacijos procesams, kuriuos vykdo auksotrofai (mikroorganizmai, kuriems daugintis reikia augimo faktorių), susidaro daug aminorūgščių ir nukleotidų. Įprasti aminorūgščių gamintojų atrankos objektai yra gentims priklausantys mikroorganizmai Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter.

Iš 20 aminorūgščių, sudarančių baltymus, aštuonios negali būti susintetintos žmogaus organizme (būtinos). Šios aminorūgštys žmogaus organizmui turi būti tiekiamos su maistu. Tarp jų ypač svarbūs metioninas ir lizinas. Metioninas gaminamas cheminės sintezės būdu, o daugiau nei 80% lizino susidaro biosintezės būdu. Mikrobiologinė aminorūgščių sintezė yra perspektyvi, nes šio proceso metu gaunami biologiškai aktyvūs izomerai (L-aminorūgštys), o cheminės sintezės metu abu izomerai gaunami vienodais kiekiais. Kadangi juos sunku atskirti, pusė produktų yra biologiškai nenaudingi.

Aminorūgštys naudojamos kaip maisto priedai, prieskoniai, skonio stiprikliai, taip pat kaip žaliavos chemijos, kvepalų ir farmacijos pramonėje.

Atskiros aminorūgšties gavimo technologinės schemos sukūrimas pagrįstas žiniomis apie konkrečios aminorūgšties biosintezės reguliavimo kelius ir mechanizmus. Būtinas metabolinis disbalansas, užtikrinantis per didelę tikslinio produkto sintezę, pasiekiamas griežtai kontroliuojant sudėties ir aplinkos sąlygų pokyčius. Mikroorganizmų štamų auginimui aminorūgščių gamyboje prieinamiausi anglies šaltiniai yra angliavandeniai – gliukozė, sacharozė, fruktozė, maltozė. Mitybinės terpės savikainai sumažinti naudojamos antrinės žaliavos: burokėlių melasa, išrūgos, krakmolo hidrolizatai. Šio proceso technologija tobulinama siekiant sukurti pigias sintetines maistines terpes, kurių pagrindą sudaro acto rūgštis, metanolis, etanolis, n- parafinai.

Organinių rūgščių gamyba.

Šiuo metu nemažai organinių rūgščių yra sintetinamos biotechnologiniais metodais pramoniniu mastu. Iš jų citrinos, gliukono, ketogliukono ir itakono rūgštys gaunamos tik mikrobiologiniais metodais; pieno, salicilo ir acto rūgštis – tiek cheminiai, tiek mikrobiologiniai metodai; obuolys – cheminėmis ir fermentinėmis priemonėmis.

Acto rūgštis yra pati svarbiausia iš visų organinių rūgščių. Jis naudojamas daugelio cheminių medžiagų, įskaitant gumą, plastiką, pluoštą, insekticidus ir vaistus, gamyboje. Mikrobiologinis acto rūgšties gamybos metodas susideda iš etanolio oksidacijos į acto rūgštį, dalyvaujant bakterijų padermėms. Gliukonobakterijos Ir Acetobakterijos:

Citrinų rūgštis plačiai naudojama maisto, farmacijos ir kosmetikos pramonėje, naudojama metalams valyti. Didžiausia citrinų rūgšties gamintoja yra JAV. Citrinų rūgšties gamyba yra seniausias pramoninis mikrobiologinis procesas (1893 m.). Jo gamybai naudojama grybų kultūra Aspergillus niger, A. gotii. Maistinėse citrinų rūgšties gamintojų auginimo terpėse kaip anglies šaltinis yra pigios angliavandenių žaliavos: melasa, krakmolas, gliukozės sirupas.

Pieno rūgštis yra pirmoji organinė rūgštis, pagaminta fermentacijos būdu. Jis naudojamas kaip oksidatorius maisto pramonėje, kaip kandiklis tekstilės pramonėje, taip pat plastikų gamyboje. Mikrobiologiškai pieno rūgštis gaunama fermentuojant gliukozę Lactobacillus delbrueckii.

Kad ir koks būtų fotosintezės kelias, ji galiausiai baigiasi energijos turtingų rezervinių medžiagų, kurios sudaro pagrindą palaikyti ląstelės ir galiausiai viso daugialąsčio organizmo gyvybę, kaupimu. Šios medžiagos yra pirminio metabolizmo produktai. Be svarbiausios funkcijos, pirminiai metabolitai yra junginių, kurie paprastai vadinami antrinio metabolizmo produktais, biosintezės pagrindas. Pastarieji, dažnai vadinami „antriniais metabolitais“, savo egzistavimą gamtoje lemia tik dėl fotosintezės susidarančių produktų. Pažymėtina, kad antrinių metabolitų sintezė vyksta dėl energijos, išsiskiriančios mitochondrijose ląstelių kvėpavimo metu.

Antriniai metabolitai yra augalų biochemijos tyrimo objektas, bet ne be reikalo 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 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. Kai ląstelių sultys yra rūgštinės, antocianinas nusidažo rausva spalva, neutralus – purpurine spalva, o kai bazinis – mėlyna.

Kai kurių augalų spalva gali pasikeisti, kai vystosi žiedai. Pavyzdžiui, agurklės turi rausvus pumpurus ir mėlynus brandžius žiedus. 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, paversdamas ją tamsiai rudu.

Alkaloidai apima natūralius heterociklinius junginius, kurių žieduose, be anglies, yra vienas ar daugiau azoto atomų ir, rečiau, deguonies atomų. Jie pasižymi šarminėmis savybėmis. Alkaloidai pasižymi dideliu farmakologiniu aktyvumu, todėl dauguma vaistinių augalų priskiriami alkaloidams. Migdomųjų aguonų ankštyse buvo rasta daugiau nei 20 skirtingų alkaloidų, tarp kurių – morfinas, tebainas, kodeinas, papaverinas ir kt. Kaip žinoma, morfijus, turintis nuskausminamą ir antišokinį poveikį, sukelia euforiją: pakartotinai vartojant, išsivysto skausminga priklausomybė nuo jos – narkomanija. Kodeinas sumažina kosulio centro jaudrumą ir yra vaistų nuo kosulio dalis. Papaverinas vartojamas kaip antispazminis vaistas nuo hipertenzijos, krūtinės anginos ir migrenos. Alkaloidų gausu nakvišuose, vėdrynuose ir lelijose.

Daugelis alkaloidų turinčių augalų yra nuodingi ir jų nevalgo gyvūnai, jų silpnai veikia grybelinės ir bakterinės ligos.

Glikozidai yra cukraus dariniai, sujungti su alkoholiais, aldehidais, fenoliais ir kitomis azoto neturinčiomis medžiagomis. Sąlytyje su oru glikozidai suyra, išskirdami malonų aromatą, pavyzdžiui, šieno kvapą, verdant arbatą ir pan.

Širdies glikozidai ir saponinai randa plačiausią praktinį pritaikymą. Širdį veikiantys glikozidai yra tokio garsaus vaistinio augalo kaip pakalnutės veiklioji medžiaga. Jo gydomosios savybės žinomos labai seniai ir neprarado savo reikšmės iki šių dienų. Anksčiau iš pakalnutės buvo ruošiami vaistai nuo lašėjimo, širdies ligų, epilepsijos, karščiavimo.

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

Taninai (taninai) yra fenolio dariniai. Jie turi sutraukiantį skonį ir turi antiseptinių savybių. 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 gaminti.

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

Manoma, kad taninai atlieka įvairias funkcijas. Kai protoplastas miršta, taninai prasiskverbia į ląstelių sieneles ir suteikia joms atsparumą irimui. Gyvose ląstelėse taninai apsaugo protoplastą nuo dehidratacijos. Manoma, kad jie taip pat dalyvauja cukrų sintezėje ir transporte.

Antrinių metabolitų gamyba

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

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. Mikrobiologinės 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 įrašyti visas ląsteles buvo atliktas 1966 m. Mosbacho. Jis fiksavo kerpės Umbilicaria pustulata ląsteles poliakrilamido gelyje. Kitais metais van Wetzel augino gyvūnų embrionines ląsteles, imobilizuotas ant DEAE (dekstrano pagrindu pagamintų dietilaminoetilo Sephadex) mikrokaroliukų. Po to ląstelės buvo imobilizuotos ant skirtingų substratų. Tai daugiausia buvo mikrobinės 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 vienoje iš įvairių cementavimo terpių – alginato, agaro, kolageno, poliakrilamido.

Ląstelių adsorbcija ant inertinio substrato. Ląstelės prilimpa prie įkrautų granulių, pagamintų iš alginato, polistireno ir poliakrilamido. 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). Retai naudojamas, yra informacijos apie eksperimentus su įvairiomis žmogaus ląstelių linijomis, avies kraujo eritrocitais, adsorbuotais ant baltymu dengtos agarozės.

Kovalentinis prisijungimas prie kito inertinio nešiklio, pvz., CMC. Labai retai naudojamas, sėkmingas imobilizavimas žinomas dėl Micrococcus luteus. Eksperimentai daugiausia buvo atlikti gyvūnų ląstelių ir mikroorganizmų imobilizavimui.

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 įrodymų, kad yra teigiama koreliacija tarp antrinių metabolitų kaupimosi ir diferenciacijos laipsnio ląstelių kultūroje. Be to, pavyzdžiui, ligninas nusėda į tracheidą ir ksilemo kraujagyslių elementus tik pasibaigus diferenciacijos procesams, o tai buvo įrodyta eksperimentuose tiek in vivo, tiek in vitro . Gauti duomenys rodo, kad antrinių medžiagų apykaitos produktų diferenciacija ir kaupimasis vyksta ląstelės ciklo pabaigoje. Augimui mažėjant, diferenciacijos procesai pagreitėja.

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 jo poveikis įvairiems fiziniams ir cheminiams gradientams yra aiškūs rodikliai, pagal kuriuos išskiriami didelio ir mažo derlingumo augalai. Akivaizdu, kad ląstelių imobilizavimas suteikia sąlygas diferenciacijai, supaprastina ląstelių organizavimą 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 ryšys tarp augimo ir medžiagų apykaitos? 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, 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 taip pat teigiamai veikia cheminius kontaktus.

Augaluose bet kurią ląstelę supa kitos ląstelės, tačiau jos padėtis ontogenezės metu pasikeičia dėl tiek šios, tiek aplinkinių ląstelių dalijimosi. Šios ląstelės diferenciacijos laipsnis ir tipas priklauso nuo ląstelės padėties augale. Todėl fizinė ląstelės aplinka turi įtakos jos metabolizmui. Kaip? Antrinių metabolitų sintezės reguliavimas yra kontroliuojamas tiek genetiškai, tiek epigenetiškai (užbranduolinis), tai yra, bet kokie citoplazmos pokyčiai gali sukelti kiekybinius ir kokybinius antrinių metabolitų susidarymo pokyčius. Savo ruožtu citoplazma yra dinamiška sistema, veikiama aplinkos.

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

Taigi antrinis metabolizmas dideliuose ląstelių agregatuose, kurių ploto ir tūrio (S/V) santykis yra mažas, skiriasi nuo izoliuotų ląstelių ir mažų ląstelių grupių metabolizmo dėl dujų koncentracijos gradientų. 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. Antrinių metabolitų išeiga taip pat gali būti reguliuojama keičiant aplinkos cheminę sudėtį.

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

4. Kai kuriais atvejais iškyla problemų dėl idiolitų išskyrimo.

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

Naudotos literatūros sąrašas:

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

2. Augalinės ir gyvūninės kilmės vaistinės žaliavos. Farmakognozija: vadovėlis / red. G.P.Jakovleva. Sankt Peterburgas: 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.M., 2000 m

Augalinės ir gyvūninės kilmės vaistinės žaliavos. Farmakognozija: vadovėlis / red. G.P.Jakovleva. Sankt Peterburgas: 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.

Antriniai augalų metabolitai

Sąvokos „antriniai metabolitai“ ir „antrinė medžiagų apykaita“ į biologų žodyną pateko XIX amžiaus pabaigoje su lengva profesoriaus Koselio ranka. 1891 m. Berlyne jis skaitė paskaitą fiziologų draugijos posėdyje „Apie ląstelių cheminę sudėtį“. Šioje paskaitoje, kuri tais pačiais metais buvo paskelbta Archiv fur Physiologie, jis pasiūlė padalinti ląstelę sudarančias medžiagas į pirmines ir antrines. „Nors pirminių metabolitų yra kiekvienoje augalo ląstelėje, galinčioje dalytis, antriniai metabolitai ląstelėse atsiranda tik „atsitiktinai“ ir nėra būtini augalų gyvybei.

Atsitiktinis šių junginių pasiskirstymas, netaisyklingas jų atsiradimas giminingose augalų rūšyse tikriausiai rodo, kad jų sintezė yra susijusi su procesais, kurie nėra neatsiejami nuo kiekvienos ląstelės, o veikiau turi antrinį pobūdį... Siūlau įvardyti junginius, kurie yra svarbūs. kiekviena ląstelė yra pirminė, o junginiai, kurių nėra jokioje augalo ląstelėje, yra antriniai. Iš čia aiškėja pavadinimo „antriniai metabolitai“ kilmė - jis reiškia nedidelį, „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, būtinų 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 pertekliai. Tokie junginiai literatūroje kartais netgi buvo vadinami „ląstelių prabangos 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 Zerthuneris. Tiesą sakant, šis įvykis gali būti laikomas aukštesniųjų augalų antrinių metabolitų tyrimo pradžia.

Tada atėjo eilė kitiems alkaloidams. Charkovo universiteto profesorius F. I. Giese 1816 m. gavo cinchoną iš cinchona medžio žievės, tačiau tai buvo beveik nepastebėta, o daugelis tyrinėtojų priskiria cinchono alkaloidų atradimą Desosui, kuris gryną chininą ir cinchoną išskyrė tik 1820 m.

1818 m. Cavant ir Pelletier išskyrė strichniną iš vėmimo riešuto (chilibuha Strychnos nux-vomica L. sėklos); Runge atrado kofeiną kavoje 1920 m.; 1826 m. Giesecke atrado snukį (Conium maculatum L); 1828 m. Posselis ir Rymanas iš tabako išskyrė nikotiną; 1831 m. Main gavo atropiną iš belladonna (Atropa beladonna L.).

Natūralios įvairovės naudojimas gydymo tikslais neapsiriboja antibiotikais gaminančiais grybais ir aktinomicetais. Visų pirma, augalai išsiskiria nuostabia sintetinių procesų įvairove, kurių galutiniai produktai yra labai skirtingų cheminių struktūrų junginiai. Šiuolaikinė medicina naudoja riebalų rūgštis, aliejus, augalinės kilmės polisacharidus, taip pat stebėtinai įvairius antrinius metabolitus. Antrinis metabolizmas, priešingai nei pirminis metabolizmas, būdingas visiems organizmams, pasižymi taksonominiu originalumu. Antrinė augalų apykaita yra diferencijuotų augalų ląstelių ir audinių savybė, ji būdinga tik specializuotiems organams ir apsiriboja tam tikromis gyvenimo ciklo fazėmis. Pagrindinės antrinių metabolitų klasės yra alkaloidai, izoprenoidai ir fenolio junginiai. Augalai taip pat sintetina cianogeninius glikozidus, poliketidus ir vitaminus. Iš 30 žinomų vitaminų apie 20 patenka į žmogaus organizmą su augaliniu maistu. Kai kurios iš išvardytų junginių klasių, taip pat augalai, iš kurių jie išskirti, pateikti lentelėje

Antriniai metabolitai Šaltinis augalas

Alkaloidai Migdomosios aguonos. Belladonna belladonna. Perkūnas. Rauvolfija. Colchicum. Cinchona. Tabakas.

Izoprenoidai:

Taxols Kukmedis

širdies glikozidai arba Cardenolides Digitalis. Liana strophanthus. Gegužės slėnio lelija.

triterpeno glikozidai arba saponinai Ženšenis. Saldymedis. Aralia.

Liana dioscorea steroidiniai glikozidai.

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 cinchono žievėje jų kiekis siekia 15-20%. Alkaloidai gali koncentruotis įvairiuose organuose ir audiniuose. Tačiau jie dažnai kaupiasi kituose audiniuose nei tie, kuriuose yra sintezuojami. Pavyzdžiui, nikotinas sintetinamas tabako šaknyse ir kaupiamas lapuose. Tarp labiausiai žinomų alkaloidų yra morfinas, kodeinas ir papaverinas, kurie buvo išskirti iš aguonų (Papaver somniferum) ankščių. Belladonna belladonna (Atropa belladonna), kuri kitaip vadinama „miego stuporu“, alkaloidai yra įtraukti į daugelį vaistų, tokių kaip besalolis, bellalginas, bellataminalas, solutanas. Šiuolaikinėje onkologijoje plačiai naudojami vinkos (Catharanthus roseus) alkaloidai – vinblastinas ir vinkristinas, o rauvolfijos (Rauvolfia serpentina) šaknų rezerpinas ir ajmalinas – kaip psichotropiniai vaistai ir kraujospūdžiui mažinti.

Izoprenoidai. Išskirtų junginių skaičiumi izoprenoidai pranašesni už visas kitas antrinių metabolitų klases (jų yra daugiau nei 23 tūkst.), tačiau farmakologiniu aktyvumu nusileidžia alkaloidams. Ši grupė jungia skirtingų struktūrų junginius. 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 onkologija deda į juos dideles viltis.

Svarbiausia izoprenoidų grupė yra širdies glikozidai arba kardenolidai. Pavyzdžiui, apie 50 kardenolidų, įskaitant digitoksiną, buvo išskirta iš dviejų rūšių lapuočių (Digitalis purpurea) ir lapinių gvazdikų (D. lanata). Natūralus glikozidas k-strofantozidas plačiai naudojamas medicinos praktikoje ir yra nepakeičiama pirmosios pagalbos priemonė: 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 (Cinvallaria majalis) širdies glikozidai yra aktyvesni nei kiti širdies glikozidai (pavyzdžiui, digitoksinas).

Kitos mediciniškai svarbios izoprenoidų grupės yra triterpeno glikozidai arba saponinai. Dauguma šios grupės atstovų pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu, o tai lemia jų gydomąjį poveikį ir tokių žinomų biostimuliatorių kaip ženšenis, aralija, saldymedis naudojimas.

Steroidiniai glikozidai biologiniu aktyvumu skiriasi nuo triterpeno glikozidų. 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. Pastarųjų metų tyrimai atskleidė kitas medicinai svarbias šios grupės junginių savybes.

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

Nuostabios augalų biosintetinės galimybės dar toli gražu neatrastos. Iš 250 tūkstančių Žemėje gyvenančių rūšių ištirta ne daugiau kaip 15 proc., o ląstelių kultūros gautos tik kai kuriems vaistiniams augalams. Taigi, ženšenio ir dioskorėjos ląstelių kultūros yra triterpeno ir steroidinių glikozidų gamybos biotechnologinio proceso pagrindas. Yra daug vilčių įdiegti šias naujas technologijas, nes daugelis retų arba neaugančių augalų mūsų klimato sąlygomis gali būti naudojami kaip kalius arba suspensijos. Deja, technogeninė civilizacijos prigimtis mūsų planetoje daro nepataisomą žalą laukinei florai. Keičiasi ne tik Žemės biosfera – žmogaus buveinė, bet ir naikinami didžiuliai neištirti sveikatos bei ilgaamžiškumo sandėliai.