Sekundárne rastlinné metabolity. Primárny a sekundárny metabolizmus v rastlinách a ich produktoch Príklady sekundárnych metabolitov

Zo všetkých produktov získaných mikrobiálnymi procesmi sú najdôležitejšie sekundárne metabolity. Sekundárne metabolity, tiež nazývané idiolity, sú zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktoré nie sú potrebné na rast v čistej kultúre. Sú produkované obmedzeným počtom taxonomických skupín a často sú zmesou blízko príbuzných zlúčenín patriacich do rovnakej chemickej skupiny. Ak bola otázka fyziologickej úlohy sekundárnych metabolitov v produkčných bunkách predmetom vážnej diskusie, potom je ich priemyselná výroba nepochybne zaujímavá, pretože tieto metabolity sú biologicky aktívne látky: niektoré z nich majú antimikrobiálnu aktivitu, iné sú špecifické inhibítory enzýmov. a ďalšie sú rastové faktory, mnohé z nich majú farmakologickú aktivitu. Sekundárne metabolity zahŕňajú antibiotiká, alkaloidy, rastové hormóny rastlín a toxíny. Farmaceutický priemysel vyvinul vysoko sofistikované metódy na skríning (hromadné testovanie) mikroorganizmov na schopnosť produkovať cenné sekundárne metabolity.

Výroba takýchto látok slúžila ako základ pre vznik množstva odvetví mikrobiologického priemyslu. Prvou v tejto sérii bola výroba penicilínu; Mikrobiologická metóda výroby penicilínu bola vyvinutá v 40. rokoch 20. storočia a položila základy modernej priemyselnej biotechnológie.

Molekuly antibiotík majú veľmi rôznorodé zloženie a mechanizmus účinku na mikrobiálnu bunku. Zároveň v dôsledku vzniku rezistencie patogénnych mikroorganizmov na staré antibiotiká vzniká neustála potreba nových. V niektorých prípadoch môžu byť produkty prírodných mikrobiálnych antibiotík chemicky alebo enzymaticky premenené na takzvané semisyntetické antibiotiká s vyššími terapeutickými vlastnosťami.

Antibiotiká sú organické zlúčeniny. Sú syntetizované živou bunkou a v malých koncentráciách sú schopné spomaliť vývoj alebo úplne zničiť druhy mikroorganizmov, ktoré sú na ne citlivé. Produkujú ich nielen mikrobiálne a rastlinné bunky, ale aj živočíšne bunky. Antibiotiká rastlinného pôvodu sa nazývajú fytoncídy. Ide o chlór, tomatín, sativín, získaný z cesnaku a alín, izolovaný z cibule.

Rast mikroorganizmov možno charakterizovať ako krivku v tvare S. Prvým štádiom je štádium rýchleho rastu alebo logaritmické, ktoré je charakterizované syntézou primárnych metabolitov. Nasleduje fáza pomalého rastu, kedy sa nárast bunkovej biomasy prudko spomalí. Mikroorganizmy, ktoré produkujú sekundárne metabolity, prechádzajú najskôr štádiom rýchleho rastu, tropofázou, počas ktorej je syntéza sekundárnych látok nevýznamná. Keď sa rast spomaľuje v dôsledku vyčerpania jednej alebo viacerých základných živín v kultivačnom médiu, mikroorganizmus vstupuje do idiofázy; V tomto období sa syntetizujú idiolity. Idiolyty alebo sekundárne metabolity nehrajú jasnú úlohu v metabolických procesoch, sú produkované bunkami, aby sa prispôsobili podmienkam prostredia, napríklad kvôli ochrane. Syntetizujú ich nie všetky mikroorganizmy, ale hlavne vláknité baktérie, huby a spórotvorné baktérie. Producenti primárnych a sekundárnych metabolitov teda patria do rôznych taxonomických skupín.

Pri výrobe sa musia brať do úvahy vlastnosti kultúrneho rastu týchto mikroorganizmov. Napríklad v prípade antibiotík je väčšina mikroorganizmov počas tropofázy citlivá na vlastné antibiotiká, no počas idiofázy sa stávajú voči nim rezistentné.

Väčšina korenín, korenín, čajov a iných nápojov ako káva a kakao vďačí za svoje individuálne vlastnosti (chuť a vôňu) farmakologicky aktívnym sekundárnym metabolitom rastlín, ktoré ich obsahujú. Hoci sa niektoré z týchto účinných látok (napr. vanilín, efedrín a kofeín) vyrábajú polo- alebo úplnou syntézou, stále sa platia vysoké ceny za zlúčeniny izolované z prírodných zdrojov, najmä ak sú určené na použitie ako potravinové prísady a príchute.

Niektoré biologicky aktívne sekundárne metabolity našli využitie ako liečivá alebo ako modelové zlúčeniny na syntézu a semisyntézu liečiv. Často sa však zabúda, že prírodné produkty často slúžia ako chemické modely pre návrh a celkovú syntézu nových štruktúr liečiv. Napríklad meperidín (Demerol), pentazocín (Talwin) a propoxyfén (Darvon) sú úplne syntetické analgetiká, pre ktoré boli modelmi opiáty ako morfín a kodeín, zatiaľ čo aspirín je jednoduchý derivát kyseliny salicylovej, pôvodne odvodený z vŕby (Salix SPP). ).

V porovnaní s relatívne nízkymi nákladmi na primárne a hromadné metabolity sú ceny sekundárnych rastlinných metabolitov často od niekoľkých dolárov po niekoľko tisíc dolárov za kilogram. Napríklad purifikované ópiové alkaloidy (kodeín a morfín) majú hodnotu medzi 650 a 1 250 dolármi za kilogram, zatiaľ čo vzácne prchavé (esenciálne) oleje, ako je ružový olej, majú často hodnotu viac ako 2 000 až 3 000 dolárov za kilogram. Protinádorové alkaloidy Catharanthus majú veľkoobchodnú hodnotu približne 5 000 USD za gram a ich maloobchodná hodnota môže dosiahnuť 20 000 USD za gram. Prírodné produkty majú často veľmi zložité štruktúry s mnohými chirálnymi centrami, ktoré môžu určovať biologickú aktivitu. Takéto komplexné zlúčeniny nemožno syntetizovať umelo. Dobrým príkladom takéhoto metabolitu s vysokým stupňom štrukturálnej zložitosti je prírodný rastlinný insekticíd Azadirachtin.

Ekonomicky dôležité charakteristiky primárnych a sekundárnych metabolitov. Väčšinu z nich možno získať z rastlinných materiálov destiláciou vodnou parou alebo extrakciou organickými rozpúšťadlami a (s výnimkou biopolymérov, prírodného kaučuku, kondenzovaných tanínov a látok s vysokou molekulovou hmotnosťou, polysacharidov ako gumy, pektín a škrob) majú, ako všeobecne relatívne nízka molekulová hmotnosť (typicky menej ako 2000).

Medzi ekonomicky významné látky rastlinného pôvodu patria enzýmy papaín a chymopapaín (enzýmy odvodené z papáje (Carica Papaya), ktoré sa používajú na lekárske účely, bromelaín (enzým na trávenie a zrážanie mliečnych bielkovín z ananásovej šťavy) a sladový extrakt (výrobok z jačmeňa, ktorý obsahuje škrob -tráviaci enzým).

Výroba a použitie špeciálnych rastlinných bielkovín z rastlinných buniek má z niekoľkých dôvodov obmedzenú hodnotu. Po prvé, ich chemická štruktúra ukladá určité obmedzenia na ich použitie ako biologicky aktívnych zlúčenín, ktoré môžu pôsobiť ako liečivá a pesticídy. Napríklad väčšina proteínov nemôže byť ľahko absorbovaná cez kožu cicavcov alebo exoskeletom hmyzu a väčšina tiež nemôže byť podávaná orálne (okrem lokálneho účinku), pretože sú náchylné na degradáciu tráviacimi proteolytickými enzýmami. Na dosiahnutie reprodukovateľných systémových účinkov sa polypeptidy (ako je chymopapaín) musia podávať injekciou. Proteíny teda nie sú tak ľahko biologicky dostupné ako sekundárne metabolity (proteínové produkty), čo sťažuje ich vývoj na konečné produkty a použitie. Napríklad niektoré potenciálne užitočné proteíny môžu byť rýchlo degradované v dôsledku fyzikálno-chemickej nestability. V súčasnosti sú už dostupné technológie na inzerciu a expresiu génov kódujúcich syntézu cenných polypeptidov v baktériách a kvasinkách. V tomto prípade však vznikajú ťažkosti pri produkcii komplexných sekundárnych metabolitov v dôsledku povahy sekundárnej biosyntézy metabolitov v rastlinách. Proteíny sú priamymi produktmi génov, zatiaľ čo sekundárne metabolity sa zvyčajne syntetizujú kombinovaným pôsobením mnohých génových produktov (enzýmov) (Y. Aharonowitz). Existuje mnoho génov zodpovedných za biosyntézu ekonomicky dôležitých sekundárnych metabolitov (veľa génov je potrebných pre každú biosyntetickú dráhu vedúcu k produkcii sekundárneho metabolitu). Okrem toho majú geneticky modifikované mikroorganizmy vo svojej biosyntetickej dráhe veľa enzýmov, ktoré môžu katalyzovať nežiaduce vedľajšie reakcie s požadovaným metabolitom alebo medziproduktom. Teda aspoň v blízkej budúcnosti budú rastliny alebo rastlinné bunky pravdepodobne pôsobiť ako zdroje pre väčšinu bioaktívnych rastlinných zložiek.

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-1.jpg" alt="> Sekundárne metabolity Sekundárne metabolity sú organické látky syntetizované telom, ale"> 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="> Antibiotiká Antibiotikum je látka mikrobiálneho, živočíšneho resp."> 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=">Klasifikácia antibiotík Obrovské množstvo antibiotík a typov ich účinky na ľudský organizmus"> 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=">Klasifikácia antibiotík podľa chemickej štruktúry Beta-laktámové antibiotiká (β- laktámové antibiotiká, β-laktámy)"> 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=">Štruktúra penicilínu (1) a cefalosporínu (2)">!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-6.jpg" alt="> Makrolidy sú skupina liečiv, prevažne antibiotík, základ tzv. chemická štruktúra"> 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=">Štruktúra erytromycínu">!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-8.jpg" alt="> Tetracyklíny sú skupinou antibiotík patriacich do triedy polyketidov, podobne v chemike"> 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="(!LANG.:> Iné dôležité tetracyklíny: semisyntetické deriváty oxytetracyklínu - doxytetracyklín"> 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=">Štruktúra tetracyklínu">!}

Src="https://present5.com/presentation/3/52712948_162925886.pdf-img/52712948_162925886.pdf-11.jpg" alt="> Aminoglykozidy sú skupinou antibiotík, ktorých spoločnou chemickou štruktúrou je prítomnosť"> 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="> Aminoglykozidy sú baktericídne antibiotiká, to znamená, že priamo zabíjajú tieto citlivé antibiotiká k nim"> 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="> Levomycetíny (Chloramfenikol) - prvé synteticky získané antibiotikum."> 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="> Glykopeptidové antibiotiká - pozostávajú z glykozylovaných cyklických alebo polycyklických ribómových polycyklických peptidov ."> 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="> Antibiotiká živočíšneho pôvodu Lysocy m (muramidáza) - antibakteriálne"> 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="> Antibiotiká rastlinného pôvodu (fytoncídy) Chemicky sú veľmi rôznorodé príroda:"> 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=">Antibakteriálne látky Sulfanilamidy sú skupina chemikálií odvodených z pary -"> 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=">Antibakteriálne látky Dostupné sulfónamidové látky sa líšia farmakologickými parametrami. Streptocidy"> 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=">Antibakteriálne látky Chinolony sú skupinou antibakteriálnych liečiv, medzi ktoré patria aj fluorochinóny . Najprv"> 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=">Antibakteriálne látky Nitrofurány sú skupina antibakteriálnych látok, furanových derivátov 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.!}

Ako cieľové fermentačné produkty sú zaujímavé viaceré bunkové metabolity. Delia sa na primárne a sekundárne.

Primárne metabolity– ide o nízkomolekulárne zlúčeniny (molekulová hmotnosť menej ako 1500 daltonov) potrebné pre rast mikroorganizmov. Niektoré z nich sú stavebnými kameňmi makromolekúl, iné sa podieľajú na syntéze koenzýmov. Medzi najdôležitejšie metabolity pre priemysel patria aminokyseliny, organické kyseliny, nukleotidy, vitamíny atď.

Biosyntézu primárnych metabolitov vykonávajú rôzne biologické činidlá - mikroorganizmy, rastlinné a živočíšne bunky. V tomto prípade sa používajú nielen prírodné organizmy, ale aj špeciálne získané mutanty. Na zabezpečenie vysokých koncentrácií produktu v štádiu fermentácie je potrebné vytvoriť výrobcov, ktorí odolávajú regulačným mechanizmom geneticky charakteristickým pre ich prirodzené druhy. Napríklad je potrebné eliminovať akumuláciu konečného produktu, ktorý potláča alebo inhibuje dôležitý enzým na produkciu cieľovej látky.

Produkcia aminokyselín.

Počas fermentačných procesov, ktoré vykonávajú auxotrofy (mikroorganizmy, ktoré na reprodukciu vyžadujú rastové faktory), vzniká veľa aminokyselín a nukleotidov. Bežným predmetom selekcie výrobcov aminokyselín sú mikroorganizmy patriace do rodov Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter.

Z 20 aminokyselín, ktoré tvoria proteíny, sa osem nevie syntetizovať v ľudskom tele (esenciálne). Tieto aminokyseliny musia byť do ľudského tela dodávané prostredníctvom potravy. Medzi nimi sú obzvlášť dôležité metionín a lyzín. Metionín sa vyrába chemickou syntézou a viac ako 80 % lyzínu sa vyrába biosyntézou. Mikrobiologická syntéza aminokyselín je sľubná, pretože v dôsledku tohto procesu sa získajú biologicky aktívne izoméry (L-aminokyseliny) a pri chemickej syntéze sa oba izoméry získajú v rovnakých množstvách. Keďže sa ťažko oddeľujú, polovica produktov je biologicky nepoužiteľná.

Aminokyseliny sa používajú ako prísady do potravín, koreniny, zvýrazňovače chuti a tiež ako suroviny v chemickom, parfumérskom a farmaceutickom priemysle.

Vývoj technologickej schémy na získanie individuálnej aminokyseliny je založený na znalosti dráh a mechanizmov regulácie biosyntézy konkrétnej aminokyseliny. Nevyhnutná metabolická nerovnováha, ktorá zabezpečuje nadmernú syntézu cieľového produktu, sa dosahuje prísne kontrolovanými zmenami v zložení a podmienkach prostredia. Pre kultiváciu kmeňov mikroorganizmov pri produkcii aminokyselín sú najdostupnejšími zdrojmi uhlíka sacharidy – glukóza, sacharóza, fruktóza, maltóza. Na zníženie nákladov na živné médium sa používajú druhotné suroviny: repná melasa, srvátka, škrobové hydrolyzáty. Technológia tohto procesu sa zdokonaľuje smerom k vývoju lacných syntetických živných médií na báze kyseliny octovej, metanolu, etanolu, n-parafíny.

Výroba organických kyselín.

V súčasnosti sa množstvo organických kyselín syntetizuje biotechnologickými metódami v priemyselnom meradle. Z nich kyseliny citrónová, glukónová, ketoglukónová a itakónová sa získavajú iba mikrobiologickými metódami; kyselina mliečna, salicylová a octová - chemické aj mikrobiologické metódy; jablko - chemickými a enzymatickými prostriedkami.

Kyselina octová je najdôležitejšia zo všetkých organických kyselín. Používa sa pri výrobe mnohých chemikálií vrátane gumy, plastov, vlákien, insekticídov a liečiv. Mikrobiologická metóda výroby kyseliny octovej pozostáva z oxidácie etanolu na kyselinu octovú za účasti bakteriálnych kmeňov Gluconobacter A Acetobacter:

Kyselina citrónová je široko používaná v potravinárskom, farmaceutickom a kozmetickom priemysle a používa sa na čistenie kovov. Najväčším producentom kyseliny citrónovej sú USA. Výroba kyseliny citrónovej je najstarším priemyselným mikrobiologickým procesom (1893). Na jeho výrobu sa používa hubová kultúra Aspergillus niger, A. wentii. Živné médiá na pestovanie výrobcov kyseliny citrónovej obsahujú ako zdroj uhlíka lacné sacharidové suroviny: melasu, škrob, glukózový sirup.

Kyselina mliečna je prvá organická kyselina, ktorá sa vyrába fermentáciou. Používa sa ako oxidačné činidlo v potravinárstve, ako moridlo v textilnom priemysle a tiež pri výrobe plastov. Mikrobiologicky sa kyselina mliečna získava fermentáciou glukózy Lactobacillus delbrueckii.

Nech už je cesta fotosyntézy akákoľvek, v konečnom dôsledku končí nahromadením energeticky bohatých rezervných látok, ktoré tvoria základ pre zachovanie života bunky a v konečnom dôsledku aj celého mnohobunkového organizmu. Tieto látky sú produktmi primárneho metabolizmu. Primárne metabolity sú okrem svojej najdôležitejšej funkcie základom biosyntézy zlúčenín, ktoré sa bežne nazývajú produkty sekundárneho metabolizmu. Posledne menované, často bežne nazývané „sekundárne metabolity“, vďačia za svoju existenciu v prírode výlučne produktom vytvoreným ako výsledok fotosyntézy. Je potrebné poznamenať, že syntéza sekundárnych metabolitov sa uskutočňuje v dôsledku energie uvoľnenej v mitochondriách počas procesu bunkového dýchania.

Sekundárne metabolity sú predmetom štúdia biochémie rastlín, no nie je bez zaujímavosti oboznámiť sa s diagramom (obr. 1), ktorý znázorňuje ich biogenetický vzťah s priamymi produktmi fotosyntézy.

Obrázok 1. Biogenetický vzťah sekundárnych metabolitov s priamymi produktmi fotosyntézy.

Sekundárne metabolity: pigmenty, alkaloidy, taníny, glykozidy, organické kyseliny

Pigmenty

Spomedzi vakuolových pigmentov sú najbežnejšie antokyány a flavóny.

Antokyány patria do skupiny glykozidov s fenolovými skupinami. Antokyány jednej skupiny sa líšia od druhej. Zaujímavosťou tohto pigmentu je, že mení farbu v závislosti od pH bunkovej šťavy. Keď je bunková šťava kyslá, antokyanín ju zafarbí do ružova, keď je neutrálna, sfarbí sa do fialova a keď je zásaditá, sfarbí ju do modra.

U niektorých rastlín sa farba môže meniť, keď sa kvety vyvíjajú. Napríklad borák má ružové púčiky a modré zrelé kvety. Predpokladá sa, že týmto spôsobom rastlina signalizuje hmyzu, že je pripravená na opelenie.

Antokyány sa hromadia nielen v kvetoch, ale aj v stonkách, listoch a plodoch.

Antochlor je žltý pigment, ktorý patrí medzi flavonoidy. Je to menej časté. Obsahuje antochlórovo žlté kvety tekvice, ropuchy, citrusových plodov.

Pigment antofeín sa môže hromadiť aj v bunkovej šťave a sfarbiť ju do tmavohneda.

Alkaloidy zahŕňajú prírodné heterocyklické zlúčeniny obsahujúce vo svojich kruhoch okrem uhlíka jeden alebo viac atómov dusíka a menej často atómy kyslíka. Vykazujú alkalické vlastnosti. Alkaloidy majú vysokú farmakologickú aktivitu, preto je väčšina liečivých rastlín klasifikovaná ako alkaloidy. V strukoch maku na spanie bolo nájdených viac ako 20 rôznych alkaloidov vrátane morfínu, tebaínu, kodeínu, papaverínu atď. vzniká na ňom bolestivá závislosť – drogová závislosť. Kodeín znižuje excitabilitu centra kašľa a je súčasťou antitusík. Papaverín sa používa ako spazmolytikum pri hypertenzii, angíne a migréne. Nočné tiene, masliaky a ľalie sú bohaté na alkaloidy.

Mnohé rastliny obsahujúce alkaloidy sú jedovaté a zvieratá ich nejedia, sú slabo ovplyvnené hubovými a bakteriálnymi chorobami.

Glykozidy sú deriváty cukrov kombinované s alkoholmi, aldehydmi, fenolmi a inými látkami bez obsahu dusíka. Pri kontakte so vzduchom sa glykozidy rozpadajú a uvoľňujú príjemnú vôňu, napríklad vôňu sena, varenia čaju atď.

Najširšie praktické uplatnenie nachádzajú srdcové glykozidy a saponíny. Srdcové glykozidy sú aktívnou zložkou takej slávnej liečivej rastliny, akou je konvalinka. Jeho liečivé vlastnosti sú známe už veľmi dlho a dodnes nestratili svoj význam. Predtým sa z konvalinky pripravovali lieky na vodnatieľku, srdcové choroby, epilepsiu a horúčku.

Názov saponíny pochádza z peniacej schopnosti týchto zlúčenín. Väčšina predstaviteľov tejto skupiny má vysokú biologickú aktivitu, ktorá určuje terapeutický účinok, a teda aj liečebné použitie takých známych biostimulantov, ako je ženšen, sladké drievko a aralia.

Taníny (taníny) sú deriváty fenolu. Majú adstringentnú chuť a majú antiseptické vlastnosti. V bunke sa hromadia vo forme koloidných roztokov a majú žltú, červenú a hnedú farbu. Keď sa pridajú soli železa, získajú modrozelenú farbu, ktorá sa predtým používala na výrobu atramentu.

Taníny sa môžu hromadiť vo významných množstvách v rôznych rastlinných orgánoch. Je ich veľa v plodoch puškvorca, žeruchy, čerešne vtáčej, v dubovej kôre a v čajových listoch.

Predpokladá sa, že taníny plnia rôzne funkcie. Keď protoplast odumiera, triesloviny prenikajú do bunkových stien a dodávajú im odolnosť voči rozkladu. V živých bunkách taníny chránia protoplast pred dehydratáciou. Tiež sa predpokladá, že sa podieľajú na syntéze a transporte cukrov.

Produkcia sekundárnych metabolitov

Na ochranu mikroorganizmov produkujúcich antibiotiká pred sebadeštrukciou je dôležité rýchlo dosiahnuť idiofázu a následne kultivovať mikroorganizmy v tejto fáze. To sa dosahuje rôznymi kultivačnými režimami a zložením živného média v štádiách rýchleho a pomalého rastu.

Rastlinné bunkové a tkanivové kultúry sa považujú za potenciálny zdroj špecifických sekundárnych metabolitov, ktoré zahŕňajú zlúčeniny ako alkaloidy, steroidy, oleje a pigmenty. Mnohé z týchto látok sa dodnes získavajú extrakciou z rastlín. Metódy mikrobiologického priemyslu nie sú v súčasnosti použiteľné na všetky druhy rastlín. S výnimkou niektorých druhov rastlín, suspenzné a kalusové bunkové kultúry syntetizujú sekundárne metabolity v menšom množstve ako celé rastliny. V tomto prípade môže byť nárast biomasy vo fermentore významný.

Novým prístupom zameraným na zvýšenie výťažku sekundárnych metabolitov je imobilizácia rastlinných buniek a tkanív. Prvý úspešný pokus o záznam celých buniek uskutočnil v roku 1966 Mosbach. Bunky lišajníka Umbilicaria pustulata fixoval do polyakrylamidového gélu. Nasledujúci rok van Wetzel pestoval zvieracie embryonálne bunky imobilizované na mikroguľôčkach DEAE (dietylaminoetyl Sephadex na báze dextránu). Potom boli bunky imobilizované na rôznych substrátoch. Išlo najmä o mikrobiálne bunky.

Metódy imobilizácie buniek sú rozdelené do 4 kategórií:

Imobilizácia buniek alebo subcelulárnych organel v inertnom substráte. Napríklad bunky Catharanthus roseus, Digitalis lanata v algináte, agarózové guľôčky, želatína atď. Metóda zahŕňa obalenie buniek v jednom z rôznych cementačných médií - alginát, agar, kolagén, polyakrylamid.

Adsorpcia buniek na inertnom substráte. Bunky priľnú k nabitým guľôčkam vyrobeným z alginátu, polystyrénu a polyakrylamidu. Metóda bola použitá v experimentoch so živočíšnymi bunkami, ako aj bunkami Saccharomyces uvarum, S. cerevisiae, Candida tropicalis, E. coli.

Adsorpcia buniek na inertný substrát pomocou biologických makromolekúl (ako je lektín). Zriedkavo používané sú informácie o pokusoch s rôznymi ľudskými bunkovými líniami, erytrocytmi ovčej krvi adsorbovanými na proteínom obalenej agaróze.

Kovalentná väzba na iný inertný nosič, ako je CMC. Veľmi zriedkavo používaná, úspešná imobilizácia je známa pre Micrococcus luteus. Experimenty sa uskutočňovali najmä na imobilizácii živočíšnych buniek a mikroorganizmov.

V poslednej dobe sa výrazne zvýšil záujem o imobilizáciu rastlinných buniek, je to spôsobené tým, že imobilizované bunky majú určité výhody oproti kalusovým a suspenzným kultúram, keď sa používajú na získanie sekundárnych metabolitov.

Fyziologický základ výhod imobilizovaných rastlinných buniek oproti tradičným kultivačným metódam

V literatúre existujú rozsiahle dôkazy o tom, že existuje pozitívna korelácia medzi akumuláciou sekundárnych metabolitov a stupňom diferenciácie v bunkovej kultúre. Okrem toho sa napríklad lignín v tracheidách a cievnych elementoch xylemu ukladá až po ukončení diferenciačných procesov, čo sa ukázalo v experimentoch in vivo aj in vitro. Získané údaje naznačujú, že diferenciácia a akumulácia sekundárnych metabolických produktov nastáva na konci bunkového cyklu. S poklesom rastu sa zrýchľujú procesy diferenciácie.

Štúdia obsahu alkaloidov akumulovaných mnohými rastlinami in vitro ukázala, že kompaktné, pomaly rastúce bunkové kultúry obsahujú alkaloidy vo väčších množstvách ako voľné, rýchlo rastúce kultúry. Organizácia buniek je nevyhnutná pre ich normálny metabolizmus. Prítomnosť organizácie v tkanive a jej následný vplyv na rôzne fyzikálne a chemické gradienty sú jasnými indikátormi, podľa ktorých sa rozlišujú plodiny s vysokým a nízkym výnosom. Je zrejmé, že imobilizácia buniek poskytuje podmienky vedúce k diferenciácii, zefektívňuje organizáciu buniek a tým prispieva k vysokému výťažku sekundárnych metabolitov.

Imobilizované bunky majú množstvo výhod:

1. Bunky imobilizované v inertnom substráte alebo na ňom tvoria biomasu oveľa pomalšie ako tie, ktoré rastú v kvapalných suspenzných kultúrach.

Aké je spojenie medzi rastom a metabolizmom? Čo s tým má spoločné bunková organizácia a diferenciácia? Predpokladá sa, že tento vzťah je spôsobený dvoma typmi mechanizmov. Prvý mechanizmus je založený na skutočnosti, že rast určuje stupeň agregácie buniek, čo má nepriamy vplyv na syntézu sekundárnych metabolitov. Organizácia je v tomto prípade výsledkom agregácie buniek a dostatočný stupeň agregácie možno dosiahnuť len v pomaly rastúcich kultúrach. Druhý mechanizmus súvisí s kinetikou rýchlosti rastu a naznačuje, že „primárne“ a „sekundárne“ metabolické dráhy súťažia rozdielne o prekurzory v rýchlo a pomaly rastúcich bunkách. Ak sú podmienky prostredia priaznivé pre rýchly rast, potom sa najskôr syntetizujú primárne metabolity. Ak je rýchly rast zablokovaný, začína sa syntéza sekundárnych metabolitov. Nízka rýchlosť rastu imobilizovaných buniek teda prispieva k vysokému výťažku metabolitov.

2. Okrem pomalého rastu im imobilizácia buniek umožňuje rásť vo vzájomnom tesnom fyzickom kontakte, čo má priaznivý vplyv aj na chemické kontakty.

V rastline je každá bunka obklopená inými bunkami, ale jej poloha sa počas ontogenézy mení v dôsledku delenia tejto aj okolitých buniek. Stupeň a typ diferenciácie tejto bunky závisí od polohy bunky v rastline. Preto fyzikálne prostredie bunky ovplyvňuje jej metabolizmus. Ako? Regulácia syntézy sekundárnych metabolitov je pod genetickou aj epigenetickou (extranukleárnou) kontrolou, to znamená, že akékoľvek zmeny v cytoplazme môžu viesť ku kvantitatívnym a kvalitatívnym zmenám v tvorbe sekundárnych metabolitov. Cytoplazma je zase dynamický systém ovplyvnený prostredím.

Spomedzi vonkajších podmienok metabolizmus výrazne ovplyvňujú 2 dôležité faktory: koncentrácia kyslíka a oxidu uhličitého, ako aj úroveň osvetlenia. Svetlo hrá úlohu pri fotosyntéze aj vo fyziologických procesoch, ako je delenie buniek, orientácia mikrofibríl a aktivácia enzýmov. Intenzita a vlnová dĺžka svetelnej vlny sú určené polohou bunky v hmote iných buniek, to znamená, že závisia od stupňa organizácie tkaniva. V organizovanej štruktúre sa nachádzajú odstredivé koncentračné gradienty O2 a CO2, ktoré zohrávajú mimoriadne dôležitú úlohu v procese diferenciácie.

Sekundárny metabolizmus vo veľkých agregátoch buniek s malými pomermi plochy k objemu (S/V) sa teda líši od metabolizmu izolovaných buniek a malých skupín buniek v dôsledku gradientov koncentrácie plynu. Gradienty rastových regulátorov, živín a mechanického tlaku fungujú podobne. Podmienky prostredia rozptýlených buniek a buniek vo forme agregátov sú odlišné, preto sú odlišné aj ich metabolické dráhy.

3. Výťažok sekundárnych metabolitov je možné regulovať aj zmenou chemického zloženia prostredia.

Zmena zloženia média pre kalusové a suspenzné kultúry je sprevádzaná určitými fyzikálnymi manipuláciami s bunkami, ktoré môžu viesť k poškodeniu alebo kontaminácii kultúr. Tieto ťažkosti možno prekonať cirkuláciou veľkých objemov živného média okolo fyzicky imobilných buniek, čo umožňuje následné chemické ošetrenia.

4. V niektorých prípadoch vznikajú problémy s izoláciou idiolitov.

Keď sa použijú imobilizované bunky, je relatívne ľahké ich ošetriť chemikáliami, ktoré indukujú uvoľňovanie požadovaných produktov. Znižuje tiež spätnú inhibíciu, ktorá obmedzuje syntézu látok v dôsledku ich akumulácie v bunke. Kultivované bunky niektorých rastlín, napríklad Capsicum frutescens, uvoľňujú sekundárne metabolity do prostredia a systém imobilizovaných buniek umožňuje výber produktov bez poškodenia plodín. Imobilizácia buniek teda uľahčuje ľahkú izoláciu idiolitov.

Zoznam použitej literatúry:

1. „Mikrobiológia: slovník pojmov“, Firsov N.N., M: Drofa, 2006.

2. Liečivé suroviny rastlinného a živočíšneho pôvodu. Farmakognózia: učebnica/vyd. G.P.Yakovleva. Petrohrad: SpetsLit, 2006. 845 s.

3. Shabarova Z. A., Bogdanov A. A., Zolotukhin A. S. Chemické základy genetického inžinierstva. - M.: Vydavateľstvo Moskovskej štátnej univerzity, 2004, 224 s.

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

Liečivé suroviny rastlinného a živočíšneho pôvodu. Farmakognózia: učebnica/vyd. G.P.Yakovleva. Petrohrad: SpetsLit, 2006. 845 s.

Shabarova Z. A., Bogdanov A. A., Zolotukhin A. S. Chemické základy genetického inžinierstva. - M.: Vydavateľstvo Moskovskej štátnej univerzity, 2004, 224 s.

Sekundárne metabolity rastlín

Pojmy „sekundárne metabolity“ a „sekundárny metabolizmus“ vstúpili do slovníka biológov koncom 19. storočia ľahkou rukou profesora Kossela. V roku 1891 mal v Berlíne prednášku na stretnutí Fyziologickej spoločnosti s názvom „O chemickom zložení buniek“. V tejto prednáške, ktorá vyšla v tom istom roku v Archív fur Physiologie, navrhol rozdeliť látky tvoriace bunku na primárne a sekundárne. „Zatiaľ čo primárne metabolity sú prítomné v každej rastlinnej bunke schopnej sa deliť, sekundárne metabolity sú v bunkách prítomné len „náhodne“ a nie sú potrebné pre život rastlín.

Náhodná distribúcia týchto zlúčenín, ich nepravidelný výskyt v príbuzných rastlinných druhoch, pravdepodobne naznačuje, že ich syntéza je spojená s procesmi, ktoré nie sú neoddeliteľnou súčasťou každej bunky, ale majú skôr sekundárny charakter.... Navrhujem vymenovať zlúčeniny, ktoré sú dôležité pretože každá bunka je primárna a zlúčeniny, ktoré nie sú prítomné v žiadnej rastlinnej bunke, sú sekundárne. Odtiaľ je zrejmý pôvod názvu „sekundárne metabolity“ - to znamená malý, „náhodný“.

Spektrum zlúčenín primárneho metabolizmu je zrejmé - sú to predovšetkým bielkoviny, tuky, sacharidy a

nukleových kyselín. Je pravda, že Kossel považoval len niekoľko stoviek nízkomolekulárnych zlúčenín potrebných pre každú deliacu sa rastlinnú bunku za primárne metabolity. Sekundárne metabolity tiež neboli donedávna predmetom veľkej kontroverzie. V súlade s Kosselom väčšina výskumníkov verila, že ide o nejaké „výstrednosti“ metabolizmu, prijateľné excesy. Takéto zlúčeniny sa niekedy v literatúre dokonca nazývali „bunkové luxusné látky“.

Prevažná väčšina účinných látok pochádza z rastlín. Prvou takouto zlúčeninou bol morfín – alkaloid morfín, ktorý v roku 1803 izoloval z ópia (sušená šťava z makových strukov) nemecký lekárnik Zerthuner. V skutočnosti možno túto udalosť považovať za začiatok štúdia sekundárnych metabolitov vyšších rastlín.

Potom prišiel rad na ďalšie alkaloidy. Profesor Charkovskej univerzity F.I. Giese získal cinchonín z kôry chinovníka v roku 1816, ale to zostalo prakticky bez povšimnutia a mnohí výskumníci pripisujú objav alkaloidov chinovníka Desosovi, ktorý chinín a chinín izoloval v čistej forme až v roku 1820.

V roku 1818 Cavant a Pelletier izolovali strychnín zo zvracajúceho orecha (semená čilibuhy Strychnos nux-vomica L.); Runge objavil kofeín v káve v roku 1920; v roku 1826 Giesecke objavil koniín v jedlovci (Conium maculatum L); v roku 1828 Possel a Ryman izolovali nikotín z tabaku; v roku 1831 Main získal atropín z belladony (Atropa beladonna L.).

Využitie prírodnej diverzity na terapeutické účely nie je obmedzené na huby produkujúce antibiotiká a aktinomycéty. Rastliny sa vyznačujú najmä úžasnou rozmanitosťou syntetických procesov, ktorých konečné produkty predstavujú zlúčeniny veľmi odlišných chemických štruktúr. Moderná medicína využíva mastné kyseliny, oleje, polysacharidy rastlinného pôvodu, ako aj prekvapivo rozmanitú škálu sekundárnych metabolitov. Sekundárny metabolizmus sa na rozdiel od primárneho metabolizmu spoločného pre všetky organizmy vyznačuje taxonomickou originalitou. Sekundárny metabolizmus rastlín je znakom diferencovaných rastlinných buniek a tkanív, je vlastný iba špecializovaným orgánom a je obmedzený na určité fázy životného cyklu. Medzi hlavné triedy sekundárnych metabolitov patria alkaloidy, izoprenoidy a fenolové zlúčeniny. Rastliny tiež syntetizujú kyanogénne glykozidy, polyketidy a vitamíny. Z 30 známych vitamínov sa asi 20 dostáva do ľudského tela rastlinnou potravou. Niektoré z uvedených tried zlúčenín, ako aj rastliny, z ktorých sú izolované, sú uvedené v tabuľke

Sekundárne metabolity Zdrojová rastlina

Alkaloidy Uspávajúci mak. Belladonna Belladonna. Brčál. Rauwolfia. Colchicum. Mochna. Tabak.

Izoprenoidy:

Taxoly Tisový strom

srdcové glykozidy alebo cardenolidy Digitalis. Liana strophanthus. Májová konvalinka.

triterpénové glykozidy alebo saponíny ženšen. Sladké drievko. Aralia.

steroidné glykozidy Liana dioscorea.

Fenolové zlúčeniny:

flavonoidy sladké drievko. Materina dúška. Slamienka.

Alkaloidy. K dnešnému dňu je známych asi 10 000 alkaloidov a majú vysokú farmakologickú aktivitu. Obsah alkaloidov v rastlinných materiáloch zvyčajne nepresahuje niekoľko percent, ale v kôre mochyne ich množstvo dosahuje 15-20%. Alkaloidy sa môžu koncentrovať v rôznych orgánoch a tkanivách. Často sa však hromadia v iných tkanivách ako v tých, kde sú syntetizované. Napríklad nikotín sa syntetizuje v koreňoch tabaku a ukladá sa v listoch. Medzi najznámejšie alkaloidy patrí morfín, kodeín a papaverín, ktoré boli izolované zo strukov maku (Papaver somniferum). Alkaloidy belladonna belladonna (Atropa belladonna), ktorá sa inak nazýva „spavá stupor“, sú súčasťou mnohých liekov, ako je besalol, bellalgin, bellataminal, solutan. V modernej onkológii sú široko používané alkaloidy z vinca (Catharanthus roseus) - vinblastín a vinkristín, ako psychofarmaká a na zníženie krvného tlaku rezerpín a ajmalín z koreňov rauvolfia (Rauvolfia serpentina).

izoprenoidy. Z hľadiska počtu izolovaných zlúčenín sú izoprenoidy lepšie ako všetky ostatné triedy sekundárnych metabolitov (je ich viac ako 23 tisíc), ale z hľadiska farmakologickej aktivity sú horšie ako alkaloidy. Táto skupina kombinuje zlúčeniny s rôznymi štruktúrami. Niektoré z nich sa nedajú nahradiť syntetickými drogami, napríklad taxoly izolované z kôry tisu. Sú to mimoriadne aktívne cytostatiká, pôsobiace na rakovinové bunky vo veľmi malých dávkach. Na onkológii do nich momentálne vkladajú veľké nádeje.

Najdôležitejšou skupinou izoprenoidov sú srdcové glykozidy, čiže karenolidy. Napríklad z dvoch druhov náprstníka (Digitalis purpurea) a náprstníka (D. lanata) sa izolovalo asi 50 kardenolidov vrátane digitoxínu. Prírodný glykozid k-strofantozid sa stal široko používaným v lekárskej praxi a je nevyhnutným prostriedkom na poskytnutie prvej pomoci: pôsobí na srdce za 1-3 minúty. po intravenóznom podaní. Táto droga sa izoluje zo semien viniča Strophanthus kombe, ktorý rastie v tropických lesoch Afriky, kde miestne obyvateľstvo využívalo šťavu z tejto rastliny ako jed na šípky. Srdcové glykozidy z konvalinky (Cinvallaria majalis) sú aktívnejšie ako iné srdcové glykozidy (napríklad digitoxín).

Ďalšie medicínsky dôležité skupiny izoprenoidov sú triterpénové glykozidy alebo saponíny. Väčšina zástupcov tejto skupiny má vysokú biologickú aktivitu, ktorá určuje ich terapeutický účinok a použitie takých známych biostimulantov, ako je ženšen, aralia a sladké drievko.

Steroidné glykozidy sa líšia biologickou aktivitou od triterpénových glykozidov. Pre modernú medicínu je to východiskový materiál pre syntézu mnohých hormónov a antikoncepčných prostriedkov. Od 40. rokov minulého storočia sa na získavanie steroidných surovín využíva najmä glykozid diosgenín z podzemkov rôznych druhov viniča z rodu Dioscorea. V súčasnosti sa z neho získava viac ako 50 % všetkých steroidných liekov. Výskum v posledných rokoch odhalil ďalšie vlastnosti dôležité pre medicínu v zlúčeninách tejto skupiny.

Fenolové zlúčeniny. Najpočetnejšou a najrozšírenejšou skupinou fenolových zlúčenín v rastlinách sú flavonoidy. Hromadia sa v koreňoch sladkého drievka (Glycyrrhiza glabra), materinej dúšky (Leonurus cordiaca) a kvetov slamienky (Helichryzum arenarium). Flavonoidy majú široké spektrum farmakologických účinkov. Pôsobia cholereticky, baktericídne, spazmolyticky, kardiotonicky, znižujú krehkosť a priepustnosť ciev (napríklad rutín), sú schopné viazať a odstraňovať rádionuklidy z tela a je u nich preukázaný aj protirakovinový účinok.

Úžasné biosyntetické schopnosti rastlín ešte nie sú ani zďaleka odhalené. Z 250 tisíc druhov žijúcich na Zemi nebolo preskúmaných viac ako 15 % a bunkové kultúry boli získané len pre niektoré liečivé rastliny. Bunkové kultúry ženšenu a dioscorea sú teda základom biotechnologického procesu výroby triterpénu a steroidných glykozidov. Do zavádzania týchto nových technológií sa vkladajú veľké nádeje, keďže mnohé vzácne alebo v našich klimatických podmienkach nerastúce rastliny sa dajú využiť vo forme kalusových alebo suspenzných kultúr. Bohužiaľ, technogénna povaha civilizácie na našej planéte spôsobuje nenapraviteľné škody na divokej flóre. Nielenže sa mení biosféra Zeme – ľudský biotop, ale ničia sa aj obrovské neprebádané zásobárne zdravia a dlhovekosti.