И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 152
Текст из файла (страница 152)
Эмпирическая (тривиальиая) классификация. Самый «древний» принцип классификации, основанный на определенных свойствах вторичных метаболитов. Например, алкалоиды — соединения, имеющие щелочные свойства; сапонины — вещества, образующие при встряхивании пену (от Баропапа— мыльнянка); горечи — соединения с горьким вкусом„эфирные масла — ароматные летучие нгоричные метаболиты. Подобный принцип классификации имеет много недостатков, однако его элементы встречаются до сих пор в силу традиции и длительного употребления. Вторичные метаболиты получали (и получают) свои названия, как правило, также эмпирически. Чаще всего назнания происходят от растения, из которого впервые было выделено соединение.
Например, алкалоиды папанерин (Рараоег — мак), берберии (ВегЬет — барбарис)„кокаин (Бгугйгоху!ит соса— кокаиновый куст). Довольно часто названия связаны с мифологией, историей, личностями и т.д. Например, алкалоид морфин получил свое название в честь бога сна Морфея, алкалоид тебаин — от египетского города Тебаис, рядом с которым в древности был центр по производству наркотиков, каучук в переводе с индейского — «слезы дерева». Подобный способ классификации и формирования названий соединений часто приводит к недоразумениям. Например, биологически активные тритерпеновые гликозиды женьшеня практически одновременно начали изучать в Японии и в России.
Японские исследонатели предложили их называть гинзенозилами — по видовому названию женьшеня (Ранах рлхепя), тогда как русские исследователи — панаксозидами, т.е. по родовому названию. Позже, когда стало ясно, что одни и те же соединения называются по-разному, пришлось публиковать «таблицы соответствия» гинзенозидов и панаксозидов. Химическая класси4икация. Этот вариант классификации основан на признаках химической структуры вторичных метаболитов и на данный момент времени наиболее разработан и распространен.
Однако и эта классификация не лишена недостатков. Например, алкалоиды по такой классификации — соединения, имеющие атом азота в гетероцикле. По этому признаку гликоалкалоиды картофеля или томатон — типичные алкалоиды, однако по способу синтеза, структуре и ряду свойств эти соединения являются изопрсноидами. Биохимическая класси$икация. Эта классификация базируется на способах биосинтеза вторичных метаболитон.
Например„согласно этой классификации упомянутые выше гликоалкалоиды относятся к тритерпеновым псевдоалкалоидам, так как синтезируются, как и стероидные гликозиды, по изопреноидному пути. Это, по-видимому, наиболее объективный вариант классификации. Однако поскольку биохимия вторичного метаболизма еще недостаточно разработана, такая классификация находится в периоде становления. Функциональная класси4икация. Основана на функциях вторичных метаболитов в интактном растении.
Этот вариант принципиально отличается от пре- 591 дыдущих и должен существовать параллельно с ними. Согласно функциональной классификации в одну группу соединений могут попадать химически разные структуры. Например, фитоалексины (вторичные метаболиты, имеющие защитные функции и синтезируюшиеся в ответ на атаку патогена) представлены в разных видах фенольными соединениями, изопреноидами, полиацетиленами и др. Разработка функциональной классификации вторичных метаболитов только начинается, но она имеет принципиальное значение для физиологии растений. Наличие разных вариантов классификации вторичных метаболитов приводит к определенным сложностям. В частности, при использовании разных признаков, используемых при химической классификации, возможно «перекрытие» групп вторичных метаболитов. Например, в «фармакогнозии» в качестве действующих веществ многих лекарственных растений выделяют гликозицы (соединения, молекула которых состоит из агликона и углеводного фрагмента) в отдельную группу.
В то же время по структуре агликона эти гликозиды могут быть отнесены к фенольным соединениям, изопреноилам или другим группам вторичных метаболитов. Еше болыпе проблем возникает, когда соединение содержит ряд признаков, характерных для разных групп вторичных метаболитов (например„пренилированные фенольные соединения). В ряде случаев появляющиеся проблемы можно снять, корректируя химическую классификацию биохимической. 9.4. ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ВТОРИЧНЫХ вцЕТАБОЛИТОВ В настоящее время известно более десятка групп (классов) вторичных метаболитов. При этом некоторые группы насчитывают по несколько тысяч индивидуальных соединений, тогда как другие — лишь единипы.
Так же неравномерно распределены группы в расппельном мире. Например, изопреноиды и фенольные соединения присутствуют во всех видах растений, тогда как некоторые группы (например, тиофены или ацетогенины) характерны лишь для единичных видов. Хорошо известны три самые большие группы вторичных метаболитов— алкалоиды, изопреноиды (терленоиды) и фенольные соединения. Кажцая из этих групп состоит из несколько тысяч соединений и подразделяется на мнопзчисленные подгруппы. Известно также около десятка менее многочисленных групп вторичных метаболитов: растительные амины, небелковые аминокислоты, цианогенные гликозиды, глюкозинолаты, полиацетилены, беталаины, алкиламицы, тиофены и др. Количество соединений, входящих в эти группы, колеблется от единиц до нескольких сотен.
Вторичные метаболиты в растении практически никогда не присутствуют в «чистом виде», они„как правило, входят в состав сложных смесей. Такие смеси в зависимости от их состава и нахождения в растении часто носят собственные, исторически сложившиеся названия. Эфирные масла, как правило, представляют из себя смесь легко испаряю- шихся изопреноицов (моно- и сесквитерпенов). Смолы представлены главным образом дитерпенами. Камеди состоят преимущественно из полисахаридов, но в их состав часто входят алкалоиды, фенольные соединения.
592 Слизи — это смесь водорастворимых олиго- и полисахаридов, сахаров, а также небольших количеств фенольных соединений, алкалоидов или изопреноидов. 9.5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРОЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ При анализе структур вторичных метаболитов создается впечатление, что их огромное разнообразие происходит по определенной схеме. Как правило, имеется определенная «базовая» структура, на основе которой образуются многочисленные варианты. При этом можно отметить несколько способов возникновения таких вариантов.
° Модификации базовой структуры: обычно это либо присоединение, либо замена функциональных групп, изменение степени окисленности молекулы; в качестве функциональных групп часто используются гидроксильные, метильные либо метоксильные группы. ° Образование конъюгатов: присоединение к базовой структуре «унифицированных блоков«; чаще всего различных сахаров (моно- или олигосахариды), органических кислот или некоторых групп вторичных метаболитов. ° Конденсация: объединение нескольких одинаковых или различных базовых структур, например образование пренилированных фенольных соединений или димерных индольных алкалоидов. Для разных групп вторичных метаболитов характерны специфические изменения структуры.
Например, для алкалоидов характерно метоксилирование, но не гликозилирование; для изопреоидов, наоборот, типично гликозилирование, но не метоксилирование„у фенольных соединений наблюдаются оба типа этих модификаций. Определенные модификации молекул, по-видимому, имеют существенное функциональное значение. Многие из них (в частности, гликозилирование) значительно изменяют биологическую активность молекулы. Очень часто гликозилирование является универсальным способом перевода активной (функциональной) формы вторичного метаболита в неактивную (запасную). По этой причине, видимо, нецелесообразно выделять все гликозиды в отдельную группу вторичных метаболитов.
9.6. ФИТОХИМИЯ ВТОРИЧНОГО МЕТАБОЛИЗМА 9.6.1. АЛКАЛОИДЫ вЂ” АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ВТОРИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ Название этой группы веществ происходит от арабского а!са(( — щелочь и греческого еЫоз — подобный. В настоящее время известно около 10 000 индивидуальных алкалоидов. В случае алкалоидов достаточно удачно совпали эмпирическая и химическая классификация. Согласно химичеасой клаееи4икации, алкалоиды — это соединения, содержащие один или несколько атомов азота в молекуле, что и п)зидает им щелочные свойства. По химической структуре алкалоиды обычно 593 Н,СО сн,— 1чн — СО(сн,),— сн-сн — сн ! СНз НО Капеанпнн СН вЂ” СН-СН, ! ! ОН ХН н,со Н вЂ” К НзСО ! СНз Эфедрин ОСН, К = СОСН вЂ” К хнц И = СНз — Колхамнн Рнс.
9.2. Структуры некоторых протоалкалондов и Й йс;за ! Н Группа пнррелн пеппи ! Н Группа пнпернанна Группа Группа пнрнанна пнрропнзнднна Группа хннолнзнднна СС ! Н Группа нзехннолнна Группа Группа хнназолн на Группа нндапа Н у Г=1 Н вЂ” й! 1Ч Группа нмндазоха Группа акрнлнна Группа пурнна Группа треп»на Рнс. 9.3. Основные группы истинных алкалонлов 594 разделяют на лве подгруппы: протоалкалоиды, которые содержат азот не в гетероцикле, и истинные алкалоиды, содержащие азот в гетероцикле. В распределение апкалоидов на подгруппы внесла коррективы биохимическая классификация.
Гликоалкалоиды, а также ряд других алкалоидов (например, алкалоиды аконита) по типу синтеза и по структуре фактически являются изопреноидами. Поэтому было решено выделить их в особую группу — изопрвноидных лсевдоалкалоидов. Таким образом, по «модифицированной» химической клас- сификации сейчас принято разделять алкалоиды на три подгруппы: протоалналоиды (азот не в гетероцикле); истинные алкалоиды (азот в составе гетеро- цикла); нсевдоал«алоиды (синтез не из аминокислот). Каждая подгруппа разделяется в свою очередь на 3- 10 классов. По биохимичес«ой илассифи«ации алкалоиды подразделяются на подгруппы в соответствии с исходной для их синтеза аминокислотой: алкалоиды, синтезируюгциеся из Й-орнитина (простые пиррслидиновые алкалоиды, тропано- о сн, Н,С 1Ч 1 сн, Кофеин Кокаин сн, Н СНэО 1Ч вЂ” Сн, Н Н Кодеин Хинин Морфин НО -- с,н, Рута арндон С,нэ ОСОСН, нэ СН,О н,с н Внналастнн СН,О осн, Панааернн 595 1 н Никотин 1 сн соосн (~ -',.— еее-( ) Рис.
9.4. Структуры некоторых истинных алкалоидов он он Но О 0 О он О но ~~« ОН Сол»вицин а-Соланин Рис. 9.5. Структура соланина — тритерпенового псевдоапкалоида 9.6.2. ИЗОПРЕНОИДЫ (ТЕРПЕНОИДЫ) Изопреноиды — обширная группа соединений, имеющих общую формулу (С«Н«)„. С5Н« — это единица изопрена, таким образом изопре1юиды являются соединениями, «составленными» из нескольких изопреновых единиц. Их био- вые апкапоиды, пирролизидиновые апкалоиды); Х-лизина (пиперидиновые алкалоиды, хинолизидиновые алкалоиды); Йтриптофана (спожные индольные алкалоиды, р-карболиновые алкалоиды); й-фенилаланина (сложные изохинолиновые алкалоиды); антраниловой кислоты (протоалкалоиды, хинолиновые алкалоиды, хиназолиновые алкалоиды); Т;тирозина (сложные изохинолиновые алкалоиды); гистидина (пуриновые алкалоиды) и алкапоиды, синтезирующиеся но изонреноидному пути (изопренондные или псевдоалкалоиды).
Наиболее широко апкалоиды распространены среди покрытосеменных растений. Особенно богаты ими семейства маковых, пасленовых, бобовых, кутровых, мареновых, лютиковых. Во мхах, папоротниках, голосеменных алкалоиды встречаются относительно редко. Разные органы и ткани растения могут содержать разные апкалоиды. Обычно их концентрация невелика и составляет десятые и сотые поли процента. При содержании алкалоидов около 1 — 3 % растение считается богатым алкалоидами (алкалоидоносным). Только немногие растения, например культивируемые формы хинного дерева, могуг накапливать до 15 — 20% алкапоидов. Протоалкалоиды встречаются довольно часто в растениях разных семейств, но, как правило, не накапливаются в значительных количествах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
