П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер - Ботаника. Учебник для вузов. Том 2. Физиология растений (1134216), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Защитноедействие алкалоидов эффективно не только против позвоночных, но и против беспозвоночных животных: никотин табака(Nicotiana tabacum) является сильнодействующим инсектицидом.Беталаины, причисляемые к алкалоидам, — это водорастворимые пигменты, ккоторым относятся желтые бетаксантиныи бетацианины (от красных до фиолетовых).Они обнаружены в качестве пигментовцветка у гвоздичных (например, кактусовых, амарантовых, бывшего семействаChenopodiaceae — см. 11.2). Беталаины ни-2 1 2| ГЛАВА 6 Ф И З И О Л О Г И Я ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ1 Ацетил-КоА+3 малонил-КоАОрнитинГлицерин,аспаратОрнитин^СН 3NIСН 3Никотин,алкалоид табака.* IЧ Конин,NH,псевдоалкалоидМалонил-КоАОСкополамин,тропановыйалкалоид,-'2ТирозинНО-СН3СОНОДиметилаллилпирофосфат/СН3ТриптофанСНяНО" ^ ' "Кодеин,морфиновый алкалоидНОМорфин,морфиновый алкалоид/ СНзО-^_' -'-'*'\_ /)риптофан"Хинин,хинолиновыйалкалоидЛизергиновая кислота,индольный алкалоидС-ОСНзIIом•СООНvOI-т снь р I 2сн3н 3 с х Noсн3ос:чJТирозинНООСI СООННБетанидин,беталаинR = СН 3 , винбластин,R = СНО, винкристин,димерные индольныеалкалоидыР и с .
6 . 1 2 4 . П р и м е р ы структур т и п и ч н ы х представителей алкалоидовS - АденозилметионинСООННОNH 2L-тирозинН П ^ Ч ХДопаминS - АденозилметионинNH 2S - АденозилметионинН3СО.Н3СОн о Л ^INH2OCH3Мескалин(3, 4, 5 - триметоксифенилэтиламин)Н О - ^ ГOCH;Р и с . 6 . 1 2 5 . Б и о с и н т е з м е с к а л и н а из L-тирозинаNH2NIН3СО>но^Уu r .
^ 4 ^он№NH26.16. Вторичный метаболизм | 2 1 3когда не встречаются вместе с антоцианами.Пигмент столовой свеклы (Beta vulgaris) —бетанидин (см. рис. 6.124), беталаин группыбетацианинов. Беталаином является и пигмент шляпки красного мухомора (Amanitamuscaria). Биосинтетический путь беталаинов, очевидно, зарождался в эволюционном процессе как минимум два раза.Воздействие алкалоидов на центральную нервную систему приводит к наркотической зависимости от этих опьяняющих веществ.
Сюдаотносятся морфий мака снотворного (Papaversomniferum), мескалин кактуса пейота, кокаинкоки (Erythroxylum coca) и алкалоиды лизергиновой кислоты спорыньи (Claviceps purpurea),которые были известны еще в античные времена и играли определенную роль в культе богини Деметры. Содержащийся в некоторых пасленовых тропановый алкалоид скополамин былосновным действующим веществом мазей средневековых ведьм и в больших дозах вызывалвидения с ощущением полета.Однако многие алкалоиды — это скорее благословение, чем проклятье: они незаменимы вкачестве лекарственных средств. Таковы димерные индоловые алкалоиды винбластин и винкристин мадагаскарского катарантуса (Catharanthusroseus), которые используются при лечении лейкемии, хинин хинного дерева (Cinchona), используемый для профилактики малярии, или похожее на морфин вещество кодеин мака снотворного — эффективное отхаркивающее средство.Мы не можем представить здесь полностью очень сложный биосинтез всех типовалкалоидов, поэтому в качестве примерапростого синтеза на рис.
6.125 показано образование протоалкалоида мескалина.6.16.4. Глюкозинолатыи цианогенные гликозидыБлагодаря тому что цианогенные гликозиды и глюкозинолаты широко распространены, они являются важными вторичными метаболитами, защищающими растения от поедания животными (кроме того,они исключают присутствие друг друга).Известно около 60 различных цианогенных гликозидов и 150 различных глюкозинолатов. Описано более 2 500 цианогенныхвидов растений, принадлежащих к разнымсемействам. Глюкозинолаты встречаются восновном в семействах порядка Capparales(например, Brassicaceae, Capparidaceae,Tropaeolaceae).
Резуховидка Таля (Arabidopsisthaliana из сем. Brassicaceae) содержит более 25 различных глюкозинолатов.Глюкозинолаты и цианогенные гликозиды образуются из аминокислот и на первых этапах синтезируются одинаково (синтез промежуточного вещества альдоксима,рис. 6.126). В дальнейшем сходство междуними наблюдается в процессе запасанияконечных продуктов реакции в форме гликозидов в вакуолях, где они накапливаются в высоких концентрациях в качествепредшественников веществ, предохраняющих растение от патогенов и поеданияживотными. После разрушения ткани гликозиды расщепляются ферментами, которые в интактной клетке отделены мембранами от своего субстрата (рис.
6.127).Из цианогенных гликозидов наряду ссахаром (часто глюкозой или гентиобиозой) образуется циангидрин, который расщепляется гидроксинитриллиазами на альдегид и синильную кислоту (HCN). Синильная кислота представляет собой сильный ингибитор цитохромоксидазы, нарушающий митохондриальное дыхание (см.6.10.3.3). Растения обезвреживают синильную кислоту, которая, кроме того, постоянно образуется в небольших количествахво время биосинтеза этилена при участииР-цианоаланинсинтазы и в процессе преобразования р-цианоаланина в аспарагини аспарагиновую кислоту (рис. 6.128).Ферментативное расщепление глюкозинолатов мирозиназой наряду с глюкозой дает нестабильный агликон, которыйраспадается на различные продукты, в основном изотиоцианаты (горчичные масла)и нитрилы, их образование также контролируется ферментами (см.
рис. 6.127). Горчичные масла обладают резким запахом иострым вкусом (хрен деревенский!) и раздражают слизистые оболочки. Горчичныемасла разрушают мембраны, оказывая,таким образом, токсическое действие набактерии и грибы. Судьба тиоцианатов врастении неизвестна.
Синтезированныенитрилы разлагаются нитрилазами на аммиак и соответствующие карбоновые кислоты. Предполагается, что индолацетонитрил, полученный из глюкобрассицина, по2 1 4| ГЛАВА 6. Ф И З И О Л О Г И Я ОБМЕНА ВЕЩЕСТВно. .онNH 31\сн-с-соо —14L-аминокислотан—R,\N1сн-с-соо<N-дигидроксинаминокислотачRi\CH-C=N<НитрилН20* CQ>, НгОN-OH//сн-с<Ri\IIR2а-ГидроксинитрилN-OH//СН-С2S-HТиогидроксиминоваякислотаRУДФГУДФГ-Ч*удфУДФ<О— ГлюкозаIR^-C-CsNIR2ЦианогенныйгликозидRi\//сн-сR2N-OHS—Глюкоза-ФАФRiN-o-so;3сн-с//S—ГлюкозаО—ГлюкозаIСНз-C-CsNГлюкозинолатСНзЛИнамиринизЬвалинаПримерN-//о—SOJCBj-CО*О—ГлюкозаS—ГлюкозаCH-CSNПруназиниз Ыренилаланинаменьшей мере, на определенных этапахразвития растения (прорастание) является предшественником гормона роста индолил-3-уксусной кислоты (см.
7.6.1.2).Как глюкозинолаты, так и цианогенные гликозиды постоянно синтезируютсяи расщепляются, т. е. их можно рассматривать исключительно в качестве резервныхформ защитных веществ. Вполне возможно, что они, как минимум в некоторых определенных ситуациях, представляют собой также своеобразный запас азота и серы(глюкозинолаты), особенно в корнях и семенах, где обнаружены высокие концентрации этих веществ. При прорастании семян, например, содержание глкжозинолатов в них резко снижается.ДесульфоглюкозинолатФАФСПримерыХотя п р о ц е с с ы б и о с и н т е з а п р о т е к а ю т на п е р вых этапах о д и н а к о в о д о о б р а з о в а н и я а л ь д о к с и м а и о б а класса веществ ведут свое началоот аминокислот, ц и а н о г е н н ы е г л и к о з и д ы и г л ю к о з и н о л а т ы н и разу не были о б н а р у ж е н ы в м е с те.
Представленные з д е с ь ц и а н о г е н ы е г л и к о з и д ы с о д е р ж а т в качестве с а х а р н о г о к о м п о н е н т аглюкозу. К р о м е г л ю к о з ы встречаются и д р у г и есахара, например гентиобиоза в амигдалине(агликон, т а к о й , к а к пруназин)\АльдоксимЦистеиноваясераонР и с . 6 . 1 2 6 . Биосинтез цианогенных гликозид о в и г л ю к о з и н о л а т о в , их п р и м е р ы .6.16.5.
ХимическаякоэволюцияДостоверным фактом считается то, чтовторичные метаболиты растений, помимовсего прочего, представляют собой важныйкомпонент защиты растений против растительноядных животных и патогенов (см.9.3, 9.4) и что именно большое количество отдельных защитных мер, к которымтакже причисляют широкий спектр вторичных метаболитов (в растении могут находиться сотни различных веществ), создаетширокую эффективную, но неспецифическую защиту1. Правда, в результате хими1Глкжобрассичшиз L-триптофанаДля обозначения неспецифической защиты к широкому кругу патогенов в русской литературе используют термин «горизонтальнаяустойчивость». — Примеч.
ред.6.16. Вторичный метаболизм |2 1 5ПросоОI-ГлюкозаHO-/3~CH-C=NЭпидермисДурринр-Глюкозидаза (•)v*. ГлюкозаОНHO-/3-CH-C=NГидроксинитриппиаза (*.) IХЛОРОПЛАСТМезофиллнПара-гидроксибензальдегидХрен деревенский_//N-0-SOiН 2 С —СН2—СН2—СS-ГлюкозаСинигринНH?200-^lМирозиназа (•)(в)|ч»- s o i " , ГлюкозаJ^SOfH2C=CH-CH2-N=C=SАллил изотиоцианатВ присутствии связанногос мирозинаной ESP-белкав процессе разложенияглюкозинолата возникаютнитрилы:R-CSNМИТОХОНДРИЯР и с .
6 . 1 2 7 . З а п а с а н и е и р а с щ е п л е н и е цианогенных г л и к о з и д о в и г л ю к о з и н о л а т о в (по P.Matile).Ц и а н о г е н н ы е г л и к о з и д ы (А) и глюкозинолаты (В) представляют с о б о й п р е д ш е с т в е н н и к о в т о к с и н о в ,и з которых о с н о в н о й т о к с и н (синильная кислота ( и з о т и о ц и а н а т ) , нитрил) о б р а з у е т с я только п о с л ер а з р у ш е н и я клеточной с т р у к т у р ы , н а п р и м е р в результате поедания ж и в о т н ы м . В интактных клеткахсубстраты и ф е р м е н т ы р а з д е л е н ы благодаря к о м п а р т м е н т а ц и и .
В случае д у р р и н а п р о с а {Sorghumbicolor) ц и а н о г е н н ы й г л и к о з и д накапливается в вакуолях клеток э п и д е р м и с а , (5-глкжозидаза с о х р а няется в хлоропластах, а г и д р о к с и л л и а з а — в ц и т о п л а з м е п о д л е ж а щ е г о м е з о ф и л л а . Глюкозинолатс и н и г р и н хрена д е р е в е н с к о г о {Armoracia rusticana) находится в вакуолях, м и р о з и н а з а — в цитоплазметех ж е клетокческой коэволюции специализированныевиды растительноядных животных и патогенов адаптировались к определенным видам растений и начали успешно обходитьих защитные химические приспособления.Иногда они даже используют защитныевещества растений в своих целях. Так, многие глюкозинолаты являются эффективными веществами, отбивающими аппетит убольшинства животных, питающихся гу-2 1 6| ГЛАВА 6.
Ф И З И О Л О Г И Я ОБМЕНА ВЕЩЕСТВСОСГNH„ ++2Н 2 0H3N -C-H'ЦианоапаниннитрилазаСНчi 2СОО"IHoN — СI-НЦианоапанин H,N + синтезасн 2ICNT SHTSHL - Цистеинр - Цианоапанинн2оL - АспарагинРис. 6 . 1 2 8 . Обезвреживание цианида ( C N )высшими растениямисеницами капустницы (Pieris brassicae),которые содержат глюкозинолаты (например, синегрин). Ранее уже говорилось отом, что гусеницы бабочки монарха накапливают поступающие с пищей сердечныегликозиды (кормовое растение рода Asclepias) (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
