Лекция 1 понятие о метаболизме. Первичный и вторичный синтез

(1 ч.)

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы широкое распространение получили различные пищевые добавки, в качестве которых все чаще применяются добавки из растений, содержащие ароматические и лекарственные вещества, т.е. биологически активные добавки. Их ценность определяется содержащимися в них биологически активными веществами (БАВ). Поэтому целью данного курса является изучение специфических БАВ, содержащихся в растениях. В задачи курса входит знакомство с основными группами БАВ и освоение приемов проведения анализа сложных органических соединений, проявляющих биологическую активность.

Химический состав растений чрезвычайно сложен, и содержащиеся в них вещества весьма разнообразны. Специфическая особенность растений состоит в том, что они способны синтезировать огромное количество самых разнообразных химических соединений различной природы, зачастую весьма сложных по строению, относящихся к различным классам органических соединений.

ПОНЯТИЕ О МЕТАБОЛИЗМЕ. ПЕРВИЧНЫЙ И ВТОРИЧНЫЙ СИНТЕЗ.

Под метаболизмом, или обменом веществ, понимают совокупность химических реакций в организме, обеспечивающих его веществами для построения тела и энергией для поддержания жизнедеятельности. Часть реакций оказывается сходной для всех живых организмов (образование и расщепление нуклеиновых кислот, белков и пептидов, а также большинства углеводов, некоторых карбоновых кислот и т.д.) и получила название первичного обмена (или первичного метаболизма).

Помимо реакций первичного обмена, существует значительное число метаболических путей, приводящих к образованию соединений, свойственных лишь определенным, иногда очень немногим, группам организмов.

Эти реакции, согласно И.Чапеку (1921) и К. Пэху (1940), объединяются термином вторичный метаболизм, или обмен, а их продукты называются продуктами вторичного метаболизма, или вторичными соединениями (иногда вторичными метаболитами).

Вторичные соединения образуются преимущественно у вегетативно малоподвижных групп живых организмов — растений и грибов, а также у многих прокариот.

У животных продукты вторичного обмена образуются редко, но часто поступают извне вместе с растительной пищей.

Вещества первичного синтеза образуются в процессе ассимиляции, т.е. превращения веществ, поступающих в организм извне, в вещества самого организма (протопласт клеток, запасные вещества и т.д.).

К веществам первичного синтеза относят аминокислоты, белки, липиды, углеводы, ферменты, витамины и органические кислоты.

Вещества вторичного синтеза образуются в растениях в результате - диссимиляции.

Диссимиляция - процесс распада веществ первичного синтеза до более простых веществ, сопровождающийся выделением энергии. Из этих простых веществ с затратой выделившейся энергии образуются вещества вторичного синтеза. Например, глюкоза (вещество первичного синтеза) распадается до уксусной кислоты, из которой синтезируется мевалоновая кислота и через ряд промежуточных продуктов - все терпены.

К веществам вторичного синтеза относятся терпены, гликозиды, фенольные соединения, алкалоиды и др. Все они участвуют в обмене веществ и выполняют определенные важные для растений функции.

Вещества вторичного синтеза применяются в медицинской практике значительно чаще и шире, чем вещества первичного синтеза.

Каждая группа веществ растений не является изолированной и неразрывно связана с другими группами биохимическими процессами.

Например:

- большая часть фенольных соединений является гликозидами;

- горечи из класса терпенов являются гликозидами;

- растительные стероиды по происхождению являются терпенами, в то же время сердечные гликозиды, стероидные сапонины и стероидные алкалоиды являются гликозидами;

- каротиноиды, производные тетратерпенов, являются витаминами;

моносахариды и олигосахариды входят в состав гликозидов.

Вещества первичного синтеза содержат все растения, вещества вторичного синтеза накапливают растения отдельных видов, родов, семейств.

Роль продуктов вторичного метаболизма и причины их появления в той или иной систематической группе различны. В самой общей форме им приписывается адаптивное значение, и в широком смысле защитные свойства.

В современной медицине продукты вторичного обмена применяются значительно шире и чаще, чем первичные метаболиты. Это связано нередко с очень ярким фармакологическим эффектом и множественным воздействием на различные системы и органы человека и животных. Синтезируются они на основе первичных соединений и могут накапливаться либо в свободном виде, либо в ходе реакций обмена подвергаются гликозилированию, т. е. связываются с каким-либо сахаром.

Алкалоиды — азотсодержащие органические соединения основного характера, преимущественно растительного происхождения. Строение молекул алкалоидов весьма разнообразно и нередко довольно сложно.

Азот, как правило, располагается в гетероциклах, но иногда находится в боковой цепи. Чаще всего алкалоиды классифицируют на основе строения этих гетероциклов, либо в соответствии с их биогенетическими предшественниками - аминокислотами.

Гликозиды — широко распространенные природные соединения, распадающиеся под влиянием различных агентов (кислота, щелочь или фермент) на углеводную часть и агликон (генин). Гликозидная связь между сахаром и агликоном может быть образована с участием атомов О, N или S (О-, N- или S-гликозиды), а также за счет С-С атомов (С-гликозиды).

Наибольшее распространение в растительном мире имеют O-гликозиды. Между собой гликозиды могут отличаться как структурой агликона, так и строением сахарной цепи. Углеводные компоненты представлены моносахаридами, дисахаридами и олигосахаридами, и, соответственно, гликозиды называются монозидами, биозидами и олигозидами.

Изопреноиды — обширный класс природных соединений, рассматриваемых как продукт биогенного превращения изопрена. К ним относятся различные терпены, их производные - терпеноиды и стероиды. Некоторые изопреноиды - структурные фрагменты антибиотиков, некоторые - витаминов, алкалоидов и гормонов животных.

Кумарины - природные соединения, в основе строения которых лежит 9,10-бензо-α-пирон. Их можно также рассматривать как производные кислоты орто-гидроксикоричной (о-кумаровой). Они классифицируются на окси- и метоксипроизводные, фуро- и пиранокумарины, 3,4-бензокумарины и куместаны (куместролы).

Лигнаны - природные фенольные вещества, производные димеров фенилпропановых единиц (С6-С3), соединенных между собой β-углеродными атомами боковых цепей.

Сапонины (сапонизиды) - гликозиды, обладающие гемолитической и поверхностной активностью (детергенты), а также токсичностью для холоднокровных.

Танниды (дубильные вещества) — высокомолекулярные соединения со средней молекулярной массой порядка 500-5000, иногда до 20 000, способные осаждать белки, алкалоиды и обладающие вяжущим вкусом.

Фенольные соединения представляют собой один из наиболее распространенных и многочисленных классов вторичных соединений с различной биологической активностью.

К ним относятся вещества ароматической природы, которые содержат одну или несколько гидроксильных групп, связанных с атомами углерода ароматического ядра. Эти соединения весьма неоднородны по химическому строению, в растениях встречаются в виде мономеров, димеров, олигомеров и полимеров.

Эфирные масла — летучие жидкие смеси органических веществ, вырабатываемых растениями, обусловливающие их запах. В состав эфирных масел входят углеводороды, спирты, сложные эфиры, кетоны, лактоны, ароматические компоненты. Преобладают терпеноидные соединения из подкласса монотерпеноидов, сесквитерпеноидов, изредка дитерпеноидов; кроме того, довольно обычны «ароматические терпеноиды» и фенилпропаноиды.

Растения, содержащие эфирные масла (эфироносы широко представлены в мировой флоре. Особенно богаты ими растения тропиков и сухих субтропиков.

Дата добавления: 2014-01-03