Δευτερογενείς μεταβολίτες

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση

Οι δευτερογενείς μεταβολίτες είναι χημικές ενώσεις με μικρό μοριακό βάρος που παράγονται από οργανισμούς (φυτά, φαιοφύκη, μύκητες, βακτήρια) και δεν φαίνεται να εμπλέκονται άμεσα στην ανάπτυξη ή στην αναπαραγωγή ενός οργανισμού.Σε αντίθεση με τους πρωτογενείς μεταβολίτες, η απουσία των δευτερογενών δεν προκαλεί άμεσο θάνατο, αλλά σε μακροπρόθεσμη βλάβη της επιβίωσης, της γονιμότητας, ή του φαινότυπου του οργανισμού ή ενδεχομένως σε κάποια σημαντική αλλαγή σε όλα. Δεν έχουν γενικά αναγνωρισμένους ρόλους σε βασικές μεταβολικές διεργασίες όπως π.χ. για τα φυτά η φωτοσύνθεση, η αναπνοή, η μεταφορά διαλυμένων ουσιών και η αφομοίωση θρεπτικών ουσιών. Για τον λόγο αυτό οι ενώσεις αυτές ονομάστηκαν δευτερογενείς μεταβολίτες ή προϊόντα του δευτερογενούς μεταβολισμού.[1] Οι φυτικοί οργανισμοί παράγουν έναν μεγάλο αριθμό οργανικών μορίων με τον αριθμό τους να ξεπερνά τις 100.000[2]

Κυριότερα χαρακτηριστικά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Ο συνολικός αριθμός τους δεν ξεπερνάει κατά πολύ εκείνο των πρωτογενών μεταβολιτών
  • Οι μεταβολίτες αυτοί προέρχονται από ενδιάμεσες ενώσεις του πρωτογενούς μεταβολισμού
  • Η σύνθεση και συσσώρευσή τους αποτελεί μια συντονισμένη και ολοκληρωμένη δραστηριότητα των φυτικών κυττάρων που συνδέεται στενά με την ικανότητα διαφοροποίησης δηλαδή με το μηχανισμό δημιουργίας εξειδικευμένων κυττάρων και επομένως ακολουθεί συγκεκριμένη πορεία στον τόπο και στον χρόνο.
  • Πολυάριθμα μονοπάτια του δευτερογενούς μεταβολισμού λειτουργούν αποκλειστικά σε ορισμένες οικογένειες φυτών[3]

Οι τρεις κύριες ομάδες των δευτερογενών μεταβολιτών όπως κατατάσσονται με βάση τα βιομόρια από τα οποία προέρχονται[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Φαινολικές ενώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι ενώσεις αυτές περιλαμβάνουν μεταβολίτες που χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη ενός τουλάχιστον αρωματικού δακτυλίου (C6) µε ένα ή περισσότερα υδροξύλια (εικ. 1) και συντίθενται κυρίως μέσω των βιοσυνθετικών οδών του σικιμικού ή/και του μαλονικού οξέος.[4] Οι φαινολικές ενώσεις προέρχονται από τη φαινυλαλανίνη.[3]

Τερπένια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παράγονται μέσω της βιοσυνθετικής οδού του μεβαλονικού και πρόδρομο μόριο το ακέτυλο συνένζυμο Α ή μέσω της βιοσυνθετικής οδού του πυροσταφυλικού- φωσφογλυκεριναλδεΰδης. Οι ενώσεις αυτές προέρχονται από την βασική μονάδα του ισοπρενίου - ισοπεντανίου (C5). Η ομάδα αυτή αποτελείται από πάρα πολλά µέλη, µε εξαιρετική ποικιλότητα δομής.[4] Η ονομασία τερπένιο προέρχεται από τη γερμανική λέξη terpentin (νέφτι), διότι από το προϊόν αυτό απομονώθηκαν τα πρώτα μέλη της ομάδας.[3] Έχουν προσδιορισθεί πάνω από 23.000 διαφορετικά τερπένια, µε διαφορετική δομή [4]

Αζωτούχες ενώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Περιλαµβάνει ενώσεις που προέρχονται κυρίως από αμινοξέα. Πρόκειται για µια ετερογενή οµάδα δευτερογενών μεταβολιτών, η οποία αποτελείται από τα αλκαλοειδή, τις μπεταλαΐνες, διάφορα µη πρωτεϊνικά αμινοξέα, αµίνες όπως η ισταµίνη, κυανογενή γλυκοσίδια, θειογλυκοζίτες και αμυντικές πρωτεΐνες.[3][4]

Βιολογικός ρόλος δευτερογενών μεταβολιτών[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι δευτερογενείς μεταβολίτες διαφοροποιούνται ανάλογα με το είδος του φυτού και παράγονται σε συγκεκριμένα στάδια της ανάπτυξής τους σε συγκεκριμένους ιστούς. Θεωρείται, ότι οι δευτερογενείς μεταβολίτες έχουν εξελιχθεί κατά την προσαρμογή των φυτών, ως μηχανισμοί άμυνας, ακόμα και επικοινωνίας. Για την αποφυγή των αντίξοων βιοτικών επιδράσεων και των εχθρών τους, τα φυτά εκτός από την κατάλληλη δομή έχουν αναπτύξει ένα «βιοχημικό οπλοστάσιο», καθώς δεν έχουν την ικανότητα κίνησης.[3][4]

Οι βιολογικές δράσεις τους είναι οι ακόλουθες:

Αλληλοπαθητικές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ενώσεις που εκλύονται είτε από τις ρίζες, είτε από το φύλλωμα των φυτών και μπορούν να επηρεάσουν λειτουργίες γειτονικών φυτών, την ανάπτυξη ή την αναπαραγωγή, ονομάζονται αλληλοπαθητικές ουσίες. Οι πιο διαδεδομένες είναι οι φαινολικές και ακολουθούν τα τερπένια, αλκαλοειδή, κυανογενή γλυκοσίδια κ.α[5]

Προσελκυστικές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με την έκλυση πτητικών τερπενίων και ανθοκυανίνων προσελκύονται επικονιαστές καθώς και φυσικοί εχθροί των οργανισμών που επιτίθενται στα φυτά.[6][7]

Αντιοξειδωτικές και προστατευτικές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι κύριοι δευτερογενείς μεταβολίτες που έχουν προστατευτική δράση από την υπεριώδη ακτινοβολία απορροφώντας την, είναι τα φλαβανοειδή καθώς και ενώσεις της επιδερμίδας των φύλλων.[4] Ακόμα μια προστατευτική δράση των δευτερογενών μεταβολιτών είναι έναντι των θερμοκρασιακών καταπονήσεων με την αύξηση των τερπενίων κάνοντας το φυτό πιο ανθεκτικό σε αυτές.[4] Φαινολικές ενώσεις και φαινυλοπροπανοειδή γλυκοσίδια σε κάποια είδη έδειξαν έντονη αντιοξειδωτική δράση.[8]

Αντιμικροβιακές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Για την καταπολέμηση των βακτηρίων, μυκήτων και ιών εκλύονται ενώσεις όπως αλκαλοειδή, τερπένια, ταννίνες και φλαβονοειδή.[9]

Εντομοαπωθητικές και εντομοκτόνες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ενώσεις όπως τερπένια, αλκαλοειδή και απλές φαινολικές έχουν εντομοκτόνο και εντομοαπωθητική δράση ενώ φαινολικά γλυκοσίδια και τερπένια μπορούν να απωθήσουν ακόμα και θηλαστικά που είναι θηρευτές της φυτομάζας.[4]

Σήματα επικοινωνίας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι δευτερογενής μεταβολίτες μπορούν να δρουν ως σήματα επικοινωνίας με γειτονικά φυτά του ίδιου ή διαφορετικού είδους προειδοποιώντας τα φυτά «δέκτες» για κάποια επικείμενο κίνδυνο. Έτσι, τα φυτά «δέκτες» ενεργοποιούν τους αμυντικούς μηχανισμούς τους εγκαίρως ώστε να αντιμετωπίσουν τους εχθρούς τους αποτελεσματικά.[10][11][12]

Αντιμικροβιακή δράση των δευτερογενών μεταβολιτών[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ανάγκη αντιμετώπισης των παθογόνων μικροοργανισμών οδήγησε πολλούς ερευνητές στη μελέτη των αντιµυκητιακών, αντιβακτηριακών και αντιικών δράσεων των δευτερογενών μεταβολιτών. Ενώσεις και από τις τρεις οµάδες των δευτερογενών μεταβολιτών έδειξαν τέτοιες δράσεις.[4]

Παραδείγματα:

Αντιβακτηριακή δράση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σύμφωνα µε τα αποτελέσματα μίας έρευνας, σε αιθέρια έλαια από φυτά Origanum, Thymus, και Satureja βρέθηκε η ύπαρξη αντιβακτηριακών δράσεων, έναντι βακτηρίων που αναπτύσσονται σε τρόφιμα. Τα κύρια συστατικά αυτών των αιθέριων ελαίων ήταν μονοτερπενικοί υδρογονάνθρακες και φαινολικά μονοτερπένια. Συγκριτικά μεγαλύτερη ήταν η δράση των εκχυλισμάτων, τα οποία προέκυψαν από τα φυτά ειδών του γένους Satureja. Όπως και σε άλλα πειράματα µε αιθέρια έλαια, τα Gram- θετικά ήταν πιο ευαίσθητα από τα Gram-αρνητικά βακτήρια.[4]

Αντιμικροβιακή δράση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η έρευνα για την αντιμικροβιακή δράση των εκχυλισμάτων του φυτού Thymus fallax έδειξαν ότι τα εκχυλίσματα αυτού του φυτού είναι πλούσια σε μονοτερπένια, φαινόλες και ειδικά σε θυμόλη, καρβακρόλη, c-τερπενίνη και p-κιμίνη. Τα αποτελέσματα μίας μελέτης,[13] έδειξαν ότι το μεθανολικό εκχύλισμα του Thymus, είχε αντιβακτηριακή δράση σε 27 από τα 52 είδη βακτηρίων που δοκιμάστηκαν, μεταξύ των οποίων και το Pseudomonas syringae.[4]

Μυκητοκτόνο δράση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εκχυλίσματα από το φυτό Centaurea raphanina ssp. mixta, βρέθηκαν να έχουν μυκητοκτόνο δράση. Τα κύρια συστατικά τους ήταν πολυφαινόλες και µόνο µία σεσκιτερπενική λακτόνη, η κνικίνη (cnicin). Οι in vitro δοκιμές έδειξαν ότι η μυκητοκτόνος δράση οφείλεται στην κνικίνη, η οποία φαίνεται να είναι περισσότερο δραστική και από το μυκητοκτόνο μικοναζόλη.[14]

Χρήση δευτερογενών μεταβολιτών[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι δευτερογενείς μεταβολίτες και η χρήση τους είναι στενά συνδεδεμένη με την επιβίωση του ανθρώπου και του πολιτισμού. Αρχικά µε κριτήριο το ένστικτο και αργότερα µε οδηγό την επιστήμη, οι εφαρμογές τους στην καθημερινή ζωή και στην φαρμακευτική είναι πολύ διαδεδομένες.[4] Υπάρχουν κάποια προϊόντα τα οποία βασίζονται στους δευτερογενείς μεταβολίτες των φυτών. Γνωστή είναι η χρήση, στην ιατρική, των αλκαλοειδών ατροπίνη, μορφίνη, κινίνη και διγιτοξίνη. Οι ουσίες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε ως ανεπεξέργαστες ουσίες είτε ως παράγωγα αυτών των ουσιών όπως η ασπιρίνη και κάποια τοπικά αναισθητικά.[4]

Παραδείγματα:

Φαρμακευτική χρήση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η κινίνη, που βρίσκεται σε φυτικά είδη του γένους Cinchona, θεωρείτο φάρμακο επιλογής κατά της ελονοσίας και το στερεοισοµερές της κινιδίνη χρησιμοποιείται ως φάρμακο κατά της αρρυθμίας[15]

Εντομοκτόνος δράση στην γεωργία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η αζαδιραχτίνη είναι ένα τριτερπενικό παράγωγο το οποίο παραλαμβάνεται από εκχύλισμα του φυτού Azadirachta indica και χρησιμοποιείται στην γεωργία ως εντομοκτόνο. Τα λιμονοειδή του Azadirachta indica χρησιμοποιούνταν επιπλέον στην παραδοσιακή ιατρική εξαιτίας των αντικαρκινικών καθώς και άλλων θεραπευτικών ιδιοτήτων τους. Έρευνες συνεχίζουν να γίνονται όσον αφορά κυρίως τις θεραπευτικές ιδιότητες των λιµονοειδών, µε σκοπό την διερεύνηση της χρήσης τους στη σύγχρονη ιατρική.[4]

Αντιβακτηριακή δράση στην γεωργία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το σκεύασμα Bactosan προστατεύει τα φυτά από βακτηριακές προσβολές. Περιέχει εκχυλίσματα του φυτού Pongamia pinata το οποία έχει δραστική ουσία την πογκαμίνη. Η πογκαμίνη παρουσιάζει ισχυρή αντιβακτηριακή δράση τόσο στα gram-θετικά όσο και στα gram-αρνητικά βακτήρια. Η πογκαμίνη συνιστάται για την αντιμετώπιση των συμπτωμάτων όπως η κηλίδωση των φύλλων, ο μαρασμός και τα καρκινώματα.[16]

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Ιωάννης Β. Τσέκου, 2003, Φυσιολογία Φυτών, τόμος I, Εκδοτικός οίκος Αδερφών Κυριακίδη α.ε., Θεσσαλονίκη
  2. Hadacek,F. (2002). "Secondary Metabolites as Plant Traits: Current Assessment and Future Perspectives". Critical Reviews in Plant Sciences 21 (4): 273-322. doi:10.1080/0735-260291044269.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Καραμπουρνιώτης, Γ.Α. 2003. Η άμυνα των φυτών έναντι βιοτικών παραγόντων καταπόνησης. Σε: Φυσιολογία καταπονήσεων των φυτών, οι λειτουργίες των φυτών κάτω από αντίξοες συνθήκες
  4. 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 4,12 4,13 Αγγελική Αϊναλίδου, 2008. ∆ευτερογενείς µεταβολίτες από φυτά της ελληνικής χλωρίδας µε επίδραση στην ανάπτυξη φυτοπαθογόνων βακτηρίων. Μεταπτυχιακή διατριβή. Εργαστήριο Γεωργικής Χημείας. Σχολή Γεωπονίας. Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης
  5. Machrafi, Y., Prevost, D. and Beauchamp, C.J. 2006. Toxicity of phenolic compounds extracted from bark residues of different ages. J. Chem. Ecol. 32: 2595-2615
  6. Wink, M. 1988. Plant breeding: importance of plant secondary metabolites for protection against pathogens and herbivores. Theor. Appl. Genet. 75: 225-233
  7. Heil, M. and Kost, C. 2006. Priming of indirect defences. Ecol. Lett. 9: 813-817
  8. Charami, M.-T., Lazari, D., Karioti, A., Skaltsa, H., Hadjipavlou-Litina, D. and Souleles, C. 2008. Antioxidant ant anti-inflammatory activities of Sideritis perfoliata subsp. perfoliata (Lamiaceae). Phytother. Res. 22: 450-454
  9. De Bruyne, T., Pieters, L., Deelstra, H. and Vlietinck, A. 1999. Condensed vegetable tannins: biodiversity in structure and biological activities. Biochem. System. Ecol. 27: 445-459
  10. Dicke, M., Agrawal, A.A. and Bruin, J. 2003. Plants talk, but are they deaf? Trends Plant Sci. 8: 403-405
  11. Baldwin, I.T., Halitschke, R., Paschold, A., Dahl, C.C. and Preston, C.A. 2006.Volatile signaling in plant-plant interactions: Talking trees in the genomics era. Science 311: 812-815
  12. Preston, C.A., Laue, G. and Baldwin, I.T. 2001. Methyl jasmonate is blowing in the wind, but can it act as a plant-plant airborne signal? Biochem. Syst. Ecol. 29: 1007-1023
  13. Ozturk, S. and Ercisli, S. 2005. Broad-spectrum antibacterial properties of Thymus fallax. Pharmac. Biol. 43 (7): 609-613
  14. Panagouleas, C., Skaltsa, H., Lazari, D., Skaltsounis, A.-L. and Sokovic, M. 2003.Antifungal activity of secondary metabolites of Centaurea raphanina ssp. mixta, growing wild in Greece. Pharmac. Biol. 41 (4): 266-270
  15. Verpoorte, R. 1998. Exploration of nature?s chemodiversity: the role of secondary metabolites as leads in drug development. Drug Devel. Tod. 3 (5): 232-238
  16. http://www.ottawaorchidsociety.com/orchid/neem_oil.htm