11. Вторинні метаболіти

Вторинні метаболіти рослин — це «речовини розкоші» чи буденна необхідність виживання?

 Рослини синтезують велику кількість різноманітних низькомолекулярних сполук, які володіють біологічною активністю. Ці сполуки називають вторинними метаболітами, оскільки їх присутність у рослинній клітині не є обов’язковою. На сьогодні відомо біля 100 000 речовин вторинного метаболізму. Цілий ряд цих сполук рослинного походження людство широко використовує як джерело біологічно активних речовин у різних галузях –  медицині, хімічній, харчовій промисловості, ін.

   У 50-х роках минулого століття встановлено, що під час культивування клітин рослин можуть накопичуватись різноманітні речовини, синтез яких характерний для цього виду рослини. Культури клітин деяких рослинних видів здатні синтезувати різноманітні вторинні метаболіти в концентраціях, близьких і навіть більш високих, ніж інтактні рослини. На сьогодні такі високопродуктивні, а також трансформовані культури, в які перенесено гени, що забезпечують синтез цільового продукту, широко використовують в промисловому виробництві біопродуктів.

 Метаболізм, або обмін речовин, клітин характеризується значною інтенсивністю, швидким транспортом поживних речовин у клітину.

         Речовини, що знаходяться у рослинах (їх клітинах) умовно поділяють на первинні та вторинні метаболіти.

            Первинними метаболітами є:

•        низькомолекулярні «будівельні» блоки для біополімерів — амінокислоти,          нуклеотидфосфати, цукри, органічні кислоти, вітаміни, кофактори;

•        проміжні продукти конструктивного метаболізму — органічні кислоти цик­лу          трикарбонових кислот, продукти пентозофосфатного шляху.

         Первинні метаболіти синтезуються у клітині в кількостях, достатніх для

синтезу всіх клітинних структур. Бажане для промислової біотехнології утворення надлишку продукту (надсинтез) пов'язане з дефектами метаболізму або

його регуляцією.

         Вторинними метаболітами є антибіотики, пігменти, фенольні сполуки, глікозиди, алкалоїди, каучук і гума, ефірні масла, гідроароматичні сполуки та інші.

            Багато із цих речовин не беруть активну участь у клітинному метаболізмі, а деякі з них (наприклад, фітогормони) є життєво необхідними для нормального функціонування і розвитку організму. Синтез вторинних метаболітів звичайно здійснюється після завершення клітинного росту, маса їх порівняно незначна і лише внаслідок специфічних умов культивування і мутаційних змін можливо викликати надсинтез вторинних метаболітів. Вторинні метаболіти синтезуються у вигляді комбінацій кількох різних хімічних сполук.

            Деякі з цих речовин, наприклад окремі органічні кислоти, що утворюються в рослинах, відразу використовуються клітинами для різних біосинтетичних процесів; вони не накопичуються в рослинах у великій кількості і є проміжними продуктами обміну речовин. Для виділення їх із рослин  інколи потрібно перервати або якимось чином змінити ланцюг закономірних перетворень речовин у клітині, тобто відвернути подальше використання цих речовин. Найчастіше це вдається зробити шляхом індукції та добору відповідних біохімічних мутацій. Рослини з такого типу мутаціями, як правило, не життєздатні, але мож­ливо отримати подібні мутації на клітинному рівні за допомогою методів клітинної селекції .

Продукція рослинами вторинних метаболітів з антимікробною дією є частиною їх нормального росту і розвитку або можливістю відповісти на атаку патогену або стресу. Саме ці компоненти в змозі захистити рослину від інфікування хворобами.

        Утворення антигрибних речовин, які входять до складу здорових рослин, є їх природним бар’єром до інфекції і можуть захистити рослини проти атак широкого спектру потенційних патогенів.

     До таких рослинних метаболітів відносяться і бензоксазинони, які є унікальними фітопротекторами, що також характеризуються гербіцидною дією. Їх знайдено у представників родин покритонасінних: Злакові, Акантових, Жовтецеві і Ранникові.  Дія цих речовин як захисних компонентів направлена проти різноманітних патогенів. Рівень їх активності характеризується алелопатичною, ауксингальмуючою, антизапальною, стимулюючою та антимікробною дією.

         Саме антимікробні властивості цих вторинних метаболітів викликають особливий інтерес, особливо для використання як природних антипатогенів при вирощуванні зернових культур в сільському господарстві.

       Багато речовин вторинного метаболізму — це найважливіші фізіологічно активні речовини, наприклад терпеноїди (сюди належать регулятори росту гібереліни) або убіхінони та пластохінони, які відіграють найважливішу роль у процесах дихання та фотосинтезу.

      Ми робимо висновок , що жодна  з таких специфічних речовин не властива всім рослинам або хоча б більшості видів. Часто даний вторинний метаболіт зустрічається тільки в якого-небудь одного сімейства, а іноді навіть в одного виду або різновиду. Існують тисячі вторинних метаболітів; число їх настільки велике, що поки ще далеко не всі вони нам відомі. Біологи протягом багатьох років  будували здогадку про роль цих речовин. Тепер, очевидно, можна сказати із упевненістю, що вторинні метаболіти утворюють захисну систему, яку   рослини  використовують  проти комах і патогенов, а іноді й проти інших рослин.

   Тому термін «речовини вторинного метаболізму» поступово замінюється на термін «речовини спеціалізованого обміну». Деякі з цих речовин значною мірою визначають харчові та смакові якості різних рослинних продуктів, багато з них широко застосовують в медицині, харчовій та косметичній промисловості, техніці.