İkincil metabolit - Secondary metabolite

Diğer amino asitlerin aksine proteinlerde yapı taşı olarak kullanılmayan amino asit pipekolik asit için yapısal formül . Bazı bitkilerde pipekolik asit, mikroorganizmalara karşı bir savunma bileşiği görevi görür. Sınırlı varlığı nedeniyle, pipekolik asit ikincil bir metabolit olarak kabul edilir .
Amino asit prolin için yapısal formül , tüm canlılarda proteinlerde bir yapı taşıdır. Evrensel varlığı nedeniyle prolin, birincil metabolit olarak kabul edilir .

Sekonder metabolitler olarak da adlandırılan uzmanlaşmış metabolitler, toksinler , ikincil ürünler, ya da doğal ürünler , olan organik bileşikler ile üretilen bakteri , mantar ya da bitki ile doğrudan normal dahil olmayan büyüme , gelişme ya da yeniden- organizmanın. Bunun yerine, genellikle , organizmanın hayatta kalmasını veya doğurganlığını artırarak organizma için seçici bir avantaj üretebilen ekolojik etkileşimlere aracılık ederler . Spesifik ikincil metabolitler genellikle filogenetik bir grup içindeki dar bir tür kümesiyle sınırlıdır . İkincil metabolitler genellikle bitki savunmasında otçullara ve diğer türler arası savunmalara karşı önemli bir rol oynar . İnsanlar ikincil metabolitleri ilaçlar, tatlandırıcılar, pigmentler ve eğlence amaçlı ilaçlar olarak kullanırlar.

İkincil metabolit terimi ilk olarak 1910 yılında tıp ve fizyoloji alanında 1910 Nobel Ödülü sahibi Albrecht Kossel tarafından kullanılmıştır. 30 yıl sonra Polonyalı bir botanikçi Friedrich Czapek ikincil metabolitleri nitrojen metabolizmasının son ürünleri olarak tanımlamıştır .

İkincil metabolitler genellikle rekabet ve yırtıcılık gibi antagonistik etkileşimlerin yanı sıra tozlaşma ve kaynak karşılıklılığı gibi karşılıklı etkileşimlere aracılık eder . Genellikle, ikincil metabolitler belirli bir soy veya hatta türlerle sınırlıdır, ancak türler veya tüm yolların cinsleri arasında yatay transferin bakteri (ve muhtemelen mantar) evriminde önemli bir rol oynadığına dair önemli kanıtlar vardır. Araştırmalar ayrıca ikincil metabolizmanın farklı türleri farklı şekillerde etkileyebileceğini gösteriyor. Aynı ormanda, dört ayrı ağaç keseli yaprak türü, okaliptüslerdeki ikincil bir metabolite farklı tepki gösterdi. Bu, farklı ikincil metabolit türlerinin iki otobur ekolojik niş arasında bölünebileceğini göstermektedir . Ek olarak, bazı türler ikincil metabolitlere direnecek ve hatta bunları kendi çıkarları için kullanacak şekilde gelişir. Örneğin, kral kelebekleri toksik kardiyak glikozitlerin varlığına rağmen süt yosunu ( Asclepias ) yiyebilecek şekilde evrimleşmişlerdir . Kelebekler sadece toksinlere karşı dirençli olmakla kalmaz, aynı zamanda onları aktif olarak tecrit ederek fayda sağlayabilir, bu da yırtıcıların caydırılmasına yol açabilir.

Bitki ikincil metabolitleri

Bitkiler, çeşitli organik bileşik gruplarını üretme ve sentezleme yeteneğine sahiptir ve iki ana gruba ayrılır: birincil ve ikincil metabolitler. İkincil metabolitler, üreten bitkilerin büyümesi ve yaşamı için gerekli olmayan, daha çok bitkilerin çevreleriyle etkileşimi için gerekli olan ve strese tepki olarak üretilen metabolik ara ürünler veya ürünlerdir. Antibiyotik, antifungal ve antiviral özellikleri bitkiyi patojenlerden korur. Fenilpropanoidler gibi bazı ikincil metabolitler, bitkileri UV hasarından korur. Bitki sekonder metabolitlerinin insanlar üzerindeki biyolojik etkileri eski çağlardan beri bilinmektedir. Ot Artemisia annua içeren artemisinin , yaygın kullanılmakta olan geleneksel Çin tıbbı fazla iki bin yıl önce. Bitki ikincil metabolitleri kimyasal yapılarına göre sınıflandırılır ve dört ana sınıfa ayrılabilir: terpenler , fenilpropanoidler (yani fenolikler ), poliketitler ve alkaloidler .

terpenoidler

Karbon atomları terpenlerde yapı taşlarını oluşturan izopentenil pirofosfat (IPP) için yapısal formül . Beş karbon atomunun mevcudiyeti nedeniyle, türetilmiş yapı bloğuna C5 birimi denir.
İzopentenil pirofosfattan (IPP) türetilen üç C5 biriminden oluşan monosiklik bir seskiterpen (15 karbon atomu içerdiği için böyle adlandırılır) olan humulene için yapısal formül .
Bir antikanser ilacı olan terpenoid taksolün iskelet formülü .

Terpenler , izopren birimlerindenoluşan geniş bir doğal ürün sınıfını oluşturur. Terpenler sadece hidrokarbonlardır ve terpenoidler oksijenli hidrokarbonlardır. Terpenlerin genel moleküler bir formül (Cı-katlarıdır 5 H 8 ) n, burada 'n' bağlantılı izopren birimlerinin sayısıdır. Bu nedenle terpenler aynı zamanda izoprenoid bileşikler olarak da adlandırılır. Sınıflandırma, yapılarında bulunan izopren birimlerinin sayısına dayanmaktadır. Bazı terpenoidler (yani birçok sterol ) birincil metabolitlerdir. Sekonder metabolitler olarak ortaya çıkmış olabilecek bazı terpenoidler daha sonra giberellinler , brassinosteroidler ve strigolaktonlar gibi bitki hormonları olarak kullanılmıştır .

İzopren birimlerinin sayısı İsim karbon atomları
1 hemiterpen C 5
2 monoterpen Cı- 10
3 seskiterpenler Cı- 15
4 diterpen Cı- 20
5 Sesterterpen C 25
6 triterpen C 30
7 Sesquareterpen Cı- 35
8 tetraterpen C 40
8'den fazla Politerpen

Örnekleri terpenoidin inşa hemiterpen oligomerization şunlardır:

fenolik bileşikler

Fenolikler , bir veya daha fazla hidroksil grubu taşıyan aromatik halka yapısının varlığı ile karakterize edilen kimyasal bir bileşiktir . Fenolikler, fenolik asit gibi basit moleküllerden tanenler gibi yüksek derecede polimerize maddelere kadar değişen bitkilerin en bol bulunan ikincil metabolitleridir . Fenolik sınıfları, temel iskeletlerine göre karakterize edilmiştir.

karbon atomu sayısı Temel iskelet Sınıf
6 Cı 6 Basit fenoller
7 Cı 6 - Cı 1 fenolik asitler
8 Cı 6 - Cı- 2 Asetofenon , Fenil asetik asit
9 Cı 6 - Cı- 3 Fenilpropanoidler , hidroksisinamik asit , kumarinler
10 Cı 6 - Cı- 4 naftokinon
13 C 6 - C 1 - C 6 ksanton
14 C 6 - C 2 - C 6 Stilben , antrakinon
15 C 6 - C 3 - C 6 Flavonoidler , izoflavanoidler
18 (C 6 - C 3 ) 2 lignanlar , neolignanlar
30 ( C 6 - C 3 - C 6 ) 2 biflavonoidler

Bir bitki fenolünün bir örneği:

alkaloidler

Alkaloid nikotin için yapısal formül . Yapı, her ikisi de amino asitlerden türetilen iki nitrojen atomu içerir . Piridin halkasındaki (solda) nitrojen atomu aspartattan , pirolidin halkasındaki (sağda) ise arginin'den (veya ornitin ) türetilir.
Patateslerde biriken toksik bir alkaloid olan solanin'in iskelet formülü .

Alkaloidler , azot içeren bazik bileşiklerin çeşitli bir grubudur. Tipik olarak bitki kaynaklarından elde edilirler ve bir veya daha fazla nitrojen atomu içerirler. Kimyasal olarak çok heterojendirler. Kimyasal yapılarına göre iki geniş kategoriye ayrılabilirler:

Bitkiler tarafından üretilen alkaloit örnekleri şunlardır:

Birçok alkaloid, nörotransmitter reseptörlerine bağlanarak hayvanların merkezi sinir sistemini etkiler .

glukozinolatlar

Glukozinolatlar için yapısal formül . Yan grup ''R'' değişebilir. Yapı, bir glikoz molekülü (solda), bir amino asitten türetilen bir nitrojen atomu ve biri glutatyondan ve diğeri sülfattan (solda görülen) türetilen iki kükürt atomunu içerir .

Glukozinolatların ikisini de ikincil metabolitlerdir kükürt ve azot atomu ve türetilen glikoz , bir amino asidin ve sülfat .

Bitkilerde bir glukozinolat örneği:

Tıpta bitki sekonder metabolitleri

Modern tıpta kullanılan birçok ilaç, bitki sekonder metabolitlerinden elde edilir.

Pasifik Porsuk ağacının kabuklarından taksol ekstraksiyonu.

En yaygın olarak bilinen iki terpenoid , artemisinin ve paklitakseldir . Artemisinin, Geleneksel Çin tıbbında yaygın olarak kullanıldı ve daha sonra Çinli bir bilim adamı Tu Youyou tarafından güçlü bir antimalaryal olarak yeniden keşfedildi . Daha sonra verildi Nobel Ödülü , 2015 yılında keşfi için sıtma paraziti , Plasmodium falciparum , yalnız artemisinin dirençli hale gelmiştir ve Dünya Sağlık Örgütü , başarılı bir terapi için diğer sıtma önleyici ilaçlarla kullanımını önerir. Paklitaksel , Taxol'de bulunan aktif bileşik, yumurtalık kanseri , meme kanseri , akciğer kanseri , Kaposi sarkomu , rahim ağzı kanseri ve pankreas kanseri dahil olmak üzere birçok kanser türünü tedavi etmek için kullanılan bir kemoterapi ilacıdır . Taxol ilk olarak 1973 yılında Pasifik Porsuk ağacının kozalaklı ağaçlarından izole edildi .

Morfin ve kodein , alkaloidler sınıfına aittir ve afyon haşhaşlarından elde edilir . Morfin, 1804 yılında bir Alman eczacı Friedrich Sertürner t tarafından keşfedildi . Bu elde edilen ilk olarak aktif alkaloiddir olarak afyon . Çoğunlukla güçlü analjezik etkileriyle bilinir , ancak morfin ayrıca nefes darlığını tedavi etmek ve eroin gibi daha güçlü opiyatlara bağımlılığı tedavi etmek için kullanılır . Morfinin insanlar üzerindeki olumlu etkilerine rağmen, bağımlılık, hormon dengesizliği veya kabızlık gibi çok güçlü yan etkileri vardır. Yüksek derecede bağımlılık yapan doğası nedeniyle, morfin dünya çapında sıkı bir şekilde kontrol edilen bir maddedir ve çevresindeki sosyal damgalama nedeniyle küresel ortalamaya kıyasla bazı ülkeler tarafından yeterince kullanılmadığı için yalnızca çok ciddi durumlarda kullanılır.

Afganistan'daki afyon tarlası, en büyük afyon üreticisi.

Haşhaştan elde edilen bir alkaloid olan kodein, Dünya Sağlık Örgütü'ne göre dünyada en yaygın kullanılan ilaç olarak kabul ediliyor . İlk olarak 1832'de kafeini ve yaygın olarak kullanılan kırmızı boya alizarini keşfetmesiyle tanınan Fransız kimyager Pierre Jean Robiquet tarafından izole edildi . Öncelikli olarak kodein, hafif ağrı ve hafif öksürüğü tedavi etmek için kullanılır, ancak bazı durumlarda ishali ve bazı irritabl bağırsak sendromu biçimlerini tedavi etmek için kullanılır . Kodein, ağızdan alınan morfine kıyasla 0.1-0.15'lik bir güce sahiptir, bu nedenle kullanımı çok daha güvenlidir. Kodein afyon haşhaşından ekstrakte edilebilmesine rağmen, bitkideki saf kodeinin düşük bolluğu nedeniyle işlem ekonomik olarak uygun değildir. Çok daha bol bulunan morfinin kimyasal bir metilasyon süreci , ana üretim yöntemidir.

Atropin , ilk olarak itüzümü ailesinin bir üyesi olan Atropa belladonna'da bulunan bir alkaloiddir . Atropin ilk olarak 19. yüzyılda izole edilmiş olsa da, tıbbi kullanımı yaralar, gut ve uykusuzluk için kullanıldığı en azından MÖ 4. yüzyıla kadar uzanır. Şu anda atropin, bradikardiyi tedavi etmek için intravenöz olarak ve organofosfat zehirlenmesine karşı bir panzehir olarak uygulanmaktadır . Atropinin aşırı dozda alınması, bulanık görme , mide bulantısı , terleme eksikliği, ağız kuruluğu ve taşikardi gibi yan etkilere neden olan atropin zehirlenmesine yol açabilir .

Resveratrol , flavonoid sınıfının fenolik bir bileşiğidir. Üzüm , yaban mersini , ahududu ve yer fıstığında oldukça bol miktarda bulunur . Genellikle ömrü uzatmak ve kanser ve kalp hastalığı riskini azaltmak için besin takviyesi olarak alınır, ancak etkinliğini destekleyen güçlü bir kanıt yoktur. Bununla birlikte, flavonoidlerin genel olarak insanlar için faydalı etkileri olduğu düşünülmektedir. Bazı çalışmalar flavonoidlerin doğrudan antibiyotik aktiviteye sahip olduğunu göstermiştir. Bir dizi in vitro ve sınırlı in vivo çalışma, kersetin gibi flavonoidlerin antibiyotiklerle sinerjik aktiviteye sahip olduğunu ve bakteri yüklerini baskılayabildiğini göstermiştir.

Digoksin , ilk olarak 1785 yılında William Withering tarafından yüksükotu (Digitalis) bitkisinden elde edilen bir kardiyak glikozittir . Tipik olarak atriyal fibrilasyon , atriyal çarpıntı veya kalp yetmezliği gibi kalp rahatsızlıklarını tedavi etmek için kullanılır . Ancak digoksinin bulantı , bradikardi , ishal ve hatta yaşamı tehdit eden aritmi gibi yan etkileri olabilir .

Mantar ikincil metabolitleri

Fungal sekonder metabolitlerin üç ana sınıfı şunlardır: poliketidler , ribozomal olmayan peptitler ve terpenler . Mantar ikincil metabolitleri büyüme için gerekli olmasa da, mantarların ekolojik nişlerinde hayatta kalmasında önemli bir rol oynarlar. En bilinen mantar ikincil metaboliti olan penisilin tarafından keşfedilen Alexander Fleming Daha sonra 1945 yılında 1928 yılında, Fleming, yanında Ernst Chain ve Howard Florey Alınan bir Nobel ödülü ölümlerin sayısının azaltılmasında hayati önem taşımaktaydı onun keşfi için İkinci Dünya Savaşı boyunca tarafından 100.000.

Diğer mantar ikincil metabolitlerinin örnekleri şunlardır:

Lovastatin , kolesterol seviyelerini düşürmek için FDA tarafından onaylanan ilk sekonder metabolittir. Lovastatin, istiridye mantarlarında , kırmızı mayalı pirinçte ve Pu-erh'de doğal olarak düşük konsantrasyonlarda bulunur . Lovastatinin etki şekli, HMG-CoA redüktazın yarışmalı inhibisyonu ve HMG- CoA'yı mevalonata dönüştürmekten sorumlu hız sınırlayıcı bir enzimdir .

Mantar ikincil metabolitleri de insanlar için tehlikeli olabilir. Tipik olarak çavdarda büyüyen ergot mantar grubunun bir üyesi olan Claviceps purpurea , yutulduğunda ölümle sonuçlanır. C. purpurea'da bulunan zehirli alkaloidlerin birikmesi , nöbetler ve spazmlar , ishal , paresteziler , Kaşıntı , psikoz veya kangren gibi semptomlara yol açar . Halihazırda, ergot cisimlerinin çıkarılması, çavdarın sağlıklı tanelerin batması ve enfekte yüzdürülmesi ile tuzlu su çözeltisine konulmasını gerektirir.

Bakteriyel ikincil metabolitler

Sekonder metabolitlerin bakteriyel üretimi, besin eksikliğinin bir sonucu olarak veya çevresel strese tepki olarak durağan fazda başlar . Bakterilerde ikincil metabolit sentezi büyümeleri için gerekli değildir, ancak ekolojik nişleriyle daha iyi etkileşime girmelerine izin verir. Bakterilerde ikincil metabolit üretiminin ana sentetik yolları; b-laktam, oligosakkarit, şikimat, poliketid ve ribozomal olmayan yollar. Birçok bakteri sekonder metaboliti memeliler için toksiktir . Salgılandıklarında bu zehirli bileşikler ekzotoksinler olarak bilinirken prokaryotik hücre duvarında bulunanlar endotoksinlerdir .

İnsanlar üzerinde olumlu ve olumsuz etkisi olan bir bakteriyel sekonder metabolit örneği, Clostridium botulinum tarafından sentezlenen botulinum toksinidir . Bu ekzotoksin genellikle yanlış konserve gıdalarda birikir ve yutulduğunda kolinerjik sinir iletimini bloke ederek kas felci veya ölüme yol açar. Bununla birlikte botulinum toksininin kas spastisitesinin tedavisi, migren ve kozmetik kullanımı gibi birden fazla tıbbi kullanımı da vardır.

Diğer bakteriyel ikincil metabolitlerin örnekleri şunlardır:

fenazin

poliketidler

ribozomal olmayan peptitler

ribozomal peptitler

glikozitler

alkaloidler

Biyoteknolojik yaklaşımlar

Bitki doku kültürü Oncidium leucochilum.

Greyfurtta acılığa neden olan naringin gibi gıdalardaki istenmeyen sekonder metabolitleri azaltmak için kullanılan ilk biyoteknolojik tekniklerden biri olarak seçici ıslah kullanılmıştır. Bazı durumlarda, bir bitkideki ikincil metabolitlerin içeriğinin arttırılması istenen sonuçtur. Geleneksel olarak bu, aşağıdakilere izin veren in vitro bitki doku kültürü teknikleri kullanılarak yapıldı: büyüme koşullarının kontrolü, bitkilerin mevsimselliğini azaltma veya onları parazitlerden ve zararlı mikroplardan koruma. Sekonder metabolitlerin sentezi, elisitörlerin jasmonik asit , UV-B veya ozon gibi bir doku bitki kültürüne eklenmesiyle daha da geliştirilebilir . Bu bileşikler, ikincil metabolitlerin artan üretimine yol açan bir bitki üzerinde strese neden olur.

SM'lerin verimini daha da artırmak için yeni yaklaşımlar geliştirilmiştir. Evolva tarafından kullanılan yeni bir yaklaşım, bitkilerde normal olarak bulunan ikincil metabolitleri üretmek için rekombinant maya S. cerevisiae suşlarını kullanır. Evolva ile sentezlenen ilk başarılı kimyasal bileşik, yiyecek içecek endüstrisinde tatlandırıcı olarak yaygın olarak kullanılan vanilindir. İşlem, istenen ikincil metabolit geninin, vanilin sentezine yol açan rekombinant mayadaki yapay bir kromozoma yerleştirilmesini içerir. Şu anda Evolva, stevia , resveratrol veya nootkatone gibi çok çeşitli kimyasallar üretmektedir .

Nagoya protokolü

Rekombinant teknolojilerin geliştirilmesi ile 2010 yılında Genetik Kaynaklara Erişim ve Kullanımlarından Doğan Yararların Adil ve Hakça Paylaşımına İlişkin Nagoya Protokolü Biyolojik Çeşitlilik Sözleşmesine imzalanmıştır. Protokol, genetik kaynakların korunmasını ve korunmasını düzenlemektedir. Daha küçük ve daha fakir ülkelerin sömürülmesi. Biyoçeşitliliğe sahip ülkelerden elde edilen genetik, protein veya küçük molekül kaynakları karlı hale gelirse, menşe ülkeler için bir tazminat planı uygulamaya konulmuştur.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar