Transcript 2.__3._Primarne-a-sekundarne-metabolity

Primárne a sekundárne
metabolity rastlín
Primárny metabolizmus

základné fyziologické procesy prebiehajúce
v rastlinách

jeho produktom sú primárne metabolity

sú to látky nevyhnutné pre udržanie
životných procesov
Druhy primárnych metabolitov:
 sacharidy
 proteíny
 lipidy
 nukleové
 hormóny
 pigmenty
kyseliny
Sacharidy
primárne produkty fotosyntézy
 vznikajú v chloroplastoch z CO2 a H2O


molekula jednoduchého sacharidu:
CnH2nOn
Klasifikácia sacharidov
1. podľa počtu sacharidových jednotiek:
monosacharidy (1)
 oligosacharidy (2 – 10)
 polysacharidy (10 a viac)

homo- a heteropolysacharidy
zásobné a štruktúrne
Monosacharidy
2. podľa počtu uhlíkov (iba mono)
 triózy, tetrózy, pentózy, hexózy, heptózy
3. podľa štruktúry molekuly
 aldózy (majú aldehydickú skupinu)
 ketózy (majú ketonickú skupinu)
glukóza – aldóza, fruktóa - ketóza
Oligosacharidy
sacharóza
– stavba: jednotky glukózy + fruktózy
Polysacharidy
škrob
– amylóza + amylopektín
– hydrolyzuje sa cez dextríny na glukózu
celulóza
– molekuly glukózy spojené β-glykozidickou
väzbou

celulóza – spojené molekuly glukózy

škrob
Funkcia a význam sacharidov:
zdroj energie
 stavebná funkcia
 bunková signalizácia
 prekurzory biosyntézy látok

Zdroj energie
Stavebná funkcia
Bunková signalizácia
Polysacharidy bunkovej steny
Tobolky bavlníka
Polysacharidy bunkovej steny

Pektíny: polyméry galakturónovej kyseliny
Hemicelulózy: vysoko variabilné zlúčeniny:
v trávach – množstvo xylóz + menej arabinóz,
galakóz a urónových kyselín
Fabaceae – veľa arabinóz, galaktóz a urónových
kyselín s malým množstvom xylóz

Polysacharidy bunkovej steny
Zásobné polysacharidy
Amylóza a amylopektín
Amylóza:
dlhé reťazce a glukóz
Amylopektín:
komplexnejší
 Tieto polyméry sa podieľajú na vytváraní
škrobových zŕn (amyloplasty).

Sacharóza
Sacharóza – „zber úrody“
Proteíny
vysokomolekulové prirodzené koloidy
 základ proteínov sú aminokyseliny
 AMK pospájané petidickou väzbou –
jednoduché proteíny


okrem AMK môžu obsahovať aj
neproteínové zložky (sacharidy, kovy,
lipidy) – zložené proteíny

proteíny sú polyelektrolyty – v závislosti
od pH roztoku majú + alebo – náboj

v organizme sa nachádzajú v natívnom
stave s určitou priestorovou štruktúrou

ireverzibilná zmena = denaturácia
– rozrušenie nekovalentných väzieb, ktoré
podmieňujú priestorovú štruktúru bielkoviny
– zmena pH, vysoké teploty, ťažké kovy, UV

na ich detekciu sa používajú kolorimetrické
alebo spektrofotometrické metódy
– založené na farebných reakciách niektorých
funkčných skupín alebo schopnosť absorbcie
žiarenia v UV oblasti
Funkcie proteínov:
štruktúrna – stavebné zložky
 katalytická – enzýmy
 transportná – prenos iónov
 obranná – protilátky, stresové proteíny
 regulačná – hormóny
 zásobná – v semenách

Štruktúrne proteíny
Vytvárajú od 2 do 10 % bunkovej steny
 Expanzíny:
napomáhajú zväčšovať povrch b. stien
napomáhajú ochrane b. stien
zabezpečujú opravy poškodených b. stien


vytvárajú asi 50 % biomembrán
Zásobné proteíny
najmä v semenách ako zdroj výživy v
skorých ontogenetických štádiách
 varírujú medzi druhmi rastlín
 kukurica: ZEIN
 pšenica: GLIADIN

Enzýmy – proteíny s biokatalytickou aktivitou
apoenzým + koenzým = holoenzým
 apoennzým – proteínová časť
 koenzým – neproteínová časť, tzv.
prostetická skupina


izoenzýmy (izozýmy) – katalyzujú tú istú
enzymatickú reakciu, ale majú inú sekvenciu
AMK

enzýmy sú veľmi labilné a ľahko sa
deaktivujú

na zabránenie deaktivácie ich uchovávame
v tlmivom roztoku

má zamedziť zmenám pH pri izolácii
enzýmov a oxidácii fenolických látok v
extrakte
syntéza proteínov = proteosyntéza
 prebieha v cytoplazme, mitochondriách a v
plastidoch

rozklad proteínov – proteolytické enzýmy
 endopeptidázy – hydrolýza polypeptidovej
väzby vo vnútri polypeptidového reťazca
 exopeptidázy – odštepujú z
polypeptidového reťazca koncové AMK
alebo polypeptidy

Lipidy
hydrofóbne látky rozpustné v organických
zlúčeninách
 zásobný zdroj energie – 2x viac E v porovnaní
s cukrami

– oxidácia 1 g lipidov produkuje 40 kJ, kým 1 g
škrobu iba 16 kJ

na ich biosyntézu treba viac E v porovnaní so
sacharidmi

z chem. hľadiska sú to estery vyšších
mastných kyselín (karboxylových kyselín)
a glycerolu

najmä nenasýtené MK olejová a linolová

v živočíchoch prevládajú nasýtené MK
Delenie lipidov:

jednoduché a zložené
– jednoduché – obsahujú len alkohol a karbox.
kyselinu
 pr. triacylglyceroly (tuky a oleje), vosky, steroly,
steroidy
– zložené – obsahujú ešte ďalšiu zložku (kys.
fosforečnú, sírovú, serín, jednoduché sacharidy)
 fosfolipidy, sulfolipidy, inozitolfosfatidy
Nukleové kyseliny
dôležité na prenos genetickej informácie
 biomakromolekulové látky – polynukleotidy s
molekulovou veľkosťou nad 20 000
 prítomné v jadre, mitochondriách, pri
rastlinách aj v plastidoch
 špecificita chloroplastovej a mitochondriálnej
DNA – endosymbiotická teória

Stavba a zloženie NK:

neutrálna zložka: cukor - pentóza
– ribóza alebo deoxyribóza (RNA alebo DNA)

zásaditá zložka: dusíkatá báza
– purínové DB: adenín, guanín
– pyrimidínové DB: cytozín, tymín, uracil

kyslá zložka: zvyšok kyseliny fosforečnej –
fosfátový zvyšok (PO43−)
dusíkatá báza + cukor = nukleozid
 nukleozid + zvyšok H3PO4 = nukleotid

Syntéza NK:
proces sa označuje ako replikácia
 NK vznikajú polymerizáciou voľných
nukleotidov – to zabezpečuje enzým
DNA/RNA polymeráza
 jednoreťazcové a dvojreťazcové formy –
komplementárne párovanie báz
 tvorba pravotočivej dvojzávitnice – helix –
reťazce sú pospájané vodíkovými väzbami,
ich rozpletanie zabezpečuje helikáza

Sekundárne metabolity rastlín

morfín, kofeín, nikotín, mentol...

produkty sekundárneho metabolizmu:
tento prebieha nepravidelne alebo aj zriedkavo a nemá
žiadnu známu metabolickú funkciu v rámci rastlín

sekundárne metabolity nie sú nevyhnutné pre normálny rast
a vývin a metabolické cesty, ktorými vznikajú nie sú
rozšírené vo všetkých rastlinách

často sa vyskytujú v kombinácii so sacharidom (glukóza,
galaktóza, ramnóza) = vytvárajú glykozidy
Sekundárny metabolizmus
tvorba sekundárnych metabolitov je
súčasťou diferenciácie buniek
 je priestorovo a časovo obmedzená na
určité etapy vývinu rastliny
 sek. metabolity sa najčastejšie vyskytujú v
špecifických orgánoch, pletivách, resp.
bunkách

– sekrečné trichómy, mliečnice, žliazky
– v bunke je to BS a vakuola
Funkcie SM

najrozšírenejšia finkcia je úloha v sprostredkovaní
interakcií medzi rastlinami navzájom a medzi inými
organizmami

pigmenty – atraktanty opeľovačov

nikotín a iné toxické látky – ochrana pred herbivormi a
mikróbami

napr. kaučuk či tetrahydrokanabinil (THC) z konope
majú nezistenú funkciu pre rastliny
Klasifikácia sekundárnych metabolitov
1. Izoprenoidy
 2. Fenolické látky
 3. Látky odvodené od aminokyselín

1. Izoprenoidy

sú všeobecne rozšírené a ich základ tvorí
molekula izoprénu

biosyntéza izoprénu prebieha dvomi
nezávislými cestami:
– acetát-mevalonátová cesta (cytoplazma)
– 1-deoxy-D-xylulóza-5-fosfátová (DOXP) cesta
(plastidy)

môžu byť aj ako primárne metabolity
(hormóny - ABA, giberelíny, steroly) a aj ako
sekundárne (terpény éterických olejov)

monoterpény
– prchavé, vôňa rastlín – aróma
– mentol (Mentha piperita)

éterické oleje – zmes mono,
seskviterpénov, parafínov a aromátov
– prchavé, kumulujú sa v subkutikulárnom
priestore

tetraterpény
– karotenoidy, xantofyly
– súčasť fotosyntetického aparátu, obranná
funkcia

polyterpény
– tvoria sa polymerizáciou izoprénu
– kaučuk (Hevea brasiliensis), gutaperča
2. Fenolické látky

základ = fenol, majú aromatické vlastnosti
(aromatický kruh v molekule)
Funkcie fenolov:
– ochrana voči patogénom
– mechanická funkcia
– lákanie opeľovačov
– rozširovanie plodov
– inhibícia riadenia rastu
Fenolické látky

kyselina salicilová – jednoduchý fenol

myristicín – komplexnejší fenol dávajúci chuť
muškátovým orieškom

flavonoidy – komplexné fenolické látky.
Používajú sa v zdravej výžive ako náhrada
vitamínu C; najznámejší je rutín z pohánky

antokyány – druh flavonoidov dávajúce červenú
alebo modrú farbu kvetom
Fenolické látky
polymérne formy fenolov
 Taníny – sťahujúca chuť; dávajú „suchosť“
vínam; používajú sa aj pri opracovaní koží

Klasifikácia fenolických látok:

jednoduché fenoly
– ubichinón a plastochinón – zložky
elektrónových transportných reťazcov
mitochondrií a chloroplastov

fenylkarboxylové kyseliny
– kys. salicylová – kalorigénna látka (zvyšuje
teplotu v súkvetiách počas kvitnutia)

ligníny
– po celulóze najviac zastúpené org. látky v
rastlinách
– mechanická funkcia, výstuž bunkových stien

flavonoidy
– chalkóny, flavóny, antokyány
– regulujú hormonálny metabolizmus
– pigmenty spôsobujúce sfarbenie kvetov a
plodov
3. Látky odvodené od aminokyselín

obsahujú dusík a majú rozmanitú
štruktúru molekúl

najčastejšie ako ochranné látky pred
bylinožravcami

niektoré toxické pre ľudí, ale dôležité aj z
medicínskeho hľadiska

alkaloidy
– nikotín, kokaín, morfín
– výrazné fyziologické účinky na stavovcov

purínové deriváty
– základné stavebné jednotky nukl. kyselín
– ich deriváty: kofeín (Coffea arabica),
teobromín (Teobroma cacao), teofylín
(Thea/Camelia sinensis)

betalaíny
– farbivá, betanín (Beta vulgaris)
Alelopatia
•
•
•
•
•
v lesníctve
v poľnohospodárstve
v záhradníctve
význam pre človeka
medicína
Návrhy pestovania plodín pre veľmi priaznivé a veľmi nepriaznivé spoločenstvá
(KRÁLOVÁ, 2002)
Návrhy pestovania plodín priaznivých spoločenstiev
(KRÁLOVÁ, 2002)
• Robinia pseudoacacia ( agát biely )
• jeho korene vylučujú jedovaté látky (napr. juglón), ktorý pôsobí toxicky na
okolité rastliny
• výsledky výskumu Prof. Ing. Vladimíra Čabouna, CSc
• Inhibičný vplyv prchavých látok vedľa rastúceho agátu bieleho (Robinia
pseudoacacia L.) na mladé rastlinky borovice sosny (Pinus silvestris L.) bol
taký silný, že do vzdialenosti 15 cm od agátu nerástli žiadne borovice
(VÝZNAM A VYUŽITIE ALELOPATIE V LESNÍCTVE - prof. Ing. Vladimír Čaboun, CSc) .
• Juglans nigra – orech čierny
• Patrí medzi najrýchlejšie rastúce stromy medzi orechmi, a preto sa často
používa v lesníctve. Plody nie sú tak chutné ako orecha kráľovského. Listy
orecha čierneho (aj ďalších orechov) produkujú chemické látky, ktoré pri
daždi stekajú do pôdy a spomaľujú rast iných druhov rastlín. Korene zasa
produkujú látky, ktoré môžu byť toxické pre iné rastliny a môžu až odumrieť
• Látka naftochinón – juglón je jedovatá pre obilniny, paradajky, zemiaky,
jablone, ale tiež výrazne potláča rast plesní a baktérií.
• Liečivé rastliny
Fytoncidy
• Rôzne chemické zloženie
• vylučované vyššími rastlinami
• funkcia: ochrana rastliny pred škodcami (mikroorganizmami)
• využívané v ľudovom liečiteľstve
• napr. cesnak, cibuľa,..