2.__3._Primarne-a-sekundarne-metabolity
Download
Report
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,..