Вторичные метаболиты растений

Помимо универсальных молекул роста, растения синтезируют поразительное разнообразие специализированных соединений — алкалоидов, терпеноидов и фенольных соединений, — которые защищают их, привлекают опылителей и служат источником многих лекарств, ароматизаторов и красителей для человечества.

Definition

Вторичные метаболиты растений — это органические соединения, не требующиеся напрямую для роста или размножения, которые опосредуют взаимодействие растения с окружающей средой, включая защиту, сигнализацию и протекцию.

Scope

Эта тема охватывает основные классы вторичных (специализированных) метаболитов растений — терпеноиды, фенольные соединения и флавоноиды, а также азотсодержащие соединения, такие как алкалоиды и глюкозинолаты, — их биосинтетические пути, а также их экологические и экономические роли.

Core questions

• Каковы основные классы вторичных метаболитов растений и как они образуются?
• Какие экологические функции выполняют эти соединения для растения?
• Почему вторичные метаболиты растений так важны для медицины и сельского хозяйства?

Key theories

Вторичные метаболиты как экологические медиаторы

Специализированные метаболиты эволюционировали в основном для защиты от травоядных и патогенов, привлечения опылителей и распространителей семян, а также для защиты от абиотического стресса, формируя экологические взаимодействия растений.

Биосинтез из основных предшественников

Огромное химическое разнообразие вторичных метаболитов возникает из нескольких центральных путей — терпеноидного, фенилпропаноидного и алкалоидного путей, производных аминокислот, — разработанных специализированными ферментами.

Mechanisms

Терпеноиды образуются из пятиуглеродных изопреноидных единиц, синтезируемых по мевалонатному и метилэритритолфосфатному путям; фенольные соединения и флавоноиды возникают из фенилпропаноидного пути, начинающегося с фенилаланина; алкалоиды и глюкозинолаты строятся из аминокислот. Специфичные для линий ферменты — часто возникающие в результате дупликации и диверсификации генов — модифицируют эти каркасы в тысячи различных продуктов, многие из которых секвестрируются или индуцируются в ответ на атаку.

Clinical relevance

Вторичные метаболиты растений являются основным источником фармацевтических препаратов (таких как морфин, хинин и паклитаксел), а также ароматизаторов, отдушек, пигментов и соединений для защиты сельскохозяйственных культур, что делает их биосинтез центральным направлением химии природных соединений и метаболической инженерии.

History

Долгое время изучаемый химиками природных соединений, вторичный метаболизм растений был поставлен на биосинтетическую и генетическую основу в двадцатом веке, и современная геномика теперь позволяет идентифицировать и реконструировать целые пути.

Key figures

• Meinhart Zenk
• Rodney Croteau

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Чем вторичные метаболиты отличаются от первичных метаболитов?

Первичные метаболиты — сахара, аминокислоты, нуклеотиды, липиды — необходимы для базового роста и широко распространены, тогда как вторичные метаболиты являются специализированными соединениями, часто ограниченными определенными линиями, которые опосредуют экологические взаимодействия.

Почему так много лекарств получают из растений?

Растения эволюционировали биоактивные вторичные метаболиты для воздействия на другие организмы, и многие из этих соединений также взаимодействуют с биологией человека, что делает растения богатым источником лекарств, от обезболивающих до противораковых средств.