สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ

สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิเป็นสารประกอบที่พืชสร้างขึ้นนอกเหนือจากกลไกหลักของการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ ซึ่งไม่จำเป็นต่อการอยู่รอดขั้นพื้นฐานของทุกเซลล์ แต่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการปฏิสัมพันธ์ของพืชกับสิ่งแวดล้อม ทั้งในการป้องกัน การส่งสัญญาณ และการคุ้มครอง สารเหล่านี้จำนวนมากเป็นองค์ประกอบที่ออกฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาที่ทำให้พืชเป็นแหล่งของยา

Definition

สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่พืชสร้างขึ้นซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการเจริญเติบโต การพัฒนา หรือการสืบพันธุ์ตามปกติ แต่โดยทั่วไปแล้วมีบทบาททางนิเวศวิทยาและมักมีฤทธิ์ทางชีวภาพที่เป็นประโยชน์ทางเภสัชกรรม

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมแนวคิดของเมแทบอลิซึมทุติยภูมิ (แบบพิเศษ) ในพืช ความแตกต่างจากเมแทบอลิซึมปฐมภูมิ ต้นกำเนิดทางชีวสังเคราะห์ที่จัดระเบียบสารประกอบหลัก และเหตุใดโมเลกุลเหล่านี้จึงมีความสำคัญต่อเภสัชเวทของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับเคมีของพืช ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• อะไรคือความแตกต่างระหว่างเมแทบอลิซึมทุติยภูมิกับเมแทบอลิซึมปฐมภูมิ?
• สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิกลุ่มหลักเกิดจากเส้นทางชีวสังเคราะห์ใดบ้าง?
• เหตุใดสารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในฐานะสารตั้งต้นยา?

Key concepts

• เมแทบอลิซึมปฐมภูมิเทียบกับเมแทบอลิซึมทุติยภูมิ
• บทบาททางนิเวศวิทยาและการป้องกัน
• การผลิตแบบคงที่เทียบกับการผลิตแบบถูกกระตุ้น
• เส้นทางชิกิเมต, เมวาโลเนต, MEP และโพลีคีไทด์
• ความหลากหลายทางเคมีจากสารตั้งต้นร่วม
• เคมีอนุกรมวิธาน

Mechanisms

สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิสร้างขึ้นจากสารตัวกลางของเมแทบอลิซึมปฐมภูมิ ได้แก่ acetyl-CoA, กรดอะมิโนอะโรมาติก และหน่วยไอโซพรีนอยด์ ซึ่งถูกส่งเข้าสู่เส้นทางเฉพาะ เส้นทางชิกิเมต (shikimate pathway) สร้างฟีนอลิกและอัลคาลอยด์หลายชนิด เส้นทางเมวาโลเนต (mevalonate pathway) และเมทิลเอริทริทอล-ฟอสเฟต (methylerythritol-phosphate pathway) สร้างเทอร์พีนอยด์ และกรดอะมิโนเป็นโครงสร้างหลักของอัลคาลอยด์ส่วนใหญ่ จากนั้นการประมวลผลด้วยเอนไซม์ การออกซิเดชัน และการคอนจูเกชัน จะสร้างความหลากหลายทางโครงสร้างที่กว้างขวางซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของสารกลุ่มนี้ การผลิตมักถูกควบคุมตามพัฒนาการและถูกกระตุ้นโดยความเครียดหรือการโจมตี ซึ่งสอดคล้องกับบทบาททางนิเวศวิทยาในการป้องกันและการส่งสัญญาณ

Clinical relevance

เนื่องจากยาจำนวนมากเป็นสารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิหรืออนุพันธ์ของสารเหล่านี้ สารกลุ่มนี้จึงเป็นแหล่งสะสมหลักที่เภสัชวิทยาผลิตภัณฑ์ธรรมชาติใช้ประโยชน์ บทความนี้อธิบายว่าเหตุใดเคมีของพืชจึงให้โมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางยา ซึ่งเป็นลักษณะเชิงพรรณนาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัย การให้ยา หรือการตัดสินใจในการรักษา

Evidence & guidelines

หลักฐานในที่นี้เป็นหลักฐานทางเคมีและชีวสังเคราะห์ เช่น การศึกษาการแยกสาร การอธิบายเส้นทางชีวสังเคราะห์ และการทบทวนผลิตภัณฑ์ธรรมชาติในฐานะแหล่งยา มากกว่าหลักฐานจากการทดลองทางคลินิก การทบทวนที่บันทึกการมีส่วนร่วมของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติในยาที่ได้รับการอนุมัติสรุปความสำคัญเชิงปฏิบัติของสาขาวิชานี้

History

การตระหนักว่าพืชสร้างสารประกอบนอกเหนือจากที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตได้ชัดเจนขึ้นในศตวรรษที่ 20 เมื่อการศึกษาชีวสังเคราะห์ได้ทำแผนที่เส้นทางที่เชื่อมโยงสารตัวกลางปฐมภูมิกับผลิตภัณฑ์พิเศษ การกำหนดกรอบของสารประกอบเหล่านี้ว่าเป็นสารที่มีหน้าที่ทางนิเวศวิทยา แทนที่จะเป็นของเสียจากการเผาผลาญ ได้ปรับเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับความหลากหลายและคุณค่าทางเภสัชวิทยาของสารเหล่านี้

Seminal works

• newman-2007
• dewick-2009

Frequently asked questions

เหตุใดจึงเรียกว่าสารเมแทบอไลต์ 'ทุติยภูมิ'?

คำนี้ใช้เพื่อแยกความแตกต่างจากสารเมแทบอไลต์ปฐมภูมิที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตขั้นพื้นฐานของเซลล์ สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิไม่จำเป็นต่อการอยู่รอดของทุกเซลล์ แต่ทำหน้าที่เฉพาะทาง ซึ่งมักเป็นบทบาททางนิเวศวิทยา

สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิเหมือนกับผลิตภัณฑ์ธรรมชาติหรือไม่?

ในเภสัชเวท คำศัพท์ทั้งสองมีความทับซ้อนกันอย่างมาก: 'ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ' จากพืชส่วนใหญ่ที่มีประโยชน์ทางเภสัชกรรมเป็นสารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ แม้ว่าสาขาผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่กว้างกว่าจะรวมถึงสารประกอบจากจุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ด้วย