Gyógyszerészeti növénytanI. Félév1 Előadás

Domokos Erzsébet

Marosvásárhelyi Orvosi és Gyógyszerészeti Egyetem – MOGYEGyógyszerésztudományi Kar

I éves egyetemi hallgatók számára

Gyógyszerészeti növénytan (botanika)I. Szervezettan

1. Sejttan (Citológia)2. Szövettan (Hisztológia)3. Szervtan (Organográfia)

II. RendszertanBibliográfia:1. Tóth K., T. (2006, 2008, 2010), Gyógyszerészeti növénytan (I, II., III.)2. Haraszty, Á. (2004), Növényszervezettan és növényélettan.3. Oroian, S. (2001), Botanică farmaceutică, Îndrumător de lucrări

practice, Vol. I.4. Oroian, S. (2000), Botanică farmaceutică, Cormobionta (Sistematică)5. Lodish, H. et al. (2004), Molecular Cell Biology, 5th Edition.

2

1. Növénysejttan (Fitocitológia)Mi a sejttan?A sejttan az a tudományág, amely a sejtekszerkezetét , működését és fejlődéstörténetéttanulmányozza.

1.1. A sejttan fejlődése;1.2. A sejtszerkezet kialakulásának fokozatai;1.3. A növényi sejt részei;1.4. A növényi sejtek megjelenése, alakja és mérete;1.5. A sejtek vegyi összetétele;1.6. A sejtalkotók részletes tanulmányozása.

3

1.1. A sejttan fejlődése• R. Hooke (1665)-felfedezi a sejtet.Parafa metszetet vizsgálva mikroszkóppal, azt tapasztalta,

hogy az számos üregből áll, amelyet cellanak (cellula-nak) nevezett el.

• R. J. H Dutrochet (1824)-az élő állapot egysége a sejt.

• M. Schleiden (1834) és Th. Schwann (1839)-az első átfogó sejtelmélet.

Minden élőlény szerkezeti és működési alapegysége a sejt.• R. C. Virchow (1855)-kibővíti a sejtelméletet.A sejtek csak sejtből keletkezhetnek; a szervezet valamennyi

sejtje egyetlen megtermékenyített sejtből, a zigótából származik.

4

1.2. A sejtszerkezet kialakulásának fokozatai

5

A. koacervátum; B. elősejt; C. plazmódium; D. sejthártyával borított ostoros;

E1 baktériumsejt sejtfallal és E2 spóra állapotban; F. kékmoszatok sejtje (c-centroplazma, k-kromatoplazma);G. sejtmagvas és zöld színtestes moszatsejt;H. primitív plazmaszerveződésű vírusok.

(Gracza 2004)

1.3. A növényi sejt részeiA. Élő v. aktív sejtalkotók (protoplazma v. protoplaszt):• citoplazma;• sejtmag;• színtestek (plasztiszok);• mitokondriumok (kondrioszómák);• ultrastrukturális elemek: endomembrán rendszer (DER, SER,

Golgi-készülék, lizoszómák, stb).B. Élettelen v. passzív sejtalkotók (protoplazma-produktumok):• sejtfal;• sejtnedvüregben (vakuólumban) levő sejtnedv;• zárványok (tartalékanyagok).

6

1.4. A növényi sejtek megjelenése, alakja és mérete

• Növényi sejtek megjelenése:Gymnoplasta: sejthártya nélküli csupasz sejt, alakját változtatni képes.Dermatoplasta: állandó sejthártyás sejt, alakja állandó.

• A növényi sejtek alakja: gömb, óvális, szögletes, téglalap, csillag, henger, orsó, cső, stb.

A többsejtűeknél 2 alapformát különböztetünk meg: 1) Parenchimatikus sejtek: hossz, szélesség és mélység azonos (pl. bélszövet,

raktározószövet).2) Prozechimatikus sejtek: megnyúlt, hegyes, kis keresztmetszetűek (pl.

szállító és mechaniai szövetekben).

Idioblasztok: a környezetüktől eltérő alakú, nagyságú és tartalmú sejtek (pl. kristálytartó sejtek).

7

1.4. A növényi sejtek megjelenése, alakja és mérete

• A növényi sejtek mérete: -legkisebbek a baktériumok (0,15 μm).-legnagyobb egysejtűek: pl.Caulerpa prolifera (30 cm).

-a többsejtűek sejtmérete 10-1000 μm.pl. kender (Cannabis sativa) rostjai 2-7 cmpl. Kutyatejfélék (Euphorbia sp.) tejnedvet hordozó edényei (tejcsövek)

elérhetik a néhány méter hosszúságot.

8

1.5. A sejtek vegyi összetételeKözel 102 kémiai elemből 60-at tudtak azonosítani.

3 tipusú elemet különböztetünk meg:1) Makroelemek (0,1-65%)-C, H, N, O, S, P, Na, K, Cl, Mg.2) Mikroelemek (0,02-0,1%)-Zn, Cu, Mn.3) Nyomelemek (10-12-10-6%)-As, Mo.

Molekulák:1) Kismolekulák (6-9%) max. 50 atom pl. aminosavak, monoszacharidok,

nukleotidok.2) Makromolekulák (21-24%): pl. fehérjék, nukleinsavak,

poliszacharidok.

A sejtek kb. 70%-a H2O

9

1.5. A sejtek vegyi összetétele

Növényi szervezetek kémiai elemzései azt mutatják, hogy a sejtek:• 40-90% víz;• 12-15% fehérjék;• 2-3% szénhidrátok;• 1-2% lipidek;• 1% szervetlen ásványi anyagok.A sejtben előforduló anyagok többnyire óriásmolekulákat alkotnak!• merisztématikus sejtekben, sejtosztódáskor a fehérjék %• nyugalmi állapotban levő magvak, száraz gyümölcsök sejtjeiben

a víz %

10

A protoplaszta v. protoplazma tulajdonságai és összetétele

• Protoplaszta = sejtfaltól megfosztott növényi sejt. • Hanstein (1880)-a protoplaszta nem más mint a sejt összes élő

alkotóeleme.• A protoplaszta v. protoplazma tulajdonságai:a. Folyadékra jellemző tulajdonságai: -áramlásokat végez, -a benne úszó (szuszpenzált) részecskék szüntelenül zajló, véletlenszerű

mozgást végeznek (Brown mozgás), -a sejtből kiszabadulva csepp alakot vesz fel.b. Nem folyadékra jellemző tulajdonságai:-rugalmas anyag,-szálak húzhatók ki belőle,-nem elegyedik korlátlanul vizzel.

11

A protoplaszta v. protoplazma tulajdonságai és összetétele

12

• A protoplazma összetétele állandóan változik a benne lejátszódó anyagcsere miatt.

• A protoplazma egy belső vázzal rendelkező bonyolult rendszer, amelyben a kis molekulájú vegyületek mellett a makromolekulák uralkodnak.

(Tóth 2006)

a. A protoplazma víztartalma• Működő protoplazma: 75-95% H2O;

• Inaktív állapotban: 10-20% H2O (pl. száraz magvak sejtjeiben, spórákban).

• A víz kétféle módon van jelen a protoplazmában: • Szabad víz-oldószer;• Kötött víz-a fehérjemolekulákhoz kapcsolódik és azokat

hidratálja (a biokémiai folyamatok csak erősen hidratált állapotú fehérjéken mennek végbe!).

• A vízmolekula dipólusos tulajdonságából adódóan egyaránt kötődhet a fehérjék pozitív és negatív töltésű csoportjaihoz:

13

H+ H+

O-

Lodish et al. (2004)

a. A protoplazma víztartalma

• A protoplazma kolloidjainak hidratációját (fehérjék hidratációját) befolyásoló ionok:

Na+, K+ kationok: vastag vízburok kevésbé tudják megközelíteni és semlegesíteni a fehérjék megfelelő töltésű csoportjait FOKOZZÁK a plazmakolloidok hidratáltságát!

Ca++ kationok: vékony vízburok könnyen megközelítik és semlegesítik a fehérjék megfelelő töltésű csoportjait VÍZELVONÓ hatás!

A Ca mivel 2 vegyértékű képes 2 fehérjemolekulához kötődni és egymáshoz rögzíteni.

14

a. A protoplazma víztartalma

• A protoplazma víztartalmát befolyásoló tényezők:-környezeti feltételek;-a növény életkora;-a faj genetikai kódoltsága.

• Az élő sejt vízveszteségének 5 fokozata van:-fölösleges víz-nem okoz zavart; -metabolikus víz-anyagcsere zavar;-vitális víz (25-30%)-sejthalál; -tartalék víz-sejthalál után még kilehet vonni a sejtből; -kötött víz (3-4%)-nem lehet kivonni, a fehérjékben van.

15

b. A protoplazma szárazanyagtartalma

• A sejtfunkciók többségét makromolekulák végzik: fehérjék (proteinek, proteidek), nukleinsavak, poliszacharidok.

Makromolekulák-Fehérjék (proteinek és proteidek)

• A fehérjét 20 féle aminosav (AS) építheti fel.• az AS-ak peptid kötéssel kötődnek egymáshoz.

16

Makromolekulák-Fehérjék

17(Haraszty 2004)

Aminosav-molekulák kapcsolódása peptidkötéssel

Makromolekulák-Fehérjék• A fehérjék térbeli szerkezete:Elsődleges (primer) szerkezet-az AS-ak sorrendje alakítja ki.Másodlagos (secunder) szerkezet-egyes AS-ak a láncból hidrogén-hidakkal

összekapcsolódnak α-helix struktúra (szabályos csavarvonal, helikális).

-β-redős szerkezet.Harmadlagos (tercier) szerkezet-a helikális fehérjelánc felgombolyodik (ionos kötések

tartják össze): pl. mioglobin-globuláris fehérje (izodiametrikus).Negyedleges (quaterner) szerkezet-a globuláris polipedtidláncok kettesével, négyesével

összekapcsolódnak.18

(Haraszty 2004)

α-helix szerkezetC-szénatom, O-oxigénatom,

H-hidrogénatomok a hidrogénhidakból,R-oldalcsoportok első atomja.

Makromolekulák-Fehérjék

• A fehérjék mivel óriásmolekulákból állnak kolloid oldatok.• A kolloid oldat felvehet szol és gél állapotot.• A fehérjék denaturálódása –kicsapódnak,

kigombolyodnak.• Fehérje molekulák alakjuk szerint lehetnek: globuláris és fibrilláris fehérjék.• Fehérjék összetételük szerint lehetnek: proteinek (egyszerű fehérjék),proteidek (összetett fehérjék).

19

Makromolekulák-Fehérjék• Proteinek v. egyszerű fehérjék: kizárólag AS-akból épűlnek fel.Protaminok-nukleoproteidek szerkezetébenHisztonok-kromoszómákban vannakAlbuminok-magvak, termések tartalékfehérjéi pl. szemtermés-

leukozin, hüvelyesek magvaiban-legumelin, ricinus magvában-ricin (mérgező).

Globulinok-magvak, gumók tartaléktápanyagai pl. borsó sziklevélben-legumin, kender magvában-edesztin, burgonya gumójában-tuberin.

Gluteninek-termések, magvak raktározott tápanyagai, pl. búza-glutenin, kukorica-zeanin, árpa-hordenin.

Prolaminok-szemtermésekben pl. búza-gliadin, kukorica-zein, árpa-hordein.

20

Makromolekulák-Fehérjék

• Proteidek v. összetett fehérjék: nem csak AS-ak alkotják hanem prosztetikus (nem fehérje természetű ) csoportok is.

Foszfoproteidek-az AS-lánc oldalcsoportjaihoz észterkötéssel foszforsav kapcsolódik.

Nukleoproteidek-az AS-láncok (protaminok, hisztonok) nukleinsavakkal alkotott vegyületei.

Lipoproteidek-AS-láncokhoz lipoidok-foszfatidok (foszfor tartalmú lipoidok) kapcsolódnak.

Kromoproteidek-AS-láncokhoz jellegzetes színt adó csoportok kapcsolódnak pl. kloroglobin-klorofillt tartalmaz.

21

• Nukleoproteid = fehérje komponens + nukleinsav

22

Protamin Hiszton DNS RNS

Makromolekulák-NukleinsavakDezoxiribonukleinsav (DNS)Átörökítő anyag hordozó; DNS = polinukleotid láncNukleotid = nitrogénbázis + cukormolekula + foszforsav

(pentóz-dezoxiribóz) (purin v. pirimidin bázis)

DNS

23

Polinukleotid lánc-részlet

(Haraszty 2004)

A nukleotidokat foszfodieszterikus kötések kapcsolják össze.

Adenin

Timin

Citozin

Guanin

DNS• A DNS nitrogénbázisai:Purinbázisok: adenin és

guaninPirimidinbázisok: citozin és

timin

A = TC G • A DNS molekula két

egymással antiparalell és komplementáris polinukleotid-láncból áll, a szemben fekvő nitrogénbázisokat hidrogénkötések (hidak) kapcsolják össze.

24

DNS

25

• a két polinukleotid lánc egy közös tengely körül van felcsavarodva egy kettős spirált (helixet) hozva létre.

• A DNS sejtosztódás előtt replikálódik a szemikonzervatív elv alapján: a hidrogénhidak felszakadnak és a szabaddá vált két régi láncra új nukleotidok kapcsolódnak komplementáris módon. Két kettős szálú DNS keletkezik, amelyekben az egyik szál a régi (modellül szolgáló) a másik pedig az újonnan szintetizálódott lánc.

• A DNS elsődleges (nitrogénbázisok sorrendje) és másodlagos szerkezetet (kettős spirál szerkezet) mutat.

Ribonukleinsav (RNS)m-RNS-hírvivő;t-RNS-szállító;r-RNS-riboszómális;sn-RNS-kis nukleáris (intronok kihasítása).

-cukormolekula-ribóz;-nem dupla spirál.• Az RNS nitrogénbázisai:Purinbázisok: adenis és guanin(ugyanazok mint a DNS-nek).Pirimidinbázisok: citozin és a timin helyett uracil.

26

RNS

Makromolekulák-Poliszacharidok• több (akár 100-1000) monoszacharid glikozidos kötéssel

kapcsolódik H2O kilépése közben és alkot egy poliszacharidot;

• savas hidrolízissel egyszerű molekulákra (oligo- és monoszacharidokra) bonthatók.

• Szénhidrátok: -monoszacharidok (3-7 szénatomos vegyületek)Fontosabbak a hexózok pl. glükóz, fruktóz;-oligoszacharidok (2-8 összekapcsolt monoszacharid)Fontosabbak a diszacharidok: pl. nádcukor v. répacukor = glükóz + fruktóz pl. malátacukor v. maltóz = 2 glükóz (1,4-α-glikozidos kötés)pl. cellobióz = 2 glükóz (1,4-β-glikozidos kötés);-poliszacharidok. 27

Cellobióz

Maltóz

Makromolekulák-Poliszacharidok

• Poliszacharidok: pl. cellulóz-több (n) cellobiózra épül, sejtfalban van, rezistens;

pl. keményítő-amilózból (több 100 glükóz egység) és amilopektinből (több 1000 glükóz egység) épül fel;

pl. Inulin (20-30 fruktóz), hemicellulóz (100-150 cellobióz).

28

b. A protoplazma szárazanyagtartalma

Kismolekulák-Zsírok (Lipidek)A lipidek a zsírsavaknak glicerinnel (glicerollal) alkotott észterei.A lipidek képezik a citomembránok alapvázát. Fontosabb lipidek:• Foszfolipidek• Glikolipidek• SzteridekA membránlipidek amfipatikus molekulák:

29

LipidekFoszfolipidek: foszfogliceridek

30pl. Foszfatidil-kolin, foszfatidil-szerin.

glicerin

zsírsav

zsírsav

foszforsav váz

LipidekGlikolipidekSzerkezetük hasonló a foszfolipidekével. Hiányzik a feji részre

jellemző foszfátcsoport. A hidrofil részét egy mono- vagy egy oligoszacharid alkotja (galaktóz). A hidrofób részét szintén a glicerinhez kapcsolt zsírsavak alkotják. Főleg a kloroplasztiszokban vannak jelen.

31

LipidekSzteridek

A lipidekben leggyakrabban előforduló zsírsavak a palmitinsav, oleinsav, linolénsav.

A lipidek nem oldódnak vízben, csak zsíroldószerekben (aceton, éter, kloroform, benzol, benzin stb.)

32

Lipidek

Zsírok-szobahőmőrsékleten szilárdakOlajok-szobahőmérsékleten folyékonyak. Tartaléktápanyag

formájában is jelentkeznek.Zsírnemű anyagok (Lipoidok)-zsírsavaknak valamilyen más

alkohollal (nem glicerinnel) alkotott észterei. pl. ergoszterol (ergoszterin), amely a D2 (chalciferol) vitaminná alakul UV hatásra.

33ergoszterin

Biokatalizátorok

• makromolekulák;• nem a protoplazma strukturális elemei, hanem a biokémiai

folyamatok szabályozásában játszanak szerepet. Biokatalizátorok: enzimek, vitaminok, hormonok.

EnzimekKét részből tevődnek össze:1) aktív fehérje rész-APOENZIM2) “segéd” nem fehérjetermészetű rész-KOENZIMCsak a teljes enzim reakcióképes-HOLOENZIM

34

Enzimek• Osztályozás a katalizált reakciótipus szerint:

1) Oxidoreduktázok: az oxidációs/redukciós (redox) reakciókat katalizálják-elektron átvitelt. pl. oxidázok, dehidrogenázok.

2) Transzferázok: bizonyos funkciós csoportok (-CH3, -NH2, -PO4, -COOH) átvitelét katalizálják. pl. metiltranszferázok, transzaminázok, foszforilázok, glikoziltranszferázok.

3) Hidrolázok: a lebontó folyamatokat katalizálják: észter- (zsírokban), glikozid- (szénhidrátokban) és peptidkötések (fehérjékben) bontását. pl. eszterázok (lipáz), glikozidázok (amiláz, celluláz), peptidázok.

4) Liázok: szintén a molekulák lebontását végzik CO2 és aldehid kiválással. pl. dekarboxilázok és aldolázok.

5) Izomerázok: az izomerizációt katalizálják. pl. racemázok, epimerázok.6) Ligázok: szintézist katalizálnak. pl. karboxilázok, aminosav-ligázok,

peptidszintetázok.

35

Gyógynövények szárítása és tárolása

• enzimaktivitás felfüggesztése;• az oxidációs folyamatok megakadályozása;• a színváltozás hatóanyagcsökkenéssel jár;• tirozin oxidálása-dioxifenilalanin-melanin; (vörös) (fekete)• fenolok oxidálása-kinon (barna).

36

Vitaminok

• Növények képesek előállítani.• Vízben oldódó vitaminok: B1 (Thiamin), B2 (Riboflavin), B6

(Pyridoxin), B12 (Kobalamin), H (H1-Paraaminobenzoésav), PP (Nikotinsavamid), C (Acidum ascorbicum).

• Zsírban oldódó vitaminok: A (Axerofthal), D (Calciferol), E (Tokoferol), K (Fillokinon).

37

Toxinok

38

• Mérgező hatású fehérjék. pl. Alkaloidok-nikotin, koniin, atropin, szolanin, akonitin, papaverin stb.

Aconitum vulpariaFarkasölő sisakvirág

Solanum nigrum Fekete ebszőlő

Conium maculatumFoltos bürök

Solanum dulcamaraKeserű csucsor

Atropa belladonnaNadragulya