Sekundarni metabolizam Sekundarni metabolizam biljaka i sekundarni metabolitibiljaka i sekundarni metaboliti

PPrimarnim metabolizmom biljne rimarnim metabolizmom biljne ććelije smatraju se procesi elije smatraju se procesi fotosinteze i kasnije transformacije nastale glukoze do polisaharida, fotosinteze i kasnije transformacije nastale glukoze do polisaharida, odnosno njene glukolize i formiranja aminokiselina (kasnije odnosno njene glukolize i formiranja aminokiselina (kasnije peptida) i masnih kiselina (kasnije lipida). peptida) i masnih kiselina (kasnije lipida).

Fundamentalni metaboliFundamentalni metaboliččki procesi, procesi primarnog ki procesi, procesi primarnog metabolizma, odvijaju se istim mehanizmima u svim biljkama.metabolizma, odvijaju se istim mehanizmima u svim biljkama.

Ovim procesima nastaju, transformiOvim procesima nastaju, transformiššu se i razgrau se i razgrađđuju osnovna uju osnovna gradivna i jedinjenja koja, ujedno, obezbegradivna i jedinjenja koja, ujedno, obezbeđđuju energiju za rastenje, uju energiju za rastenje, razvirazvićće, funkcionisanje i reprodukciju e, funkcionisanje i reprodukciju žživih organizama; ivih organizama; šećšećeri, eri, masti i belanmasti i belanččevine.evine.

PRIMARNI METABOLIZAM

Raspored metaboličkih procesa u biljnoj ćeliji

Sekundarni metabolizam predstavlja direktan nastavak primarnih metaboličkih procesa i povezan je sa katabolizmom i/ili transformacijom molekula šećera, aminokiselina ili masnih kiselina.

Nastala jedinjenja nazivaju se sekundarni metaboliti i veoma su raznovrsne hemijske prirode.

Ova jedinjenja upotpunjuju funkcionisanje biljnog organizma u kome nastaju, a jedan broj sekundarnih metabolita pokazuje farmakološku aktivnost.

SEKUNDARNI METABOLIZAM

Najvažnije karakteristike sekundarnih metabolita biljaka:Najvažnije karakteristike sekundarnih metabolita biljaka:

• niskomolekulska jedinjenjaniskomolekulska jedinjenja

• nemaju energetski značajnemaju energetski značaj

• hemijska raznovrsnosthemijska raznovrsnost

• biološka i farmakološka aktivnost.biološka i farmakološka aktivnost.

• Farmakološki aktivnim sekundarnim metabolitima i biljkama u Farmakološki aktivnim sekundarnim metabolitima i biljkama u kojima se oni mogu naći u značajnijim količinama, posvećen je kojima se oni mogu naći u značajnijim količinama, posvećen je najveći deo farmakognozije.najveći deo farmakognozije.

Procesi sekundarnog metabolizma se samo donekle mogu generalizovati; odnosno, samo se donekle odvijaju istim mehanizmima u različitim biljkama.

Srodne hemijske strukture samo do jedne određene faze (intermedijera) nastaju ujednačenim biosintetskim putevima.

Svaka, pojedinačna, biljna vrsta (ili tkivo) unosi specifičnosti u ovakve metaboličke procese.

Ove specifičnosti se ogledaju u enzimu koji je prisutan (ili aktivnosti enzima) u nekom određenom tkivu, ili u različitom supstratu.

Sve to može doprineti promenama osnovnog biosintetskog puta ili njegovom račvanju, što rezultira sintezom različitih metabolita.

Šikimati

GLUKOZIDI

GlukozaEritroza-4-fosfat

Fosfo-enol-piruvat fenoli, poliacetileni, hinoni, makrolidi,masne kiseline, lipidi...

mono-, oligo-,poliozidi

Fotosinteza

hCO2 H2O

flavonoidi,antocijanini,tanini...

Aminokiseline

ALKALOIDI

Piruvati

Acetil-CoA

Krebsov ciklus

ŠIKIMATI

cinamati, lignani,kumarini, hinoni...

proteini...

Mevalonati

TERPENI I STEROIDI

POLIACETATI

etarska ulja, seskvi- iditerpeni, saponini,kardenolidi, karoteni...

Povezanost Povezanost produkata produkata primarnog i primarnog i sekundarnog sekundarnog metabolizmametabolizma

Prisustvo i aktivnost odrePrisustvo i aktivnost određđenih enzima i enzimskih sistema je enih enzima i enzimskih sistema je osnovni preduslov za poosnovni preduslov za poččetak nekih metabolietak nekih metaboličkčkih procesaih procesa..

OdreOdređđeni geni su odgovorni za sintezu proteina (enzima), a eni geni su odgovorni za sintezu proteina (enzima), a ispoljenost gena je uslovljena genetskim i fizioloispoljenost gena je uslovljena genetskim i fiziološškim faktorima. kim faktorima.

U odreU određđenoj fazi ontogenetskog razvienoj fazi ontogenetskog razvićća ili delovanjem nekog a ili delovanjem nekog spoljaspoljaššnjeg faktora, njeg faktora, ććelija biva dovedena do fizioloelija biva dovedena do fiziološškog stanja kog stanja optimalnog za aktiviranje gena i sintezu enzima; tada pooptimalnog za aktiviranje gena i sintezu enzima; tada poččinje inje jedan biohemijski proces. jedan biohemijski proces.

EEnzimi koji uslovljavaju pojedine korake odrenzimi koji uslovljavaju pojedine korake određđenih metabolienih metaboliččkih kih procesa, sekundarnog metabolizma, samo su delimiprocesa, sekundarnog metabolizma, samo su delimiččno no indentifikovani; najveindentifikovani; najvećći broj biosintetskih puteva, kojima nastaju i broj biosintetskih puteva, kojima nastaju farmakolofarmakološški aktivna jedinjenja biljaka, nije enzimoloki aktivna jedinjenja biljaka, nije enzimološški razreki razreššen.en.

+

C

CH2

COOH

O PO3H2

Fosfoenolpiruvinskakiselina

CHO

C

C

OHH

CH2OPO3H2

H OH

Eritroza-4-fosfat

CH2

C

CHOH

COOH

O

C

C

OH

CH2OPO3H2

OHH

H

2-Keto-3-deoksi-fosforo-D-glukoheptonska kiselina

O OH

OH

OH

3-Dehidrošikiminskakiselina

O

COOH

OH

OH

HO

3-Dehidrokininskakiselina

OHH

HOOC

O

COOH

Prefenska kiselina

COOH

OH

COOH

Horizminska kiselina

COOH

OH

H2O3PO OH

Šikiminska kiselina-3-fosfat

COOH

OH

HO OH

Šikiminska kiselina

CH2 C COOH

OPO3H2

-H2O

COOH

NH2

Antranilna kiselina

NNH2

H

COOH

Triptofan

Fosforibozil-pirofosfat Serin

COOH

O

Fenilpiruvinskakiselina

COOH

NH2

Fenilalanin

COOH

O

OH

p-Hidroksifenil-piruvinska kiselina

COOH

OH

NH2

TirozinBiosinteza aromatičnih derivata preko šikiminske kiseline (fenilpropanski put)

Biositneza Biositneza aromatičkih aromatičkih jedinjenjajedinjenja

CH3

COOH

OH

4 CH3COOH

Iz aktiviranog acetata

OH

COO-

O COO-

Horizmat

CO2H

NH2

L-Fenilalanin

CO2H

Cimetna kiselina

CO2H

HO

p-Kumarinska kiselina

X(RO)

(RO)

(RO)

Cinamati i derivati

COOH

COO-O

NH2

COOH

COO-O

OH

Izohorizminska kiselina

COOH

OH

Salicilna kiselina

Indolnialkaloidi

COOH

NH2

Antranilna kiselina

NH

CO2H

NH2

L-Triptofan

O

COOHCOOH

Hinoni

Transformacija horizmata do različitih grupa sekundarnih metabolita

Arilno premeštanje

3 CH3COOH+

Halkonska strukturaPoliketidna struktura

O

CoAS

OH

4-Kumaroil-CoA

AS.CoA

OO

O O

OH

B B

O

OH

OH

OH

HO

(OH)

Izaflavanonska struktura Flavonska struktura Flavanonska struktura

A A AB

HO

OH

O

O

(OH)

OHB

O

OH

O

OH

HO

(OH)

B

O

OH

O

OH

HO

(OH)

Biosintetsko poreklo razliBiosintetsko poreklo različčitih flavonoidnih itih flavonoidnih molekula molekula

8 CH3COOH O O O

O

OOO

Enz-SOC

OH

O

Enz-SOC

[O]OH

O

HOOC

O

Biosinteza aromatičnih derivata poliketidnim biosintetskim putem

O

R

OH OH

O

O2

CO2

CH3CO-SCoACO2

COOH

CH2

COOH

7

O O O

COOH

O

O O O*

O

O O O

COOH

H H

Keto forma

O

COOH

H HHO

OH OH

Enolna forma, C16 cviter jon(endokrocin antron)

O

H HHO

OH OH

Emodin antron

O

H H

OH OH

OHOOH

R

R

OHOOH

H H4H2O, CO2

O O O

COOHO O O

HO

H

CH3COSCoA

Acetil-CoA

CH3COCH2COSCoA

Acetoacetil-CoA

+ -OOC CH2 C

OH

CH3

CH2 COSCoA

Hidoksimetilglutarat

CCH2 CH2

CH3

HOCH2 COO-OH

Mevalonat

2TPNH

CCH2 CH2

CH3

--O3POCH2 COO-OH

5-Fosfomevalonat

CCH2 CH2

CH3

---O6P2OCH2 COO-OH

5-Pirofosfomevalonat

ATP

ATP

CH3 C CH

CH3

CH2OP2O6---

Dimetilalilpirofosfat

---O6P2OCH2 CH2 C

CH3

CH2

Izopentenilpirofosfat

R

G

G

R

C CH

CH3

CH3 CH2 CH2 C CH

CH3

CH2OP2O6-

Geranilpirofosfat

C CH

CH3

CH3 CH2 CH2 C CH

CH3

CH2 CH2 C CH

CH3

CH2OP2O6---

Farnezilpirofosfat

IPP

ATP -CO2

Izoprenski biosintetski put;

Formiranje aktiviranih C5 jedinica

Guma

n

-Karoten

2Limonen

O

Kamfor

Monoterpeni

O

COOH

HO

Triterpeni

Gliciretinska kiselina

Steroidi

Skvalan

Seskviterpeni

Zingiberen

Izopren

Različite klase terpenskih jedinjenjaRazličite klase terpenskih jedinjenja

Tetraterpeni

BioloBiološška funkcija sekundarnih metabolitaka funkcija sekundarnih metabolita

Dugo vremena se verovalo da su to sporedni produkti bez značaja za biljku.

Danas je poznato da ovakva jedinjenja:- predstavljaju inaktivirane oblike i depoe štetnih produkata,- sastavni su delovi nekih enzimskih sistema (koenzimi),- poseduju hormonsku aktivnost,- imaju zaštitnu ulogu za biljku, - regulišu odnose biljke u kojoj nastaju s drugim biljkama (alelopatska ulogu).

Shodno ovakvom sagledavanju, smatra se da su upravo sekundarni metaboliti predstavljali adaptaciju (mehanizam adaptacije) biljne vrste na različite ekološke faktore i da su upravo oni omogućili opstanak vrste.

Ovo se definiše kao ekološki (adaptivni) aspekt sekundarnog metabolizma biljaka.

Klasifikacija farmakoloKlasifikacija farmakološški aktivnihki aktivnihsekundarnih metabolita biljakasekundarnih metabolita biljaka

-alkaloidi,alkaloidi,-pirolidinski, piperidinski, piridinski, izohinolinski, indolni, pirolidinski, piperidinski, piridinski, izohinolinski, indolni, steroidni...steroidni...

- heterozidi,heterozidi,-fenolni, flavonoidni, antocijanski, antrahinonski, fenolni, flavonoidni, antocijanski, antrahinonski, kardiotonični...kardiotonični...

- saponozidi,saponozidi,-triterpenski, steroidni,triterpenski, steroidni,

- tanini,tanini,- hidrolizujući, kondenzovani,hidrolizujući, kondenzovani,

- terpenoiditerpenoidi- etarska ulja,etarska ulja,- seskviterpenski laktoni...seskviterpenski laktoni...

Ostali produkti i sastojci:Ostali produkti i sastojci:

• diterpeni (smole);• balzami...

• masna ulja, masne kiseline;

• sluzi, biljne gume (heteropolisaharidi);

• amino kiseline, proteini;