Глава 9. Вторичный метаболизм (Носов а.М.)

9.1. Вторичные метаболиты – это низкомолекулярные соединения, обычно обладающие биологической активностью, присутствие которых в растительной клетке совсем не обязательно.

В 1891 году немецкий биолог Альбрехт Коссель в лекции «О химическом составе клеток», которую он прочел для Берлинского общества физиологов, впервые ввел понятие «первичных» и «вторичных» компонентов клетки: «я предлагаю называть соединения, имеющие важность для каждой клетки, первичными, а соединения, не присутствующие в любой растительной клетке – вторичными. … В то время как первичные метаболиты присутствуют в любой растительной клетке, способной к делению, то вторичные метаболиты присутствуют в клетках только “нечаянно” и не необходимы для жизни растения». Отсюда становится понятен термин “вторичные метаболиты” - второстепенные, “случайные”, некоторые "чудачества" растительного метаболизма, допустимые излишества. Такие соединения в литературе иногда даже называли "веществами роскоши клеток".

Ситуация радикально изменилась в последние десятилетия, с возникновением новых методов анализа и идентификации веществ: прежде всего высокоэффективной хроматографии высокого давления (ВЭЖХ) и хромато-масс-спектрометра (ГЖХ-МС). Выяснилось, что растения содержат десятки, если не сотни тысяч различных вторичных метаболитов и их структура чрезвычайно разнообразна. К настоящему времени на предмет присутствия вторичных метаболитов исследовано около 20 -30 тысяч видов растений - то есть всего 10-15% от всей флоры Земли. Несмотря на это уже идентифицировано около 100 000 индивидуальных соединений вторичного метаболизма. Ежедневно в мире идентифицируют около десятка новых вторичных метаболитов.

Очевидно, что при таком широком представительстве в мире растений считать, что они синтезируются “случайно” не корректно. Также маловероятно, что такое количество разнообразных соединений не имеет функциональной роли в жизни растения.

Наиболее аргументированной к настоящему времени является гипотеза, что, в отличие от первичных метаболитов, соединения вторичного метаболизма имеют функциональное значение не на уровне клетки, а на уровне целого организма. Скорее всего эти вещества выполняют “экологические” функции, то есть имеют значение для защиты растения от различных вредителей и патогенов, они участвуют в размножении растения (окраска и запах цветков, плодов), во взаимодействии растений между собой и другими организмами в экосистеме. Условия окружающей среды для разных видов растений весьма разнообразны, более того, каждый вид растения может “решать” сходные задачи по-своему. Отсюда становится понятным огромное разнообразие соединений вторичного метаболизма растений и уникальность их набора для вида растения, зависимость от фазы развития растения, условий его выращивания. Из “экологических” задач также следует, что многие вторичные метаболиты должны обладать биологической активностью, что действительно имеет место. Большинство лекарственных и ядовитых растений являются таковыми именно за счет присутствия вторичных метаболитов. Выделение и химический анализ действующих веществ из таких растений показали еще одну особенность вторичных метаболитов: эти соединения, как правило, относительно низкомолекулярны: молекулярная масса большинства из них не превышает 2,0 – 3.0 kDа (обычно меньше).

И, наконец, еще одна черта вторичных метаболитов: с развитием биохимии было установлено, что они синтезируются из очень небольшого числа предшественников: 7-8 аминокислот для алкалоидов, фенилаланин или тирозин для фенольных соединений, мевалоновая кислота или 5-оксиксилулоза для изопреноидов.