Δευτερογενείς μεταβολίτες

Οι δευτερογενείς μεταβολίτες είναι χημικές ενώσεις με μικρό μοριακό βάρος που παράγονται από οργανισμούς (φυτά, φαιοφύκη, μύκητες, βακτήρια) και δεν φαίνεται να εμπλέκονται άμεσα στην ανάπτυξη ή στην αναπαραγωγή ενός οργανισμού.Σε αντίθεση με τους πρωτογενείς μεταβολίτες, η απουσία των δευτερογενών δεν προκαλεί άμεσο θάνατο, αλλά σε μακροπρόθεσμη βλάβη της επιβίωσης, της γονιμότητας, ή του φαινότυπου του οργανισμού ή ενδεχομένως σε κάποια σημαντική αλλαγή σε όλα. Δεν έχουν γενικά αναγνωρισμένους ρόλους σε βασικές μεταβολικές διεργασίες όπως π.χ. για τα φυτά η φωτοσύνθεση, η αναπνοή, η μεταφορά διαλυμένων ουσιών και η αφομοίωση θρεπτικών ουσιών. Για τον λόγο αυτό οι ενώσεις αυτές ονομάστηκαν δευτερογενείς μεταβολίτες ή προϊόντα του δευτερογενούς μεταβολισμού.Ιωάννης Β. Τσέκου, 2003, Φυσιολογία Φυτών, τόμος I, Εκδοτικός οίκος Αδερφών Κυριακίδη α.ε., Θεσσαλονίκη
Οι φυτικοί οργανισμοί παράγουν έναν μεγάλο αριθμό οργανικών μορίων με τον αριθμό τους να ξεπερνά τις 100.000Hadacek,F. (2002). "Secondary Metabolites as Plant Traits: Current Assessment and Future Perspectives". Critical Reviews in Plant Sciences 21 (4): 273-322. doi:10.1080/0735-260291044269.  

 Κυριότερα χαρακτηριστικά 

 Ο συνολικός αριθμός τους δεν ξεπερνάει κατά πολύ εκείνο των πρωτογενών μεταβολιτών
 Οι μεταβολίτες αυτοί προέρχονται από ενδιάμεσες ενώσεις του πρωτογενούς μεταβολισμού
 Η σύνθεση και συσσώρευσή τους αποτελεί μια συντονισμένη και ολοκληρωμένη δραστηριότητα των φυτικών κυττάρων που συνδέεται στενά με την ικανότητα διαφοροποίησης δηλαδή με το μηχανισμό δημιουργίας εξειδικευμένων κυττάρων και επομένως ακολουθεί συγκεκριμένη πορεία στον τόπο και στον χρόνο.
 Πολυάριθμα μονοπάτια του δευτερογενούς μεταβολισμού λειτουργούν αποκλειστικά σε ορισμένες οικογένειες φυτώνΚαραμπουρνιώτης, Γ.Α. 2003. Η άμυνα των φυτών έναντι βιοτικών παραγόντων καταπόνησης. Σε: Φυσιολογία καταπονήσεων των φυτών, οι λειτουργίες των φυτών κάτω από αντίξοες συνθήκες

 Οι τρεις κύριες ομάδες των δευτερογενών μεταβολιτών όπως κατατάσσονται με βάση τα βιομόρια από τα οποία προέρχονται 

 Φαινολικές ενώσεις 

Οι ενώσεις αυτές περιλαμβάνουν μεταβολίτες που χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη ενός τουλάχιστον αρωματικού δακτυλίου (C6) µε ένα ή περισσότερα υδροξύλια (εικ. 1) και συντίθενται κυρίως μέσω των βιοσυνθετικών οδών του σικιμικού ή/και του μαλονικού οξέος.Αγγελική Αϊναλίδου, 2008. ∆ευτερογενείς µεταβολίτες από φυτά της ελληνικής χλωρίδας µε επίδραση στην ανάπτυξη φυτοπαθογόνων βακτηρίων. Μεταπτυχιακή διατριβή. Εργαστήριο Γεωργικής Χημείας. Σχολή Γεωπονίας. Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Οι φαινολικές ενώσεις προέρχονται από το αμινοξύ φαινυλαλανίνη.

 Τερπένια 

Παράγονται μέσω της βιοσυνθετικής οδού του μεβαλονικού και πρόδρομο μόριο το ακέτυλο συνένζυμο Α ή μέσω της βιοσυνθετικής οδού του πυροσταφυλικού- φωσφογλυκεριναλδεΰδης. Οι ενώσεις αυτές προέρχονται από την βασική μονάδα του ισοπρενίου - ισοπεντανίου (C5). Η ομάδα αυτή αποτελείται από πάρα πολλά μέλη, με εξαιρετική ποικιλότητα δομής. Η ονομασία τερπένιο προέρχεται από τη γερμανική λέξη terpentin (νέφτι), διότι από το προϊόν αυτό απομονώθηκαν τα πρώτα μέλη της ομάδας. Έχουν προσδιορισθεί πάνω από 23.000 διαφορετικά τερπένια, με διαφορετική δομή 

 Αζωτούχες ενώσεις 

Περιλαμβάνει ενώσεις που προέρχονται κυρίως από αμινοξέα. Πρόκειται για μια ετερογενή οµάδα δευτερογενών μεταβολιτών,  η οποία αποτελείται από τα αλκαλοειδή, τις βεταλαΐνες, διάφορα μη πρωτεϊνικά αμινοξέα, αμίνες (όπως η ισταμίνη), κυανογενείς γλυκοζίτες, θειογλυκοζίτες και αμυντικές πρωτεΐνες.

 Βιολογικός ρόλος δευτερογενών μεταβολιτών 
Οι δευτερογενείς μεταβολίτες διαφοροποιούνται ανάλογα με το είδος του φυτού και παράγονται σε συγκεκριμένα στάδια της ανάπτυξής τους σε συγκεκριμένους ιστούς. Θεωρείται, ότι οι δευτερογενείς μεταβολίτες έχουν εξελιχθεί κατά την προσαρμογή των φυτών, ως μηχανισμοί άμυνας, ακόμα και επικοινωνίας. Για την αποφυγή των αντίξοων βιοτικών επιδράσεων και των εχθρών τους, τα φυτά  εκτός από την κατάλληλη δομή έχουν αναπτύξει ένα «βιοχημικό οπλοστάσιο», καθώς δεν έχουν την ικανότητα κίνησης.

Οι βιολογικές δράσεις τους είναι οι ακόλουθες:

 Αλληλοπαθητικές 
Ενώσεις που εκλύονται είτε από τις ρίζες, είτε από το φύλλωμα των φυτών και μπορούν να επηρεάσουν λειτουργίες γειτονικών φυτών, την ανάπτυξη ή την αναπαραγωγή, ονομάζονται αλληλοπαθητικές ουσίες. Οι πιο διαδεδομένες είναι οι φαινολικές και ακολουθούν τα τερπένια, αλκαλοειδή, κυανογενή γλυκοσίδια κ.αMachrafi, Y., Prevost, D. and Beauchamp, C.J. 2006. Toxicity of phenolic compounds extracted from bark residues of different ages. J. Chem. Ecol. 32: 2595-2615

 Προσελκυστικές 
Με την έκλυση πτητικών τερπενίων και ανθοκυανίνων προσελκύονται επικονιαστές καθώς και φυσικοί εχθροί των οργανισμών που επιτίθενται στα φυτά.Wink, M. 1988. Plant breeding: importance of plant secondary metabolites for
protection against pathogens and herbivores. Theor. Appl. Genet. 75: 225-233Heil, M. and Kost, C. 2006. Priming of indirect defences. Ecol. Lett. 9: 813-817

 Αντιοξειδωτικές και προστατευτικές 
Οι κύριοι δευτερογενείς μεταβολίτες που έχουν προστατευτική δράση από την υπεριώδη ακτινοβολία απορροφώντας την, είναι τα φλαβανοειδή καθώς και ενώσεις της επιδερμίδας των φύλλων. Ακόμα μια προστατευτική δράση των δευτερογενών μεταβολιτών είναι έναντι των θερμοκρασιακών καταπονήσεων με την αύξηση των τερπενίων κάνοντας το φυτό πιο ανθεκτικό σε αυτές. Φαινολικές ενώσεις και γλυκοζίτες φαινυλοπροπανοειδών σε κάποια είδη έδειξαν έντονη αντιοξειδωτική δράση.Charami, M.-T., Lazari, D., Karioti, A., Skaltsa, H., Hadjipavlou-Litina, D. and
Souleles, C. 2008. Antioxidant ant anti-inflammatory activities of Sideritis
perfoliata subsp. perfoliata (Lamiaceae). Phytother. Res. 22: 450-454

 Αντιμικροβιακές 
Για την καταπολέμηση των βακτηρίων, μυκήτων και ιών εκλύονται ενώσεις όπως αλκαλοειδή, τερπένια, ταννίνες και  φλαβονοειδή.De Bruyne, T., Pieters, L., Deelstra, H. and Vlietinck, A. 1999. Condensed vegetable tannins: biodiversity in structure and biological activities. Biochem. System. Ecol. 27: 445-459 

 Εντομοαπωθητικές και εντομοκτόνες 
Ενώσεις όπως τερπένια, αλκαλοειδή και απλές φαινολικές έχουν εντομοκτόνο και εντομοαπωθητική δράση ενώ φαινολικά γλυκοσίδια και τερπένια μπορούν να απωθήσουν ακόμα και θηλαστικά που είναι θηρευτές της φυτομάζας. 

Σήματα επικοινωνίας
Οι δευτερογενής μεταβολίτες μπορούν να δρουν ως σήματα επικοινωνίας με γειτονικά φυτά του ίδιου ή διαφορετικού είδους προειδοποιώντας τα φυτά «δέκτες» για κάποια επικείμενο κίνδυνο. Έτσι, τα φυτά «δέκτες» ενεργοποιούν τους αμυντικούς μηχανισμούς τους εγκαίρως ώστε να αντιμετωπίσουν τους εχθρούς τους αποτελεσματικά.Dicke, M., Agrawal, A.A. and Bruin, J. 2003. Plants talk, but are they deaf? Trends Plant Sci. 8: 403-405Baldwin, I.T., Halitschke, R., Paschold, A., Dahl, C.C. and Preston, C.A. 2006.Volatile signaling in plant-plant interactions: Talking trees in the genomics
era. Science 311: 812-815Preston, C.A., Laue, G. and Baldwin, I.T. 2001. Methyl jasmonate is blowing in the wind, but can it act as a plant-plant airborne signal? Biochem. Syst. Ecol. 29:
1007-1023  

 Αντιμικροβιακή δράση των δευτερογενών μεταβολιτών 
Η ανάγκη αντιμετώπισης των παθογόνων μικροοργανισμών οδήγησε πολλούς ερευνητές στη μελέτη των αντιµυκητιακών, αντιβακτηριακών και αντιικών δράσεων των δευτερογενών μεταβολιτών. Ενώσεις και από τις τρεις οµάδες των δευτερογενών μεταβολιτών έδειξαν τέτοιες δράσεις. 

Παραδείγματα:

Αντιβακτηριακή δράση
Σύμφωνα  µε τα αποτελέσματα μίας έρευνας, σε αιθέρια έλαια από φυτά Origanum, Thymus, και Satureja βρέθηκε η ύπαρξη αντιβακτηριακών δράσεων, έναντι βακτηρίων που αναπτύσσονται σε τρόφιμα. Τα κύρια συστατικά αυτών των αιθέριων ελαίων ήταν μονοτερπενικοί υδρογονάνθρακες και φαινολικά μονοτερπένια.  Συγκριτικά μεγαλύτερη ήταν η δράση των εκχυλισμάτων,  τα οποία προέκυψαν από τα φυτά ειδών του γένους Satureja. Όπως και σε άλλα πειράματα µε αιθέρια έλαια, τα Gram- θετικά ήταν πιο ευαίσθητα από τα Gram-αρνητικά βακτήρια. 

Αντιμικροβιακή δράση
Η έρευνα για την αντιμικροβιακή δράση των εκχυλισμάτων του φυτού Thymus fallax έδειξαν ότι τα εκχυλίσματα αυτού του φυτού είναι πλούσια σε μονοτερπένια, φαινόλες και ειδικά σε θυμόλη, καρβακρόλη, c-τερπενίνη και p-κιμίνη. Τα αποτελέσματα μίας μελέτης,Ozturk, S. and Ercisli, S. 2005. Broad-spectrum antibacterial properties of Thymus fallax. Pharmac. Biol. 43 (7): 609-613 έδειξαν ότι το μεθανολικό εκχύλισμα του Thymus,  είχε αντιβακτηριακή δράση σε 27 από τα 52 είδη βακτηρίων που δοκιμάστηκαν, μεταξύ των οποίων και το Pseudomonas syringae.

Μυκητοκτόνο δράση
Εκχυλίσματα από το φυτό Centaurea raphanina ssp. mixta, βρέθηκαν να έχουν μυκητοκτόνο δράση. Τα κύρια συστατικά τους ήταν πολυφαινόλες και µόνο µία σεσκιτερπενική λακτόνη,  η κνικίνη (cnicin).  Οι in vitro δοκιμές έδειξαν ότι η μυκητοκτόνος δράση οφείλεται στην κνικίνη, η οποία φαίνεται να είναι περισσότερο δραστική και από το μυκητοκτόνο μικοναζόλη.Panagouleas, C., Skaltsa, H., Lazari, D., Skaltsounis, A.-L. and Sokovic, M. 2003.Antifungal activity of secondary metabolites of Centaurea raphanina ssp. mixta, growing wild in Greece. Pharmac. Biol. 41 (4): 266-270 

 Χρήση δευτερογενών μεταβολιτών 
Οι δευτερογενείς μεταβολίτες και η χρήση τους είναι στενά συνδεδεμένη με την επιβίωση του ανθρώπου και του πολιτισμού. Αρχικά µε κριτήριο το ένστικτο και αργότερα µε οδηγό την επιστήμη, οι εφαρμογές τους στην καθημερινή ζωή και στην φαρμακευτική είναι πολύ διαδεδομένες. 
Υπάρχουν κάποια προϊόντα τα οποία βασίζονται στους δευτερογενείς μεταβολίτες των φυτών.  Γνωστή είναι η χρήση, στην ιατρική, των αλκαλοειδών ατροπίνη, μορφίνη, κινίνη και διγιτοξίνη. Οι ουσίες αυτές μπορούν να  χρησιμοποιηθούν  είτε ως ανεπεξέργαστες ουσίες είτε ως παράγωγα αυτών των ουσιών όπως η ασπιρίνη και κάποια τοπικά αναισθητικά. 

Παραδείγματα:

Φαρμακευτική χρήση
Η κινίνη, που βρίσκεται σε φυτικά είδη του γένους Cinchona,  θεωρείτο φάρμακο επιλογής κατά της ελονοσίας και το στερεοισοµερές της κινιδίνη χρησιμοποιείται ως φάρμακο κατά της αρρυθμίαςVerpoorte, R. 1998. Exploration of nature?s chemodiversity: the role of secondary metabolites as leads in drug development. Drug Devel. Tod. 3 (5): 232-238

Εντομοκτόνος δράση στην γεωργία
Η αζαδιραχτίνη είναι ένα τριτερπενικό παράγωγο το οποίο παραλαμβάνεται από εκχύλισμα του φυτού Azadirachta indica και χρησιμοποιείται στην γεωργία ως εντομοκτόνο.  Τα λιμονοειδή του Azadirachta indica χρησιμοποιούνταν επιπλέον στην παραδοσιακή ιατρική εξαιτίας των αντικαρκινικών καθώς και άλλων θεραπευτικών ιδιοτήτων τους. Έρευνες συνεχίζουν να γίνονται όσον αφορά κυρίως τις θεραπευτικές ιδιότητες των λιµονοειδών,  µε σκοπό την διερεύνηση της χρήσης τους στη σύγχρονη ιατρική. 

Αντιβακτηριακή δράση στην γεωργία
Το σκεύασμα Bactosan προστατεύει τα φυτά από βακτηριακές προσβολές. Περιέχει εκχυλίσματα του φυτού Pongamia pinata το οποία έχει δραστική ουσία την πογκαμίνη. Η πογκαμίνη παρουσιάζει ισχυρή αντιβακτηριακή δράση τόσο στα gram-θετικά όσο και στα gram-αρνητικά βακτήρια. Η πογκαμίνη συνιστάται για την αντιμετώπιση των συμπτωμάτων όπως η κηλίδωση των φύλλων, ο μαρασμός και τα καρκινώματα.

 Παραπομπές 

Κατηγορία:Μεταβολισμός
Κατηγορία:Φυσιολογία φυτών