Реферат на тему Метаболиты. Первичные, вторичные, получение и их использование

Содержание:

Введение 3
1. Первичные метаболиты 5
1.1. Получение первичных метаболитов 8
1.2. Применение первичных метаболитов 10
2. Вторичные метаболиты 14
2.1. Получение вторичных метаболитов 17
2.2. Применение вторичных метаболитов 20
Заключение 21
Список литературы 22

Введение:

Метаболиты (греч. Metabole — изменение, трансформация) — вещества, образующиеся в клетках, тканях и органах растений и животных в процессе межуточного метаболизма и участвующие в последующих процессах ассимиляции и диссимиляции. В физиологии и медицине метаболиты обычно включают продукты внутриклеточного метаболизма, которые подлежат окончательному расщеплению и выведению из организма. Поступая в кровь, большинство метаболитов участвуют в гуморальной регуляции функций, осуществляя специфические и неспецифические воздействия на биохимические и физиологические процессы.
Термины «вторичные метаболиты» и «вторичный метаболизм» были включены в словарь биологов в конце 19-го века с помощью профессора Косселя. В 1891 году в Берлине он прочитал лекцию на собрании Физиологического общества, которая называлась «О химическом составе клеток». В этой лекции, которая была опубликована в том же году в Archiv fur Physiologie, он предложил разделить вещества, из которых состоит клетка, на первичные и вторичные. «Хотя первичные метаболиты присутствуют в каждой растительной клетке, способной делиться, вторичные метаболиты присутствуют в клетках только« непреднамеренно »и не являются необходимыми для жизнедеятельности растения.
Случайное распределение этих соединений, их нерегулярное присутствие в близких видах растений, вероятно, указывает на то, что их синтез связан с процессами, которые не являются неотъемлемыми для каждой клетки, но являются скорее вторичными по природе … Я предлагаю называть соединения, которые важны для каждой клетки, первичными, а соединения, которых нет ни в одной растительной клетке, — вторичными. Из этого становится ясно, что происхождение названия «вторичные метаболиты» означает вторичное, «случайное». Спектр соединений первичного обмена веществ очевиден — это прежде всего белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Правда, Коссель считал лишь несколько сотен низкомолекулярных соединений, необходимых для каждой делящейся растительной клетки, первичными метаболитами. До недавнего времени вторичные метаболиты также не были предметом особой полемики. Соглашаясь с Косселем, большинство исследователей полагали, что это были некоторые «эксцентриситеты» метаболизма, допустимые излишки. Такие соединения в литературе иногда даже называют «клеточными веществами роскоши».
Все живые организмы на нашей планете образуют различные соединения основного обмена, такие как углеводы, белки, липиды, витамины и другие вещества, необходимые для роста и развития. Их содержание и состав зависят от генетических характеристик объектов, стадии онтогенеза и условий произрастания. В дополнение к первичным метаболитам некоторые организмы (в основном растения) синтезируют так называемые вторичные метаболиты, которые включают алкалоиды, терпеноиды, стероиды, фенольные соединения, цианогенные гликозиды и т. д.
Многие промежуточные и конечные продукты клеточного метаболизма могут представлять интерес для человека в качестве сырья для химической пищевой и фармацевтической промышленности или использоваться напрямую. Однако, если получение конечных продуктов метаболизма не является большой проблемой, поскольку процесс их синтеза происходит естественным путем, то получение промежуточных продуктов метаболизма или продуктов, которые совсем не характерны для данного производителя, является большой проблемой. Поэтому, только научившись контролировать и управлять метаболическими процессами, вы можете получать эти продукты в любом необходимом количестве. Это тем более актуально, потому что это очень трудоемко, экономически невыгодно или даже невозможно получить их альтернативными методами химического синтеза из животного или растительного сырья.
Актуальность работы заключается в том, что первичные и вторичные метаболиты являются биологически активными веществами, которые участвуют в химических реакциях, проходящих в организме. Метаболиты необходимы для роста клеток.
Цель работы: рассмотреть первичные и вторичные метаболиты, способы их получения и применения.
Задачи: дать определение первичным и вторичным метаболитам, изучить получение метаболитов и выявить область их применения.
Работа состоит из введения, двух глав, каждая из которой состоит из двух подглав, заключения и списка литературы.

Заключение:

Метаболизм — это целостность всех химических и энергетических реакций, обеспечивающих жизнедеятельность и самовоспроизводство человеческого организма. Метаболизм лежит в основе жизни. Метаболизм обеспечивает адаптацию живого организма к внешнему вреду, дает возможность его изменять и адаптировать в зависимости от динамично меняющихся условий внешнего мира. Метаболизм — это процесс, который происходит между клетками и внеклеточной жидкостью.
Отличительной особенностью всех живых организмов является то, что они являются метаболизмом — обменом веществ. Это комбинация химических реакций, которые приводят к выработке первичных и вторичных метаболитов. Разница между ними заключается в том, что первые характерны для всех существ (синтез белков, аминокарбоновых и нуклеиновых кислот, углеводов, пуринов, витаминов), а вторые характерны для определенных типов организмов и не участвуют в процессе роста и размножения. Однако они выполняют определенные функции. В животном мире вторичные соединения вырабатываются редко, чаще они попадают в организм вместе с растительной пищей. Эти вещества синтезируются главным образом в растениях, грибах, губках и одноклеточных бактериях.
Подавляющее большинство активных веществ были получены из растений. Первым таким соединением был морфин, алкалоид морфина, который в 1803 году выделил немецкий фармацевт Зертюнер из опия (сушеный сок мака). Собственно, это событие можно считать началом изучения вторичных метаболитов высших растений.
Затем пришла очередь других алкалоидов. Профессор Харьковского университета Ф.И. Гиз в 1816 году получил хинонин из коры хинного дерева, но он остался почти незамеченным, и многие исследователи связывают открытие алкалоидов хинного с Десосом, который выделил хинин и хинонин в чистом виде только в 1820 году.
В 1818 году Каванту и Пелетье были выделены из рвотного грецкого ореха (семена чилибуха Strychnos nux-vomica L.) стрихнина; Рунге в 1920 году нашел кофеин в кофе; в 1826 году Гизекке обнаружил кониин в болиголове (Conium maculatum L); в 1828 году Поссел и Райман изолировали никотин от табака; в 1831 г. шахта получила атропин от белладонны (Atropa beladonna L.).
В современной медицине используются жирные кислоты, масла, полисахариды растительного происхождения, а также удивительно разнообразные вторичные метаболиты. Вторичный метаболизм, в отличие от первичного обмена, общего для всех организмов, характеризуется таксономической оригинальностью. Вторичный метаболизм растений является особенностью дифференцированных растительных клеток и тканей, он присущ только специализированным органам и ограничен определенными фазами жизненного цикла. Основные классы вторичных метаболитов включают алкалоиды, изопреноиды и фенольные соединения. Цианогенные гликозиды, поликетиды и витамины также синтезируются в растениях. Из 30 известных витаминов около 20 поступают в организм человека с растительной пищей.

Фрагмент текста работы:

1. Первичные метаболиты

Основными веществами биосинтеза являются белки, некоторые ферменты, витамины, липиды, нуклеиновые кислоты и углеводы.
Белки — это биополимеры, структурная основа которых состоит из длинных полипептидных цепей, состоящих из альфа-аминокислотных остатков, связанных друг с другом пептидными связями. Как правило, белки называются полипептидами, содержащими более 50 аминокислотных фрагментов. Белки делятся на простые — белки, дающие только аминокислоты при гидролизе, и сложные — в них белок связан с небелковыми веществами: нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеинами), углеводами (гликопротеинами), липидами (липопротеинами), пигментами (хромопротеинами), остатки фосфорной кислоты (фосфопротеиды) и другие. Из простых белков в растениях присутствуют альбумин (семена гороха), глобулины (семена сои), глютелины и проламины (злаки), которые часто используются растениями в качестве резервного питательного вещества. Среди сложных белков особое место принадлежит нуклеопротеинам, участвующим в явлениях наследственности. Как ферменты (энзимы) белки регулируют все жизненные процессы клетки [6]. Ряд белков являются токсичными веществами. Например, токсичные белки представлены в ядах змей. Они характеризуются низким молекулярным весом. Растительные токсины более разнообразны по форме и молекулярной массе (риксин токсальбумина из семян фасоли).
Витамины — это особая группа органических веществ, которые выполняют важные биологические и биохимические функции в живых организмах. Эти органические соединения различной химической природы синтезируются преимущественно растениями, а также микроорганизмами. Людям и животным, которые их не синтезируют, витамины требуются в очень небольших количествах по сравнению с питательными веществами (белками, углеводами, жирами). Известно более 20 витаминов. У них есть буквенные обозначения, химические названия и названия, которые характеризуют их физиологический эффект. Витамины подразделяются на водорастворимые (аскорбиновая кислота, тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, пиридоксин, фолиевая кислота, цианокобаламин, никотинамид, биотин) и жирорастворимые (ретинол, филлохинон, кальциферолы, токоферолы). Витаминоподобные вещества включают некоторые флавоноиды, липоевую, оротическую, пангамовую кислоты, холин, инозит. Биологическая роль витаминов разнообразна. Установлена тесная связь между витаминами и ферментами. Например, большинство витаминов группы В являются предшественниками коэнзимов и групп ферментов-протезов.
Липиды — это жиры и жироподобные вещества, полученные из высших жирных кислот, спиртов или альдегидов. Подразделяются на простые и сложные. К простым относятся липиды, молекулы которых содержат только остатки жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. Из простых липидов у растений и животных есть жиры и жирные масла, которые представляют собой ацилглицерины и воски. Ацилглицеролы (ацилглицеролы) являются наиболее распространенной группой липидов в природе. Эти соединения представляют собой сложные эфиры жирных кислот и трехатомного спирта глицерина, в которых могут быть этерифицированы одна, две или три гидроксильные группы.
Воски состоят из сложных эфиров высших жирных кислот и одноатомных или двухатомных высших спиртов. Простагландины, образующиеся в организме из полиненасыщенных жирных кислот, близки к жирам. По химической природе это производные простановой кислоты со скелетом из 20 атомов углерода, содержащие циклопентановое кольцо.
Сложные липиды делятся на две большие группы: фосфолипиды и гликолипиды (то есть соединения, имеющие в своей структуре остаток фосфорной кислоты или углеводный компонент). Являясь частью живых клеток, липиды играют важную роль в процессах жизнеобеспечения, формируя запасы энергии у растений и животных [2].
Нуклеиновые кислоты — это биополимеры, мономерными цепями которых являются нуклеотиды, состоящие из остатков фосфорной кислоты, углеводного компонента (рибозы или дезоксирибозы) и азотистого (пуринового или пиримидинового) основания. Существуют дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты.
Пептиды представляют собой органические соединения, состоящие из аминокислотных остатков, связанных пептидной связью. По количеству аминокислотных фрагментов различают ди-, три-, тетра- или полипептиды. Низкомолекулярные пептиды обнаруживаются почти во всех живых клетках. Например, трипептид глутатион, распространенный в тканях животных и растений, участвует в окислительно-восстановительных реакциях, а также в переносе аминокислот через цитоплазматическую мембрану. Пептиды включают в себя множество природных биологически активных веществ: некоторые гормоны (инсулин, вазопрессин), антибиотики (грамицидин), ингибитор фермента тромбина, содержащегося в слюне пиявки (гирудин); Присутствующий в плазме крови брадикинин регулирует кровоток и проницаемость клеточных мембран. Некоторые полипептиды животных и насекомых обладают сильным физиологическим действием и относятся к ядам. Токсичные полипептиды нейротропного действия содержатся в секрете медоносных слизистых, представителей отряда анемонов и токсических выделений скорпиона (токсины насекомых); в состав пчелиного яда входят токсичные полипептиды (меллитин, сепамин, секамин и др.).
Углеводы — это огромный класс органических соединений, в состав которых входят полиоксикарбонильные соединения и их производные. В зависимости от количества мономеров в молекуле они делятся на моносахариды, олигосахариды (ди-, три-, тетрасахариды и т. д.) и полисахариды [1]. Углеводы, состоящие исключительно из полиоксикарбонильных соединений, называются гомозидами, а их производные, в молекуле которых есть остатки других соединений, являются гетерозидами. Все типы гликозидов относятся к гетерозидам.
Моносахариды накапливаются в любой живой клетке во время фотосинтеза и затем используются для биосинтеза полисахаридов, гликозидов, аминокислот, полифенолов и т. д. Полисахариды обычно накапливаются в значительных количествах как отходы протопласта. У растений синтезируются различные формы полисахаридов, которые отличаются друг от друга как по структуре, так и по своим функциям. Наиболее распространенными полисахаридами являются целлюлоза, гемицеллюлоза, крахмал, инулин, слизь, камеди и пектиновые вещества.
Целлюлоза (целлюлоза) — это полимер, который составляет основную часть клеточных стенок растений. Считается, что молекула волокна в разных растениях содержит от 1400 до 10000 остатков бета-D-глюкозы.
Крахмал и инулин являются запасными полисахаридами. Крахмал 96-97,6% состоит из двух полисахаридов: амилозы (линейный глюкан) и амилопектина (разветвленный глюкан). Он всегда хранится в виде крахмальных зерен во время активного фотосинтеза. Представители этого. Asteraceae и Campanulaceae накапливают фруктозаны (инулин), особенно в больших количествах в подземных органах.