Osnovne informacije o kursu o Profesor Dr Gordana

Хемија секундарних метаболита - Osnovne informacije o kursu: o Profesor: Dr Gordana Stojanović o. Izborni predmet o. Semestar: II (master-Hemija) ili IV (masterprimenjena hemija) o Fond časova: 2+2 o. ESPB: 4 o. Potpis: minimum 60% prisustvo časovima predavanja i vežbi 1

Ispit • Polaganje ispita • Nastavni kolokvijumi 2 u semestru I- Sekundarni metabolizam, podela sekundarnih metabolita, biološka uloga sekundarnih metabolita, fitopreparati, heterozidi: fenolni, kumarinski, lignanski i flavonoidni II-hetrozidi: hinonski, cijanogeni, sumporni, monoterpenski kardiotonični i saponozidi pismeno (test, 60% za šesticu) 2

Teorijska nastava: predavanja 1. Osnovno o primarnom i sekundarnom metabolizmu 2. Podela i biološka uloga sekundarnih metabolita 2. Osnovno o fitopreparatima 3. Hemijska struktura, biosinteza, fizičko-hemijske osobine i biološka aktivnost heterozida i saponozida Практична настава: Други облици наставе - Ekstrakcija heterozida - HPLC analiza ekstrakata

Međusobni odnos aktivnosti biljaka i ljudi: Biljke sintetišu ugljene hidrate iz ugljen-dioksida i vode Ljudski organizam razgrađuje ugljene hidrate, dobija energiju i prekursore za sintezu potrebnih jedinjenja Neki biljni organizmi (Nymphea alba, Phragmites australis, Sparganium erectum, Iris pseudacorus, Schoenoplectus lacustris and Carex acutiformis) prečišćavaju vodu koju je čovek zagadio

PRIMARNI METABOLIZAM Primarnim metabolizmom biljne ćelije smatraju se procesi fotosinteze i kasnije transformacije nastale glukoze do polisaharida, odnosno njene glikolize i formiranja aminokiselina (kasnije peptida) i masnih kiselina (kasnije lipida). Fundamentalni metabolički procesi, procesi primarnog metabolizma, odvijaju se istim mehanizmima u svim biljkama. Ovim procesima nastaju, transformišu se i razgrađuju osnovna gradivna jedinjenja koja, ujedno, obezbeđuju energiju za rastenje, razviće, funkcionisanje i reprodukciju živih organizama; šećeri, masti i belančevine.

SEKUNDARNI METABOLIZAM Sekundarnim metabolizmom biljne ćelije smatraju se procesi nastajanja raznovrsnih organskih jedinjenja, sekundarnih metabolita (uobičajeni naziv je prirodna jedinjenja), iz prekursora koji su nastali primarnim metabolizmom. Većina sekundarnih metabolita ne učestvuje direktno u rastu i razvoju, nisu neophodne za život, ali imaju veliku ulogu u adaptaciji i interakciji sa okolinom. Procesi sekundarnog metabolizma se samo donekle mogu generalizovati (primarni je svuda isti); odnosno, samo se donekle odvijaju istim mehanizmima u različitim biljkama.

Karakteristike sekundarnih metabolita Najvažnije karakteristike sekundarnih metabolita biljaka: • niskomolekulska jedinjenja (mm manja od 2000 amu (Da)) • nemaju energetski značaj • hemijska raznovrsnost • biološka i farmakološka aktivnost • Nastaju u specijalizovanim ćelijama, u odrđenoj fazi rasta, ne može svaka biljka stvarati svaki sekundarni metabolit, proizvode ih određene taksonomske grupe u okviru biljnog carstva i zato se mogu koristiti u taksonomske svrhe. • Istraživanja otkrivaju njihove nove funkcije

Metabolomi • Metabolom se odnosi na set metabolita molekulske mase manje od 1 k. Da (Da je 1/12 mase izotopa C 12) koji se može naći u živom organizmu. • Metabolit je intermedijer ili prozvod metabolizma.

Klasifikacija sekundarnih metabolita biljaka pretežno na osnovu hemijske strukture Alkaloidi Pirolidinski, piperidinski, piridinski, izohinolinski, indolni, steroidni. . . Fenolna jedinjenja fenoli, fenolkarbonske kiseline, lignani, kumarini, flavonoidni, antocijanski, flavani, tanini (hidrolizujući, kondenzovani) Poliketidi Hinoni, antrahinoni Terpenoidi - etarska ulja, - iridoidi, seskviterpenski laktoni, diterpeni, triterpenski, tetraterpeni

Metaboliti koji nastaju procesom sekundarnog metabolizma, u tkivu biljke se nalaze kao slobodna jedinjenja ili dolazi do njihove reakcije sa drugim sastojcima kada se stvaraju različiti kompleksi. Veoma česta su povezivanja sa šećerima (pentozama i heksozama ili oligosaharidima). Jedinjenja šećernih komponenti (glikon) i nekog drugog sekundarnog metabolita (aglikon) se nazivaju heterozidima. Povezanost ova dela ostvaruje se najčešće etarskom, glikozidnom vezom. Tada govorimo o nastajanju heterozida odnosno glikozida. Ranije se koristio naziv glukozidi. Treba ga izbegavati jer njegova upotreba implicira samo glukozu kao glikon. Postoji mogućnost i estarskog povezivanja šećera, najčešće sa triterpenskim kiselinama i tada se formiraju saponozidi (u širem smislu takodje heterozidi).

Ćelijske organele u biljnoj ćeliji Vakuole se nalaze samo u u biljnim ćelijama. Endoplazmatični retikulum: sinteza proteina i lipida. Mitohondrija: centri disanja, izvor energije, oksidacija organskih jedinjenja Jedro: nosilac naslednih osobina Goldžijev kompleks: nije razjašnjeno, verovatno sinteza

Plastidi (sadrže ih biljne ćelije; mogu prelaziti jedni u druge; sinteza i skaldištenje rezervnih materija) 1. Hloroplasti (zeleni) 2. Hromoplasti (crveni, narandžasti) 3. Leukoplasti (bezbojni)

Raspored metaboličkih procesa u biljnoj ćeliji Ribozomi: sinteza proteina

Povezanost produkata primarnog i sekundarnog metabolizma

Povezanost produkata primarnog i sekundarnog metabolizma Seskviterpeni i triterpeni (MVA) u citoplazmi; mono-, di- i tetraterpeni u plastidima (deoksiksiluloza, DXP iz piruvata i gliceraldehid fosfata)

Biositneza aromatičkih jedinjenja Iz aktiviranog acetata 1 2 Biosinteza aromatičnih derivata preko šikiminske kiseline (fenilpropanski put)

Transformacija horizmata do različitih grupa sekundarnih metabolita

Biosinteza aromatičnih derivata poliketidnim biosintetskim putem 3

Izoprenski biosintetski put; Formiranje aktiviranih C 5 jedinica

Politerpeni Tetraterpeni Diterpeni Različite klase terpenskih jedinjenja

Praktično biosinteza terpena se odvija na dva načina: mevalonatnim (MVA) i deoksiksilulozofosfatnim (DXP) putem. DXP put je poznat i kao metil-eritrolfosfatni (MEP) put. • MVA put (A): Kondenzacijom dva molekula acetil. Co. A, gradi se acetoacetil-Co. A, koji aldolnom kondenzacijom sa još jednim molekulom acetil-Co. A, a zatim hidrolizom, daje (S)-3 -hidroksi-3 -metilglutaril -Co. A (HMG-Co. A). Uz pomoć enzima i NADPH vrši se reduktivno deacilovanje HMG-Co. A i nastaje mevalonska kiselina (MVA) MVA sadrži jedan asimetričan centar i njena dalja transformacija vrši se dehidratacijom isključivo enantiomera sa R konfiguracijom na C 3 atomu i dekarboksilacijom do izopentenil-pirofosfata (IPP). IPP se izomerizuje u dimetilalil-pirofosfat (DMAPP). Kuplovanjem IPP i DMAPP nastaju terpenoidi. Biosinteza preko mevalonske kiseline se odvija u citoplazmi i mitohondrijama i tim putem nastaju seskviterpeni i steroli preko triterpena.

DXP put (B): Ovim putem nastaju monoterpeni, diterpeni i tetraterpeni i ovaj put biosinteze se odvija u plastidima. DXP nastaje iz piruvata i preko niza reakcija nastaju DMAPP i IPP. Kompartmentalizacija nije apsolutna, moguće je ukrštanje puteva. Postoje indicije da je DXP put opštiji jer njime mogu nastati i seskviterpeni. • iregularni monoterpeni nastaju povezivanjem dve DMAPP jedinice.

Biološka 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.

Gomolj (krtola)

Oficinalna droga - navedena u farmakopeji Neoficinalna droga – sve ostale Droga – prirodna lekovita sirovina, najčešće biljnog porekla, mada može biti i životinjskog i mineralnog porekla. Može biti organizovana (određeni delovi biljke ili životinje) i Neorganizovana (praškasta dobijena jednostavnim postupkom iz organizovane droge ili je sama po sebi praškasta, npr. Talk)

Tinkturom se smatra i rastvor ekstrakta u alkoholu.