Stručná chemická charakteristika problematiky látkovej výmeny v rastlinách
Počas svojej existencie sú rastliny schopné vyprodukovať niekoľko tisíc druhov organických zlúčenín. Túto pestrú produkciu chemických zlúčenín potom človek, ako konzument všetkého stráviteľného, konzumuje.
Pozrime sa na odohrávajúce procesy
Rastlinné produkty vzniknuté pri látkovej premene sú veľmi pestré a ich zaradenie do skupín a systematizácia nie je vôbec jednoduchá. Najrozšírenejšiou kvalifikáciou je delenie na prvotné (primárne) a druhotné (sekundárne) látky. Najrozumnejším základným východiskom pre vytvorenie skupiny sekundárnych produktov vzniknutých pri látkovej výmene je ich biosyntéza.
Podľa spôsobu zaradenia do skupín nie sú sekundárne produkty zlúčeninami konzumnej povahy. Zohrávajú dôležitú úlohu predovšetkým vo vzájomnom pôsobení medzi druhmi, v ich spolužití a v koevolucii.
Produkty primárnej látkovej výmeny
V rastlinách udržujú základné životné funkcie. Rastliny totiž dýchajú, rozmnožujú sa a potom – rovnako ako my ľudia – končia svoju životnú púť.
Produkty sekundárnej látkovej výmeny
Sú to také organické zlúčeniny, ktoré v raste, vývoji alebo rozmnožovaní živých organizmov bezprostredne nemajú žiadnu úlohu. Oproti produktom primárnej látkovej výmeny absencia týchto metabolitov nemá za následok rýchle vyhynutie živých organizmov. V dlhodobom horizonte, však môžu mať škodlivý vplyv na existenciu, na reprodukčnú schopnosť a môžu zapríčiniť aj estetické zmeny. Bolo tiež zistené, že ani ich absencia nemusí nutne vyvolať následky. Prítomnosť metabolitov vzniknutých sekundárnou látkovou výmenou u jednej genetickej skupiny bola u iných druhov zistená len v obmedzenej miere. Dôležitú úlohu hrajú často v ochrane rastlín pred škodcami, či v ochrane pri vzájomnom pôsobení druhov. Produkty sekundárnej látkovej výmeny sú využité ako suroviny na výrobu početných medikamentov, aróm a prostriedkov na ochranu rastlín. Pre tieto účely sú použité prevažne metabolity rastlín, plesní (huby) a baktérií.
Ozrejmenie pojmov
Pre vlastný organizmus rastliny sú potrebné primárne a sekundárne metabolity produkovane veľmi sofistikovane, a to pomocou biosyntézy a s využitím enzýmov.
Primárne metabolity vznikajú priamo z anorganických zlúčenín, napríklad z jednoduchých sacharidov a aminokyselín.
Druhotné látky sú všetky ďalšie látky, ako napríklad tuky, bielkoviny a alkaloidy, ktoré následne vznikajú práve z týchto primárnych metabolitov.
Označenie primárny (prvotný) používame pomerne často, préve preto lebo označujú známe zlúčeniny (sacharidy, bielkoviny). Naproti tomu, pod pojmom sekundárne (druhotné) produkty rozumieme špecifické, vzácnejšie vyskytujúce sa molekuly, vzniknuté v menšom množstve (napríklad esenciálne oleje, alkaloidy).
Esenciálne oleje obsahujú jednoduché uhľovodíky vo forme terpénov a tiež zložitejšie terpenoidy, teda uhľovodíky obsahujúce kyslík. Môžu to byť alkoholy, fenoly, fenylpropanoidy, estery, aldehydy, ketóny, oxidy, seskviterpenické laktóny a furanokumariny.
Pod názvom terpény rozumieme jednoduché uhľovodíky (napr. monoterpény, seskviterpény). Vo svete flóry a fauny sa vyskytujú terpenoidy veľmi rozmanito. Nachádzajú sa predovšetkým v zložitejších zmesiach rastlinných esenciálnych olejov v podobe rôzne štruktúrovaných nenasýtených uhľovodíkov a z nich odvodených zlúčenín obsahujúcich kyslík. Najčastejšie ide o deriváty alkoholov, aldehydov, ketónov a karbónových kyselín. Terpény sú klasifikované podľa počtu stavebných prvkov, izoprénov obsiahnutých v týchto zlúčeninách. Každý terpén a terpenoid je vytvorený zo základu izoprénu tvoreného z piatich uhlíkových atómov. Druhým názvom izoprénu je metylbuta-1,3-dién a práve z tejto zlúčeniny vznikajú aj nenasýtené mastné kyseliny. Jedna izoprénová jednotka obsahuje vždy 5 uhlíkových atómov.
Produkty sekundárnej látkovej výmeny
Tvoria súčasť ľuďmi konzumovanej stravy s rôznymi vplyvmi na funkčnosť organizmu. Okrem priaznivých či škodlivých účinkov, ovplyvňujú tiež potraviny, ktoré konzumujeme. Ohľadom našich predsudkov súvisiacich s potravinami majú niektoré esenciálne zlúčeniny kľúčovú úlohu. Skúsme si predstaviť napríklad citrón alebo babičkin voňavý pomarančový koláč. Cielené požívanie metabolitov, napríklad extraktov CBD vyťažených z rastliny Cannabis sativa, vzniknutých sekundárnou látkovou výmenou môžu byť prospešné pre naše zdravie, pri prevencii chorôb a pre dosiahnutie liečebných účinkov.
Bolo dokázané, že antioxidačné pôsobenie rastlinných polyfenolov naozaj môže znížiť riziko niekoľkých ochorení. Rovnaká súvislosť však bola zistená aj u iných metabolitov vzniknutých pri sekundárnej látkovej výmene, napr. u glukozinolátov. Niektoré zlúčeniny (napr. kofeín) sú využívané nielen s cieľom dosiahnuť liečivý efekt, ale aj ako liečivo, čo veľmi výrazne dokazuje napríklad zlúčenina metyl-salicylát získaný z kôry a z listov bielej vŕby (Salix alba). Hojivé vlastnosti bielej vŕby na zmiernenie bolestí a liečenie zápalov sú známe od staroveku. Jej účinok na zmiernenie horúčky bol objavený pri skúmaní prípravku nahrádzajúceho chinín pochádzajúceho zo stromu s názvom Chinínovník. Tento objav umožnil vznik lieku Aspirín, ktorý aj v súčasnej dobe patrí medzi medikamenty vyrobené vo väčšom množstve.
Iné látky sú charakteristické svojimi silnými toxickými alebo omamnými účinkami. V tejto súvislosti si môžeme pripomenúť zavraždenie bulharského novinára Georgima Markovoma ricínínom (mimoriadne silným bielkovinovým toxínom), teda výťažkom zo semienok rastliny zvanej Castor bean. Ďalím príklad je ópium vyrobené z maku siateho (Papaver somniferrum). Ópium je mliečna šťava získaná pomocou plytkých zárezov nezrelých makovíc maku. Známy maďarský spisovateľ Csáth Géza bol závislý na ópiu, avšak príbeh s názvom Opium napísal ešte predtým, ako túto drogu začal požívať.
Aby sme mohli určiť, či nejaký metabolit sekundárnej látkovej výmeny máme považovať za liečivý či toxický, zaujíma nás jeho účinok na ľudský organizmus. Determinujícím faktorom je tiež spôsob aplikácie, dávka a cieľ jeho aplikovania.
Skupiny organických chemických látok
Posledný spôsob zaradenia do skupín organických látok uvádzame nižšie s nádejou, že aj vy si uvedomujete rozmanitosť transformačných schopností pozemskej flóry. Táto klasifikácia obsahuje hlavné skupiny produktov sekundárnej látkovej výmeny v primeranom rozsahu rozsahu s významnejšími príkladmi:
Alkaloidy (aminokyselinové zlúčeniny obsahujúce dusík):
- Atropín je alkaloid extrahovaný z ľuľkovca zlomocného a je veľmi toxický. Z tejto zlúčeniny je vyrobený liek stimulujúci nervovú sústavu.
- Kokaín je stimulujúci, psychoaktívny rastlinný tropnový alkaloid z juhoamerického kríka koka pravá.
- Kodeín, morfín sú alkaloidy extrahované z maku a sú známe svojimi účinkami na zmiernenie bolesti a kašľa.
- Tetrodotoxin, neurotoxín, skrátene TTX pochádza z ryby zvanej štvorzubec a v Japončine nazývanej fugu. Sú produkty metabolizmu baktérií druhu Vibrio.
- Vinkristín (leurokristin) a vinblastín (indolové štruktúry) sú alkaloidy pochádzajúce z rastliny rodu barvínkovec ružový (Catharanthus roseus). Tieto zlúčeniny sú známe ako prírodné preparáty prospešné na opuchy.
Terpenoidy:
- Artemisinin je seskviterpen Paliny ročnej (Artemisia annua) a je účinnou látkou lieku proti malárii.
- Ingenol-3-Angel je diterpén a nachádza sa v rastline Mliečnik okrúhly (Euphorbia peplus). Používa sa na liečbu aktinickej keratózy prejavujúce sa ako počiatočný príznak rakoviny kože.
Kanabinoidy:
- Kanabidiol je fytokanabinoid z čeľade Cannabis bez psychoaktivního pôsobenia. Veľmi prospešne dokáže zmierniť bolesť, má protizápalové účinky a preventívne dokáže spomaliť aj rast nádoru (opuchu) a preventívne potláčať proces metastázovania.
Steroidy:
- Steroidy dokážu znižovať hladinu cholesterolu v krvi, pretože majú schopnosť viazať sa na cholesterové receptory čreva, a zabrániť tak ďalšiemu príjmu cholesterolu. Zmierňujú bolesti a sú vhodné ako prevencia proti osteoporóze, kôrnatenie ciev, rakovine pŕs a kožných zápalov.
Fenolové zlúčeniny
Flavonoidy
Túto skupinu zlúčenín objavil v roku 1930 nositeľ Nobelovej ceny, maďarský vedec Szent-Györgyi Albert. Spoločne so svojimi spolupracovníkmi, medzi ktorými bol interný lekár, pán Rusznyák István zistil, že vitamín C kombinovaný s flavonoidmi má významný účinok pre ochranu cievnych stien.
Niektoré metabolity, vzniknuté ako produkty sekundárny výmeny látok – využité vo forme doplnkov stravy – boli podrobené výskumom zameraným na ochranu ľudského zdravia. Vplyvom týchto vedeckých bádaní bolo, že približne pred 30 rokmi boli objavené aj kanabinoidy terpénovej povahy. Do súčasnej doby bolo identifikovaných okolo 60 takýchto zlúčenín, ktorých prítomnosť bola zistená výhradne v konopných rastlinách.
Súčasti konope sú v oblasti medicíny používané na mnohých miestach a na rôžne účely už niekoľko storočí či tisícročí. Staročínsky zoznam liekov pochádzajúci z roku 2738 pred Kristom obsahuje aj zmienku o konopnej živici, ako hlavnom liečive pri stonaní žien, pakostnici (artritída), na zimnicu a suchoty (tuberkulózu).
Objasniť princípy liečivých mechanizmov dokázala až moderná veda. Mnoho súvislostí však je aj doposiaľ neznámych a v tejto oblasti sú vidieť (aj) húževnaté výsledky chémie obdobne semienka zasiateho do pôdy. V priaznivých podmienkach zasiate semienko vyklíči a dozreje.
