Glukozynolan - Glucosinolate

Struktura glukozynolanów; grupa boczna R jest różna

Glukozynolany są naturalnymi składnikami wielu ostrych roślin, takich jak gorczyca , kapusta i chrzan . Cierpkość tych roślin jest spowodowana olejkami gorczycowymi wytwarzanymi z glukozynolanów, gdy materiał roślinny jest żuty, krojony lub w inny sposób uszkadzany. Te naturalne substancje chemiczne najprawdopodobniej przyczyniają się do obrony roślin przed szkodnikami i chorobami oraz nadają warzywom kapustnym charakterystyczny gorzki smak .

Rośliny z glukozynolanami

Glukozynolany występują jako metabolity wtórne prawie wszystkich roślin z rzędu Brassicales . W Brassicales zamówiono na przykład ważną gospodarczo rodzinę Brassicaceae oraz Capparaceae i Caricaceae . Poza Brassicales, rodzaje Drypetes i Putranjiva z rodziny Putranjivaceae są jedynymi znanymi występowaniem glukozynolanów. Glukozynolany występują w różnych roślinach jadalnych, takich jak kapusta ( kapusta biała, kapusta pekińska, brokuły ), brukselka , rukiew wodna , chrzan , kapary i rzodkiewki, gdzie produkty rozpadu często przyczyniają się do znacznej części wyrazistego smaku. W nasionach tych roślin znajdują się również glukozynolany.

Chemia

Glukozynolany stanowią naturalną klasę związków organicznych zawierających siarkę i azot, pochodzących z glukozy i aminokwasu . Są one w wodzie jak rozpuszczalne aniony i należą do glukozydów . Każdy glukozynolan zawiera centralny atom węgla , który jest związany z atomem siarki grupy tioglukozy i poprzez atom azotu z grupą siarczanową (tworząc siarczanowany aldoksym ). Ponadto centralny węgiel jest związany z grupą boczną; różne glukozynolany mają różne grupy boczne i to zmienność w grupie bocznej jest odpowiedzialna za zmienność aktywności biologicznej tych związków roślinnych. Istotą chemii glukozynolanów jest ich zdolność do przekształcania się w izotiocyjanian ("olej musztardowy") po hydrolizie wiązania tioglukozydowego przez enzym mirozynazę.

Półsystematyczne nazewnictwo glukozynolanów składa się z nazwy chemicznej wyżej wymienionej grupy bocznej, po której następuje „(-)glukozynolan”. Pisownia nazwy glukozynolanowej jako jedno słowo lub dwa (np. glukozynolan allilu w porównaniu z glukozynolanem allilu) ma takie samo znaczenie, a obie pisownie są w użyciu. Ale izotiocyjaniany należy pisać jako dwa słowa.

Oto niektóre glukozynolany i ich produkty izotiocyjanianowe :

Biochemia

Naturalna różnorodność z kilku aminokwasów

Wiadomo, że około 132 różnych glukozynolanów występuje naturalnie w roślinach. Są syntetyzowane z niektórych aminokwasów : tzw. glukozynolanów alifatycznych, pochodzących głównie z metioniny , ale także alaniny , leucyny , izoleucyny czy waliny . (Większość glukozynolanów pochodzi w rzeczywistości z homologów tych aminokwasów o wydłużonych łańcuchach, np. glukorafanina pochodzi z dihomometioniny, która jest dwukrotnie wydłużonym łańcuchem metioniny). Do aromatycznych glukozynolanów należą glukozynolany indolowe , takie jak glukobrassicyna pochodząca z tryptofanu i inne z fenyloalaniny , jej homolog o wydłużonym łańcuchu homofenyloalanina i sinalbina pochodząca z tyrozyny .

Aktywacja enzymatyczna

Główny artykuł: bomba z olejem musztardowym

Rośliny zawierają enzym myrozynazę , który w obecności wody odszczepia grupę glukozową od glukozynolanu. Pozostała cząsteczka szybko przekształca się w izotiocyjanian , nitryl lub tiocyjanian ; są to substancje czynne, które służą roślinie jako obrona. Glukozynolany są również nazywane glikozydami oleju musztardowego . Standardowym produktem reakcji jest izotiocyjanian (olej musztardowy); pozostałe dwa produkty występują głównie w obecności wyspecjalizowanych białek roślinnych, które zmieniają wynik reakcji.

Glikozyd 1 oleju musztardowego jest przekształcany w izotiocyjanian 3 (olej musztardowy). Uwalnia się również glukoza 2 , pokazana jest tylko forma β. – R = allil , benzyl , 2-fenyloetyl itd.

W reakcji chemicznej zilustrowanej powyżej czerwone zakrzywione strzałki po lewej stronie rysunku są uproszczone w porównaniu z rzeczywistością, ponieważ nie pokazano roli enzymu mirozynazy. Jednak przedstawiony mechanizm jest zasadniczo zgodny z reakcją katalizowaną enzymami.

W przeciwieństwie do tego, oczekuje się, że reakcja zilustrowana czerwonymi zakrzywionymi strzałkami po prawej stronie rysunku, przedstawiającymi przegrupowanie atomów prowadzące do izotiocyjanianu, jest nieenzymatyczna. Ten typ przegrupowania można nazwać przegrupowaniem Lossena lub przegrupowaniem podobnym do Losena , ponieważ nazwa ta została po raz pierwszy użyta dla analogicznej reakcji prowadzącej do organicznego izocyjanianu (RN=C=O).

Aby zapobiec uszkodzeniu samej rośliny, mirozynaza i glukozynolany są przechowywane w oddzielnych przedziałach komórki lub w różnych komórkach tkanki i łączą się tylko lub głównie w warunkach fizycznego uszkodzenia.

Efekty biologiczne

Ludzie i inne ssaki

Toksyczność

Zastosowanie roślin zawierających glukozynolanów, jak źródłowych pokarmu dla zwierząt, może mieć negatywny wpływ, jeżeli stężenie glukozynolanów jest wyższe, niż jest to dopuszczalne dla danego zwierzęcia, ponieważ niektóre glukozynolanów nie wykazano działanie toksyczne (głównie goitrogens i anti -środki tarczycy ) zarówno u ludzi, jak i zwierząt w dużych dawkach. Jednak poziom tolerancji na glukozynolany różni się nawet w obrębie tego samego rodzaju (np. Acomys cahirinus i Acomys russatus ).

Smak i zachowanie żywieniowe

Wykazano , że między innymi glukozynolan sinigrin jest odpowiedzialny za goryczkę gotowanego kalafiora i brukselki . Glukozynolany mogą zmieniać zachowania żywieniowe zwierząt.

Badania

Glukozynolanów są badane pod kątem ich potencjału do wpływania na hodowlę roślin , fizjologia roślin , genetyka roślin i przemyśle spożywczym. Od 2014 r. trwały wstępne badania mające na celu ocenę możliwego ochronnego działania glukozynolanów przeciwko nowotworom i demencji .

Owady

Glukozynolany i ich produkty mają negatywny wpływ na wiele owadów, co wynika z połączenia odstraszania i toksyczności. Próbując zastosować tę zasadę w kontekście agronomicznym, niektóre produkty pochodne glukozynolanów mogą służyć jako antyfidanty , tj. naturalne pestycydy .

Z kolei ćma krzyżowica , szkodnik roślin krzyżowych, może rozpoznać obecność glukozynolanów, co pozwala mu zidentyfikować właściwego gospodarza. Rzeczywiście, charakterystyczny, specjalizuje się owad fauny występuje na roślinach zawierających glukozynolanów-, w tym motyli, takich jak duży biały , mały biały i pomarańczowy końcówce , ale także niektórych mszyce, ćmy, takich jak SAW , pilarzowatych i chrząszczy pcheł . Na przykład, duży biały motyl składa jaja na tych roślinach zawierających glukozynolany, a larwy przeżywają nawet przy wysokim poziomie glukozynolanów i zjadają materiał roślinny zawierający glukozynolany. Białka i pomarańczowy wskazówek wszystkie posiadają tak zwaną nitryl białka specyfikatora, który odwraca glukozynolanów hydrolizy wobec nitryle zamiast reaktywnych izotiocyjaniany . W przeciwieństwie do tego, ćma krzyżowica posiada zupełnie inne białko, sulfatazę glukozynolanową , która odsiarczania glukozynolany, co czyni je niezdolnymi do degradacji do toksycznych produktów przez mirozynazę .

Inne rodzaje owadów (wyspecjalizowane muchówki i mszyce) sekwestrują glukozynolany. U wyspecjalizowanych mszyc, ale nie u muchówek, w tkance mięśniowej znajduje się odrębna zwierzęca mirozynaza, prowadząca do degradacji sekwestrowanych glukozynolanów po zniszczeniu tkanki mszyc. Ten zróżnicowany panel biochemicznych roztworów tej samej substancji roślinnej odgrywa kluczową rolę w ewolucji relacji roślina-owad.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki