Глюкозинолат - Glucosinolate

Глюкозинолатная структура; боковая группа р варьируется

Глюкозинолаты являются натуральными компонентами многих острый такие растения как горчица, капуста, и хрен. Острота этих растений обусловлена горчичное масло образуется из глюкозинолатов при жевании, разрезании или ином повреждении растительного материала. Эти природные химические вещества, скорее всего, способствуют защите растений от вредителей и болезни, и придать характеристику Горький свойство аромата крестоцветные овощи.[1]

Растения с глюкозинолатами

Глюкозинолаты встречаются как вторичные метаболиты почти всех растения из порядок Brassicales. В Brassicales заказываются, например, экономически важные семьи. Brassicaceae а также Capparaceae и Caricaceae.Вне Brassicales роды Drypetes[2] и Путранджива в семье Putranjivaceae, являются единственным другим известным видом глюкозинолатов. Глюкозинолаты встречаются в различных съедобных растениях, таких как капуста (белокочанная капуста, пекинская капуста, брокколи ), брюссельская капуста, кресс-салат, хрен, каперсы, и редис где продукты распада часто вносят значительный вклад в характерный вкус. Глюкозинолаты также содержатся в семенах этих растений.[1]

Химия

Глюкозинолаты представляют собой естественный класс органические соединения которые содержат сера и азот и получены из глюкоза и аминокислота. Они водныерастворимый анионы и принадлежат к глюкозиды. Каждый глюкозинолат содержит центральную углерод атом, который связан через атом серы с тиоглюкозной группой и через атом азота с сульфатной группой (образуя сульфатированный альдоксим ). Кроме того, центральный углерод связан с боковой группой; разные глюкозинолаты имеют разные боковые группы, и именно вариации в боковой группе ответственны за различия в биологической активности этих растительных соединений. Суть химии глюкозинолатов заключается в их способности превращаться в изотиоцианат («горчичное масло») при гидролизе тиоглюкозидной связи ферментом мирозиназой.[3]

Полусистематическое обозначение глюкозинолатов состоит из химического названия вышеупомянутой боковой группы, за которым следует «(-) глюкозинолат». Написание названия глюкозинолата как одно или два слова (например, аллилглюкозинолат в сравнении с аллилглюкозинолатом) имеет одинаковое значение, и используются оба варианта написания. Но изотиоцианаты нужно писать двумя словами.[4]

Ниже приведены некоторые глюкозинолаты и их изотиоцианат товары:[5]

Биохимия

Природное разнообразие из нескольких аминокислот

Около 132 различных глюкозинолатов встречаются в растениях в природе. Они синтезируются из определенных аминокислоты: Так называемый алифатический глюкозинолаты, полученные в основном из метионин, но также аланин, лейцин, изолейцин, или же валин. (Большинство глюкозинолатов на самом деле получают из гомологов этих аминокислот с удлиненной цепью, например, глюкорафанин происходит из дигомометионина, у которого метиониновая цепь удлиняется в два раза). Ароматный глюкозинолаты включают индол глюкозинолаты, такие как глюкобрассицин, происходит от триптофан и другие из фенилаланин, его гомолог с удлиненной цепью гомофенилаланин и синальбин происходит от тирозин.[6]

Ферментативная активация

Растения содержат фермент мирозиназа, который в присутствии воды отщепляет глюкозную группу от глюкозинолата.[7] Оставшаяся молекула затем быстро превращается в изотиоцианат, а нитрил, или тиоцианат; это активные вещества, которые служат защитой растения. Глюкозинолаты также называют гликозиды горчичного масла. Стандартный продукт реакции - изотиоцианат (горчичное масло); два других продукта в основном встречаются в присутствии специализированных растительных белков, которые изменяют исход реакции.[8]

Гликозид горчичного масла 1 превращается в изотиоцианат 3 (горчичное масло). Глюкоза 2 также высвобождается, показана только β-форма. р = аллил, бензил, 2-фенилэтил и т. Д.[нужна цитата ]

В проиллюстрированной выше химической реакции красные изогнутые стрелки в левой части рисунка упрощены по сравнению с реальностью, поскольку роль фермента мирозиназы не показана. Однако показанный механизм в основном соответствует реакции, катализируемой ферментами.

Напротив, ожидается, что реакция, показанная красными изогнутыми стрелками в правой части рисунка, изображающая перегруппировку атомов, приводящую к изотиоцианату, будет неферментативной. Этот тип перегруппировки можно назвать перегруппировкой Лоссена или перегруппировкой Лоссена.подобно перегруппировка, поскольку это название было впервые использовано для аналогичной реакции, приводящей к органическому изоцианату (R-N = C = O).[нужна цитата ]

Чтобы предотвратить повреждение самого растения, мирозиназа и глюкозинолаты хранятся в отдельных отсеках клетки или в разных клетках ткани и объединяются только или в основном в условиях физического повреждения.[нужна цитата ]

Биологические эффекты

Люди и другие млекопитающие

Токсичность

Использование содержащих глюкозинолаты сельскохозяйственных культур в качестве основного источника пищи для животных может иметь отрицательные последствия, если концентрация глюкозинолата выше, чем допустимая для данного животного, поскольку было показано, что некоторые глюкозинолаты обладают токсическим действием (в основном, как гойтрогены и антитиреоидные агенты ) как у людей, так и у животных[неудачная проверка ] в высоких дозах.[9] Однако уровень толерантности к глюкозинолатам варьируется даже в пределах одного и того же рода (например, Acomys cahirinus и Acomys russatus ).[10]

Вкус и пищевое поведение

Глюкозинолат синигрин, среди прочего, было показано, что он отвечает за горечь приготовленных цветная капуста и брюссельская капуста.[1][11] Глюкозинолаты могут изменять пищевое поведение животных.[12]

Исследование

Глюкозинолаты изучаются на предмет их способности влиять на селекция растений, физиология растений, генетика растений, и пищевые приложения.[нужна цитата ] По состоянию на 2014 г., предварительные исследования проводились для оценки возможных защитных эффектов глюкозинолатов против рак и слабоумие.[13][14]

Насекомые

Глюкозинолаты и их продукты оказывают негативное воздействие на многих насекомых в результате сочетания сдерживающего фактора и токсичности. В попытке применить этот принцип в агрономическом контексте некоторые продукты, полученные из глюкозинолатов, могут служить в качестве антифеданты, т.е. натуральный пестициды.[15]

Напротив, алмазная моль Вредитель крестоцветных растений может распознавать присутствие глюкозинолатов, что позволяет ему идентифицировать правильное растение-хозяин.[16] Действительно, характерная специализированная фауна насекомых обнаруживается на глюкозинолат-содержащих растениях, включая бабочек, таких как большой белый, маленький белый, и оранжевый кончик, но также некоторые виды тлей, мотыльков, таких как южный совий червь, пилильщики, и блошиные жуки.[нужна цитата ] Например, большая белая бабочка откладывает яйца на эти содержащие глюкозинолаты растения, а личинки выживают даже при высоких уровнях глюкозинолатов и поедают растительный материал, содержащий глюкозинолаты.[нужна цитата ] Белые и оранжевые кончики обладают так называемым нитрил белок-спецификатор, который отводит глюкозинолат гидролиз к нитрилам, а не к реактивным изотиоцианаты.[17] В отличие от этого, у камышовой моли есть совершенно другой белок, глюкозинолат. сульфатаза, который десульфатирует глюкозинолаты, тем самым делая их непригодными для разложения до токсичных продуктов мирозиназа.[18]

Другие виды насекомых (специализированные пилильщики и тли) изолируют глюкозинолаты.[19] У специализированных тлей, но не у пилильщиков, отдельная мирозиназа животных обнаруживается в мышечной ткани, что приводит к деградации секвестрированных глюкозинолатов при разрушении ткани тли.[20] Эта разнообразная панель биохимических решений одного и того же растительного химического вещества играет ключевую роль в эволюции взаимоотношений растений и насекомых.[21]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Исида, М; Хара, М; Фукино, Н; Какидзаки, Т; Моримицу, Y (2014). «Метаболизм, функциональность и селекция глюкозинолатов для улучшения овощей Brassicaceae». Селекционная наука. 64 (1): 48–59. Дои:10.1270 / jsbbs.64.48. ЧВК  4031110. PMID  24987290.
  2. ^ Джеймс Э. Родман; Кеннет Г. Кэрол; Роберт А. Прайс; Кеннет Дж. Сыцма (1996). "Молекулы, морфология и расширенные каппаралы Дальгрена". Систематическая ботаника. 21 (3): 289–307. Дои:10.2307/2419660. JSTOR  2419660.
  3. ^ Агербирк Н., Олсен CE (2012). «Глюкозинолатные структуры в эволюции». Фитохимия. 77: 16–45. Дои:10.1016 / j.phytochem.2012.02.005. PMID  22405332.
  4. ^ Агербирк Н., Олсен CE (2012). «Глюкозинолатные структуры в эволюции». Фитохимия. 77: 16–45. Дои:10.1016 / j.phytochem.2012.02.005. PMID  22405332.
  5. ^ Агербирк Н., Олсен CE (2012). «Глюкозинолатные структуры в эволюции». Фитохимия. 77: 16–45. Дои:10.1016 / j.phytochem.2012.02.005. PMID  22405332.
  6. ^ Нильс Агербирк; Карл Эрик Олсен (2012). «Глюкозинолатные структуры в эволюции». Фитохимия. 77: 16–45. Дои:10.1016 / j.phytochem.2012.02.005. PMID  22405332.
  7. ^ Bongoni, R; Verkerk, R; Стеенбеккерс, Б. Деккер, М; Стигер, М (2014). «Оценка различных условий приготовления брокколи (Brassica oleracea var. Italica) для улучшения пищевой ценности и приемлемости для потребителей». Растительные продукты для питания человека. 69 (3): 228–234. Дои:10.1007 / s11130-014-0420-2. PMID  24853375. S2CID  35228794.
  8. ^ Буров, М; Бергнер, А; Гершензон, Дж; Виттсток, У (2007). «Гидролиз глюкозинолатов в Lepidium sativum - идентификация тиоцианатобразующего белка». Молекулярная биология растений. 63 (1): 49–61. Дои:10.1007 / s11103-006-9071-5. PMID  17139450. S2CID  22955134.
  9. ^ «Растения, ядовитые для домашнего скота: глюкозинолаты (гойтрогенные гликозиды)». Корнельский университет, факультет зоотехники. 10 сентября 2015 г.. Получено 16 августа 2018.
  10. ^ Самуни Бланк, М; Арад, Z; Уважаемый, доктор медицины; Герхман, Y; Карасов, WH; Ижаки, I (2013). «Друг или враг? Несопоставимые взаимодействия растений и животных двух родственных грызунов». Эволюционная экология. 27 (6): 1069–1080. Дои:10.1007 / s10682-013-9655-х. S2CID  280376.
  11. ^ Ван Дорн, Ханс Э; Ван дер Крук, Герт С; Ван Холст, Геррит-Ян; Raaijmakers-Ruijs, Natasja C.ME; Постма, Эрик; Groeneweg, Bas; Йонген, Вим Х.Ф. (1998). «Глюкозинолаты, синигрин и прогойтрин являются важными факторами, определяющими вкусовые предпочтения и горечь брюссельской капусты». Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства. 78: 30–38. Дои:10.1002 / (SICI) 1097-0010 (199809) 78: 1 <30 :: AID-JSFA79> 3.0.CO; 2-N.
  12. ^ Самуни-Бланк, М; Ижаки, я; Уважаемый, доктор медицины; Герхман, Y; Трабелси, B; Лотан, А; Карасов, WH; Арад, Z (2012). Внутривидовое направленное сдерживание с помощью горчичной масляной бомбы на пустынных растениях. Текущая биология. 22:1-3.
  13. ^ Це, Г; Эслик, Г.Д. (2014). «Крестоцветные овощи и риск колоректальных новообразований: систематический обзор и метаанализ». Питание и рак. 66 (1): 128–139. Дои:10.1080/01635581.2014.852686. PMID  24341734. S2CID  36282786.
  14. ^ Loef, M .; Валах, Х. (2012). «Фрукты, овощи и предотвращение снижения когнитивных функций или деменции: систематический обзор когортных исследований». Журнал питания, здоровья и старения. 16 (7): 626–630. Дои:10.1007 / s12603-012-0097-х. PMID  22836704. S2CID  12090316.
  15. ^ Фурлан, Лоренцо; Бонетто, Кристиан; Финотто, Андреа; Лазцери, Лука; Малагути, Лорена; Паталано, Джампьеро; Паркер, Уильям (2010). «Эффективность биофумигантов и растений для борьбы с популяциями проволочников». Промышленные культуры и продукты. 31 (2): 245–254. Дои:10.1016 / j.indcrop.2009.10.012.
  16. ^ Баденес-Перес, Франсиско Рубен; Райхельт, Майкл; Гершензон, Джонатан; Хекель, Дэвид Г. (2011). «Филлопланское расположение глюкозинолатов в Барбарея виды (Brassicaceae) и вводящая в заблуждение оценка пригодности хозяина специалистом-травоядным ". Новый Фитолог. 189 (2): 549–556. Дои:10.1111 / j.1469-8137.2010.03486.x. ISSN  0028-646X. PMID  21029103.
  17. ^ Wittstock, U; Agerbirk, N; Stauber, EJ; Olsen, CE; Hippler, M; Митчелл-Олдс, Т; Гершензон, Дж; Фогель, Х (2004). «Успешная атака травоядных из-за метаболического отклонения химической защиты растений». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (14): 4859–64. Bibcode:2004PNAS..101.4859W. Дои:10.1073 / pnas.0308007101. ЧВК  387339. PMID  15051878.
  18. ^ Ratzka, A .; Vogel, H .; Kliebenstein, D. J .; Mitchell-Olds, T .; Кройманн, Дж. (2002). «Обезвреживание горчично-масляной бомбы». Труды Национальной академии наук. 99 (17): 11223–11228. Bibcode:2002PNAS ... 9911223R. Дои:10.1073 / pnas.172112899. ЧВК  123237. PMID  12161563.
  19. ^ Мюллер, К; Agerbirk, N; Olsen, CE; Boevé, JL; Schaffner, U; Тормозное поле, PM (2001). «Секвестрация глюкозинолатов растения-хозяина в защитной гемолимфе пилильщика Athalia rosae». Журнал химической экологии. 27 (12): 2505–16. Дои:10.1023 / А: 1013631616141. PMID  11789955. S2CID  24529256.
  20. ^ Мосты, М .; Jones, A.M.E .; Bones, A.M .; Hodgson, C .; Cole, R .; Bartlet, E .; Wallsgrove, R .; Карапапа, В.К .; Вт, Н .; Росситер, Дж. Т. (2002). «Пространственная организация глюкозинолат-мирозиназной системы у тлей, специализирующейся на капустных, аналогична таковой у растения-хозяина». Труды Королевского общества B. 269 (1487): 187–191. Дои:10.1098 / rspb.2001.1861. ЧВК  1690872. PMID  11798435.
  21. ^ Wheat, C.W .; Vogel, H .; Wittstock, U .; Braby, M. F .; Андервуд, Д .; Митчелл-Олдс, Т. (2007). «Генетическая основа коэволюционного ключевого новшества растений и насекомых». Труды Национальной академии наук. 104 (51): 20427–31. Bibcode:2007PNAS..10420427W. Дои:10.1073 / pnas.0706229104. ЧВК  2154447. PMID  18077380.

внешняя ссылка