Химическая классификация фитоантиципинов
Фенолы. К фенолам относят циклические соединения, содержащие ароматическое кольцо с фенильным гидроксилом или его замещенными радикалами (кислотным, альдегидным и проч.). Многие растительные фенолы помимо фенила (С6) содержат пропановый радикал (С3) и названы фенпппропаноидами.
Исследование растительных фенолов хорошо иллюстрирует условность деления антибиотических веществ на конституционные и индуцибельные. Фенолы — нормальные метаболиты растений, ибо входят в состав пигментов, регуляторов роста, структурных элементов клеточных стенок. В то же время фенолы — стрессовые метаболиты, синтез которых резко возрастает при поранении или заражении.
Окислительно-восстановительная реакция превращения фенолов в общем виде описывается следующим образом:
полифенолоксидаза |
½О2 + дифенол ↔ хинон + Н2О |
хинонредуктаза |
Основные механизмы антимикробного действия фенолов:
1. Инактивация белков вследствие соединения хинонов с SH-, NH2 группами и формирования замещенных продуктов.
2. Неспецифическое окислительное действие хинонов. Будучи активными окислителями, хиноны являются акцепторами электронов у многих соединений.
3. Влияние на трансмембранный транспорт веществ. Некоторые замещенные фенолы служат проводниками протонов в мембранах и в следствие этого действуют как разобщающие агенты.
4. Создание химических барьеров. Продукты окисления фенольных спиртов, конденсированные в результате свободнорадикальных реакций, образуют аморфный 3-мерный полимер лигнин, откладывающийся в клеточных стенках (обычно во вторичных стенках и стенках мертвых клеток). Защитное действие лигнина многообразно. Он ковалентно связывается с углеводными полимерами растительной клеточной стенки и защищает их от атаки грибными деполимеразами; препятствует диффузии в клетки растений метаболитов патогенных организмов; обладает прямой токсичностью для микроорганизмов; может лигнифицировать внутрирастительные гифы грибов.
Терпеноиды. К терпеноидам относят соединения, синтезируемые из уксусной кислоты путем конденсации ее молекул. Первый продукт конденсации — изопрен — содержит 5 атомов углерода. В построении терпеноидов участвуют 2 группы ферментов — полимеразы, соединяющие молекулы изопрена в цепочку, и циклазы, осуществляющие преобразование цепочек в замкнутые кольца.
Конденсация двух молекул изопрена дает группу соединений, названных монотерпенами. Эти низкомолекулярные моноциклические летучие вещества часто придают растениям специфические запахи. Конденсация трех молекул изопрена приводит к образованиюсесквитерпенов (С15). Многие бициклические сесквитерпены обладают высокой токсичностью и являются важными факторами устойчивости растений. 4 молекулы изопрена составляют дитерпены (С20) — основные компоненты смол древесных растений. Многие дитерпены горькие на вкус (например,горький фактор огурца).
6 молекул изопрена составляют основу большой группы тритерпенов (C30). К ним относятся пентациклические тритерпеноиды (5 шестичленных циклов) и стероиды, ядро которых состоит из трех шестичленных циклов и одного пятичленного. Фитостерины — необходимый компонент растительных мембран, а эргостерин — мембран многих грибов. Токсичность многих тритерпеноидов обусловлена их способностью связываться со стеринами мембран; в результате чего образуются поры в мембранах, и происходит потеря клеточного содержимого в окружающую среду (лизис).
Наконец соединение восьми молекул изопрена дает многочисленный класс тетратерпеноидов (С40). Их линейные молекулы образуют большую группу растительных пигментов каротиноидов, которые окрашивают цветки, плоды, корнеплоды, осенние листья растений.
Белки, аминокислоты. Факторами устойчивости растений к патогенам могут быть семейства низкомолекулярных, основных, богатых цистеином белков, включающих растительные дефензины, белки, осуществляющие трансмембранный транспорт липидов, белки, подавляющие синтез белка чужеродными рибосомами на стадии элонгациии, и тионины, накапливающиеся в семенах и проростках многих растений. Их антимикробное действие продемонстрировано многими опытами. Они обнаружены в семенах, листьях, цветках и клубнях. Большинство этих белков накапливаются в клеточных стенках или даже на поверхности семян, осуществляя функции первой линии обороны.
В семенах некоторых бобовых обнаружена необычная аминокислота l-канаванин, содержание которой может достигать 2—3% сухого веса семян. Будучи антиметаболитом аргинина, она высокотоксичная и защищает семена от повреждения грибами и насекомыми.
Стратегия устойчивости.Растения обладают не только химическим разнообразием защитных соединений, но и разнообразными стратегиями их применения. Используя военную терминологию, можно сказать, что растения имеют глубоко эшелонированную оборону с гибким управлением, способным создавать в нужном месте и в нужное время разнообразные защитные барьеры на пути продвижения паразита.