Принципы классификации вторичных метаболитов. Основные группы вторичных метаболитов.

Принципы классификации вторичных метаболитов, как и названия инди­видуальных соединений, изменялись по мере их изучения. Сейчас можно встре­тить элементы по крайней мере четырех вариантов классификации.

Эмпирическая (тривиальная) классификация. Самый «древний» принцип классификации, основанный на определенных свойствах вторичных метабо­литов. Например, алкалоиды — соединения, имеющие щелочные свойства; сапонины — вещества, образующие при встряхивании пену (от Saponaria — мыльнянка); горечи — соединения с горьким вкусом; эфирные масла — аро­матные летучие вторичные метаболиты. Подобный принцип классификации имеет много недостатков, однако его элементы встречаются до сих пор в силу традиции и длительного употребления.

Вторичные метаболиты получали (и получают) свои названия, как прави­ло, также эмпирически. Чаще всего названия происходят от растения, из кото­рого впервые было выделено соединение. Например, алкалоиды папаверин (Рараиег — мак), берберин (Berberis — барбарис), кокаин (Erythroxy/um coca — кокаиновый куст). Довольно часто названия связаны с мифологией, историей, личностями и т.д. Например, алкалоид морфин получил свое название в честь бога сна Морфея, алкалоид тебаин — от египетского города Тебаис, рядом с которым в древности был центр по производству наркотиков, каучук в пере­воде с индейского — «слезы дерева».

Подобный способ классификации и формирования названий соединений часто приводит к недоразумениям. Например, биологически активные тритер-пеновые гликозиды женьшеня практически одновременно начали изучать в Японии и в России. Японские исследователи предложили их называть гинзено-зидами — по видовому названию женьшеня (Panaxginseng), тогда как русские исследователи — панаксозидами, т.е. по родовому названию. Позже, когда ста­ло ясно, что одни и те же соединения называются по-разному, пришлось пуб­ликовать «таблицы соответствия» гинзенозидов и панаксозидов.

Химическая классификация. Этот вариант классификации основан на при­знаках химической структуры вторичных метаболитов и на данный момент времени наиболее разработан и распространен. Однако и эта классификация не лишена недостатков. Например, алкалоиды по такой классификации — со­единения, имеющие атом азота в гетероцикле. По этому признаку гликоалка-лоиды картофеля или томатов — типичные алкалоиды, однако по способу синтеза, структуре и ряду свойств эти соединения являются изопреноидами.

Биохимическая классификация. Эта классификация базируется на способах биосинтеза вторичных метаболитов. Например, согласно этой классификации упомянутые выше гликоалкалоиды относятся к тритерпеновым псевдоалкало­идам, так как синтезируются, как и стероидные гликозиды, по изопреноидному пути. Это, по-видимому, наиболее объективный вариант классификации. Однако поскольку биохимия вторичного метаболизма еще недостаточно раз­работана, такая классификация находится впериоде становления.

Функциональная классификация. Основана на функциях вторичных метабо­литов в интактном растении. Этот вариант принципиально отличается от предыдущих и должен существовать параллельно с ними. Согласно функциональ­ной классификации в одну группу соединений могут попадать химически раз­ные структуры. Например, фитоалексины (вторичные метаболиты, имеющие защитные функции и синтезирующиеся в ответ на атаку патогена) представ­лены в разных видах фенольными соединениями, изопреноидами, полиацетиленами и др. Разработка функциональной классификации вторичных метабо­литов только начинается, но она имеет принципиальное значение для физио­логии растений.

Наличие разных вариантов классификации вторичных метаболитов приво­дит к определенным сложностям. В частности, при использовании разных при­знаков, используемых при химической классификации, возможно «перекры­тие» групп вторичных метаболитов. Например, в «фармакогнозии» в качестве действующих веществ многих лекарственных растений выделяют гликозиды (соединения, молекула которых состоит из агликона и углеводного фрагмен­та) в отдельную группу. В то же время по структуре агликона эти гликозиды могут быть отнесены к фенольным соединениям, изопреноидам или другим группам вторичных метаболитов. Еще больше проблем возникает, когда соеди­нение содержит ряд признаков, характерных для разных групп вторичных ме­таболитов (например, пренилированные фенольные соединения). В ряде слу­чаев появляющиеся проблемы можно снять, корректируя химическую класси­фикацию биохимической.

В настоящее время известно более десятка групп (классов) вторичных мета­болитов. При этом некоторые группы насчитывают по несколько тысяч индиви­дуальных соединений, тогда как другие — лишь единицы. Так же неравномерно распределены группы в растительном мире. Например, изопреноиды и феноль­ные соединения присутствуют во всех видах растений, тогда как некоторые группы (например, тиофены или ацетогенины) характерны лишь для единичных видов.

Хорошо известны три самые большие группы вторичных метаболитов — алкалоиды, изопреноиды (терпеноиды) и фенольные соединения. Каждая из этих групп состоит из нескольких тысяч соединений и подразделяется на многочисленные подгруппы. Известно также около десятка менее многочисленных групп вторичных метаболитов: растительные амины, небелковые аминокислоты, цианогенные гликозиды, глюкозинолаты, полиацетилены, беталаины, алкиламиды, тиофены и др. Количество соединений, входящих в эти группы, колеб­лется от единиц до нескольких сотен.

Вторичные метаболиты в растении практически никогда не присутствуют в «чистом виде», они, как правило, входят в состав сложных смесей. Такие сме­си в зависимости от их состава и нахождения в растении часто носят собствен­ные, исторически сложившиеся названия.

Эфирные масла, как правило, представляют из себя смесь легко испаряю­щихся изопреноидов (моно- и сесквитерпенов).

Смолы представлены главным образом дитерпенами.

Камеди состоят преимущественно из полисахаридов, но в их состав часто входят алкалоиды, фенольные соединения.

Слизи — это смесь водорастворимых олиго- и полисахаридов, Сахаров, а так­же небольших количеств фенольных соединений, алкалоидов или изопреноидов.