Глюкозинолаты (IlZtk[nuklgmd)

Перейти к навигации Перейти к поиску
Структура глюкозинолата; боковая группа R варьируется

Глюкозинолаты — это органические соединения, встречающиеся в овощах с резким и терпким вкусом, таких как горчица, капуста и хрен. Им придают остроту горчичные масла, которые образуются из глюкозинолатов при пережевывании, нарезании или любом другом повреждении целостности съедобного растения. Эти натуральные химические соединения помогают растениям защищаться от вредителей и болезней и придают характерную терпкость вкусу всех крестоцветных овощей[1]. Между видами варьируются по химической структуре и по содержанию[2].

Глюкозинаты могут быть разделены на 3 класса: алифатические глюкозинолаты, индольные глюкозинолаты и ароматические глюкозинолаты[3].

Химия

[править | править код]

Глюкозинолаты представляют собой природный класс органических соединений, которые содержат серу и азот и являются производными глюкозы и аминокислоты. Они являются водорастворимыми анионами и относятся к глюкозидам. Каждый глюкозинолат содержит центральный атом углерода, который связан с атомом серы тиоглюкозной группы 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 изменение биологической активности этих растительных соединений. Суть химии глюкозинолатов заключается в их способности превращаться в изотиоцианат («горчичное масло») при гидролизе тиоглюкозидной связи ферментом мирозиназой[4].

Биохимия

[править | править код]

Природное разнообразие из нескольких аминокислот

[править | править код]

Известно, что около 132 различных глюкозинолатов встречаются в растениях в природе. Они синтезируются из определённых аминокислот: так называемых алифатических глюкозинолатов, полученных в основном из метионина, но также аланина, лейцина, изолейцина или валина. (Большинство глюкозинолатов на самом деле получают из гомологов этих аминокислот с удлиненной цепью, например, глюкорафанин получают из дигомометионина, цепь которого удлинена в два раза). Ароматические глюкозинолаты включают индольные глюкозинолаты, такие как глюкобрассицин, полученный из триптофана, и другие изфенилаланин, его гомолог с удлиненной цепью гомофенилаланин и синальбин, полученные из тирозина[4].

Ферментативная активация

[править | править код]

Растения содержат фермент мирозиназу, который в присутствии воды отщепляет глюкозную группу от глюкозинолата[5]. Оставшаяся молекула затем быстро превращается в изотиоцианат, нитрил или тиоцианат; это активные вещества, которые служат защитой для растения. Глюкозинолаты также называют гликозидами горчичного масла. Стандартным продуктом реакции является изотиоцианат (горчичное масло); два других продукта в основном образуются в присутствии специализированных растительных белков, которые изменяют результат реакции[6].

Гликозид 1 горчичного масла превращается в изотиоцианат 3 (горчичное масло). Глюкоза 2 также высвобождается, показана только β-форма.

В химической реакции, проиллюстрированной выше, 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 ферментом.

Напротив, реакция, проиллюстрированная красными изогнутыми стрелками в правой части рисунка, изображающая перегруппировку атомов, приводящую к образованию изотиоцианата, как ожидается, будет неферментативной. Этот тип перегруппировки можно назвать перегруппировкой Лоссена или перегруппировкой, подобной Лоссену, поскольку это название впервые было использовано для аналогичной реакции, приводящей к органическому изоцианату (R-N = C = O).

Чтобы предотвратить повреждение самого растения, мирозиназа и глюкозинолаты хранятся в отдельных ячейках клетки или в разных клетках ткани и собираются вместе только или главным образом в условиях физического повреждения (см. Мирозиназа).

Растения с глюкозинолатами

[править | править код]

Глюкозинолаты образуются как вторичные метаболиты практически во всех растениях порядка Капустоцветные. К порядку Капустоцветные относится, например, экономически важное семейство Капустные, а также Каперсовые и Кариковые. Растения рода Дрипетес[7] и Путранджива, которые не относятся к порядку Капустоцветные, это единственные представители других видов, содержащие глюкозинолаты. Глюкозинолаты встречаются в различных съедобных растениях, например в капусте (белокочанная, пекинская, брокколи), брюссельской капусте, водяном крессе, хрене, каперсах и редисе, отличительный вкус которым придают продукты деструкции этих соединений. Кроме того, глюкозинолаты содержатся в семенах этих растений.

Биологическое воздействие

[править | править код]

Люди и животные

[править | править код]

Токсичность

[править | править код]

Использование глюкозинолат-содержащих культур в качестве основного источника пищи для животных может иметь негативные последствия, если концентрация глюкозинолатов превышает допустимую для данного животного. Было доказано, что высокие дозы некоторых глюкозинолатов оказывают токсическое действие (в основном в качестве зобных и антитиреоидных агентов) как на людей[нет в источнике], так и на животных[8]. Содержание же глюкозинатов в продуктах животного происхождения намного ниже, чем в овощах, поэтому у людей такие продукты не должны вызывать каких-либо негативных эффектов для здоровья[9]. Однако уровень толерантности к глюкозинолатам варьируется даже в пределах одного и того же рода (например, у каирской иглистой мыши (Acomys cahirinus) и золотистой иглистой мыши (Acomys russatus)[10].

Вкус и пищевое поведение

[править | править код]

Наряду с другими глюкозинолатами синигрин сообщает горьковатый привкус приготовленной цветной и брюссельской капусте[1][11]. Глюкозинолаты могут изменять пищевое поведение животных[12].

Исследования

[править | править код]

Образующиеся из глюкозинолатов изотиоцианаты изучают в лабораторных условиях для оценки экспрессии и активации ферментов, которые подвергают химическим изменениям ксенобиотики, например канцерогены[13]. Были проведены обзорные исследования с целью определить, влияет ли потребление крестоцветных овощей на риск развития рака у людей. Согласно анализу 2017 года, нет достаточных клинических доказательств того, что потребление изотиоцианатов, содержащихся в крестоцветных овощах, полезно для здоровья[13].

Насекомые

[править | править код]

Глюкозинолаты и их производные обладают одновременно отпугивающим и токсичным действием на различных насекомых. В попытке применить этот принцип в полеводческом контексте были разработаны продукты на основе глюкозинолатов, которые можно использовать в качестве антифидантов, то есть натуральных пестицидов[14].

В отличие от них такой вредитель крестоцветных, как капустная моль, может распознавать наличие глюкозинолатов и по ним отыскивать нужное для себя растение[15]. Существуют определённые виды насекомых, которые специализируются только на глюкозинолат-содержащих растениях, к ним относятся бабочки-белянки капустница, репница и зорька, некоторые виды тли, мотыльки южная совка, настоящие пилильщики и земляные блошки. Например, бабочка капустница откладывает яйца на растениях, содержащих глюкозинолаты, и личинки способны выживать даже в условиях высокой концентрации этих соединений, питаясь растительной массой. Белянки и зорьки обладают так называемым нитрильным спецификатором, который сводит гидролиз глюкозинолатов к нитрилу, а не реакционноспособным изотиоцианатам[16]. При этом у капустной моли в арсенале совершенно другой белок — глюкозинолат сульфатаза, который десульфатирует глюкозинолаты и не дает им распадаться до токсичных продуктов под действием мирозиназы[17].

Другие виды насекомых (специализированные пилильщики и тля) изолируют глюкозинолаты[18]. У специализированных тлей, но не у пилильщиков, в мышечной ткани обнаружен особый животный фермент мирозиназа, приводящий к деградации изолированных глюкозинолатов при разрушении тканей тлей[19]. Этот разнообразный ассортимент биохимических решений для одного и того же растительного соединения играет ключевую роль в эволюции отношений между растениями и насекомыми[20].

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 Masahiko Ishida, Masakazu Hara, Nobuko Fukino, Tomohiro Kakizaki, Yasujiro Morimitsu. Glucosinolate metabolism, functionality and breeding for the improvement of Brassicaceae vegetables // Breeding Science. — 2014-05. — Т. 64, вып. 1. — С. 48–59. — ISSN 1344-7610. — doi:10.1270/jsbbs.64.48. Архивировано 25 августа 2022 года.
  2. ↑ Spyridon A. Petropoulos, Isabel C. F. R. Ferreira, Lilian Barros. Phytochemicals in Vegetables: A Valuable Source of Bioactive Compounds. — Bentham Science Publishers, 2018. — С. 265. — 492 с. — ISBN 978-1-68108-739-9. Архивировано 26 августа 2022 года.
  3. ↑ Masahiko Ishida, Masakazu Hara, Nobuko Fukino, Tomohiro Kakizaki, Yasujiro Morimitsu. Glucosinolate metabolism, functionality and breeding for the improvement of Brassicaceae vegetables (англ.) // Breeding Science. — 2014. — May (vol. 64, iss. 1). — P. 48–59. — ISSN 1344-7610. — doi:10.1270/jsbbs.64.48. — PMID 24987290. Архивировано 25 августа 2022 года.
  4. ↑ 1 2 Agerbirk N, Olsen CE (May 2012). "Glucosinolate structures in evolution". Phytochemistry. 77: 16—45. doi:10.1016/j.phytochem.2012.02.005. PMID 22405332.
  5. ↑ Bongoni R, Verkerk R, Steenbekkers B, Dekker M, Stieger M (September 2014). "Evaluation of different cooking conditions on broccoli (Brassica oleracea var. italica) to improve the nutritional value and consumer acceptance". Plant Foods for Human Nutrition. 69 (3): 228—234. doi:10.1007/s11130-014-0420-2. PMID 24853375. S2CID 35228794.
  6. ↑ Burow M, Bergner A, Gershenzon J, Wittstock U (January 2007). "Glucosinolate hydrolysis in Lepidium sativum--identification of the thiocyanate-forming protein". Plant Molecular Biology. 63 (1): 49—61. doi:10.1007/s11103-006-9071-5. PMID 17139450. S2CID 22955134.
  7. ↑ James E. Rodman, Kenneth G. Karol, Robert A. Price, Kenneth J. Sytsma. Molecules, Morphology, and Dahlgren's Expanded Order Capparales // Systematic Botany. — 1996. — Т. 21, вып. 3. — С. 289–307. — ISSN 0363-6445. — doi:10.2307/2419660. Архивировано 25 августа 2022 года.
  8. ↑ Cornell University Department of Animal Science. poisonousplants.ansci.cornell.edu. Дата обращения: 25 августа 2022. Архивировано 12 июня 2022 года.
  9. ↑ Auðunsson, Guðjón Atli et al. Glucosinolates as undesirable substances in animal feed - Scientific Opinion of the Panel on Contaminants in the Food Chain (англ.) // EFSA Journal. — 2008. — 15 January (no. EFSA-Q-2003-061). — P. 1—76. — ISSN 1831-4732. — doi:10.2903/j.efsa.2008.590.
  10. ↑ Michal Samuni-Blank, Zeev Arad, M. Denise Dearing, Yoram Gerchman, William H. Karasov. Friend or foe? Disparate plant–animal interactions of two congeneric rodents (англ.) // Evolutionary Ecology. — 2013-11-01. — Vol. 27, iss. 6. — P. 1069–1080. — ISSN 1573-8477. — doi:10.1007/s10682-013-9655-x.
  11. ↑ The glucosinolates sinigrin and progoitrin are important determinants for taste preference and bitterness of Brussels sprouts. Дата обращения: 25 августа 2022. Архивировано 25 августа 2022 года.
  12. ↑ Michal Samuni-Blank, Ido Izhaki, M. Denise Dearing, Yoram Gerchman, Beny Trabelcy. Intraspecific Directed Deterrence by the Mustard Oil Bomb in a Desert Plant (англ.) // Current Biology. — 2012-07-10. — Т. 22, вып. 13. — С. 1218–1220. — ISSN 0960-9822. — doi:10.1016/j.cub.2012.04.051. Архивировано 8 мая 2013 года.
  13. ↑ 1 2 Isothiocyanates (англ.). Linus Pauling Institute (29 апреля 2014). Дата обращения: 25 августа 2022. Архивировано 5 июля 2019 года.
  14. ↑ Lorenzo Furlan, Christian Bonetto, Andrea Finotto, Luca Lazzeri, Lorena Malaguti. The efficacy of biofumigant meals and plants to control wireworm populations (англ.) // Industrial Crops and Products. — 2010-03-01. — Vol. 31, iss. 2. — P. 245–254. — ISSN 0926-6690. — doi:10.1016/j.indcrop.2009.10.012. Архивировано 11 марта 2017 года.
  15. ↑ Francisco Rubén Badenes-Pérez, Michael Reichelt, Jonathan Gershenzon, David G. Heckel. Phylloplane location of glucosinolates in Barbarea spp. (Brassicaceae) and misleading assessment of host suitability by a specialist herbivore // The New Phytologist. — 2011-01. — Т. 189, вып. 2. — С. 549–556. — ISSN 1469-8137. — doi:10.1111/j.1469-8137.2010.03486.x. Архивировано 25 августа 2022 года.
  16. ↑ Ute Wittstock, Niels Agerbirk, Einar J. Stauber, Carl Erik Olsen, Michael Hippler. Successful herbivore attack due to metabolic diversion of a plant chemical defense // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2004-04-06. — Т. 101, вып. 14. — С. 4859–4864. — ISSN 0027-8424. — doi:10.1073/pnas.0308007101. Архивировано 25 августа 2022 года.
  17. ↑ Andreas Ratzka, Heiko Vogel, Daniel J. Kliebenstein, Thomas Mitchell-Olds, Juergen Kroymann. Disarming the mustard oil bomb // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2002-08-20. — Т. 99, вып. 17. — С. 11223–11228. — ISSN 0027-8424. — doi:10.1073/pnas.172112899. Архивировано 25 августа 2022 года.
  18. ↑ C. Müller, N. Agerbirk, C. E. Olsen, J. L. Boevé, U. Schaffner. Sequestration of host plant glucosinolates in the defensive hemolymph of the sawfly Athalia rosae // Journal of Chemical Ecology. — 2001-12. — Т. 27, вып. 12. — С. 2505–2516. — ISSN 0098-0331. — doi:10.1023/a:1013631616141. Архивировано 25 августа 2022 года.
  19. ↑ Matthew Bridges, Alexandra M. E. Jones, Atle M. Bones, Chris Hodgson, Rosemary Cole. Spatial organization of the glucosinolate-myrosinase system in brassica specialist aphids is similar to that of the host plant // Proceedings. Biological Sciences. — 2002-01-22. — Т. 269, вып. 1487. — С. 187–191. — ISSN 0962-8452. — doi:10.1098/rspb.2001.1861. Архивировано 25 августа 2022 года.
  20. ↑ Christopher W. Wheat, Heiko Vogel, Ute Wittstock, Michael F. Braby, Dessie Underwood. The genetic basis of a plant-insect coevolutionary key innovation // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2007-12-18. — Т. 104, вып. 51. — С. 20427–20431. — ISSN 1091-6490. — doi:10.1073/pnas.0706229104. Архивировано 25 августа 2022 года.
Источник — https://ru.wikipedia.org/wiki/Глюкозинолаты