Метаболиты как старт научной базы
Начинать необходимо с самого верха этой странной пирамиды классификации. Как говорил один из персонажей фильма «Джентльмены»: «Мне интересно, кто толкнул первую костяшку». Все начинается с каннабиноидов. Это вторичные метаболиты растения каннабис, относящиеся к классу терпенов. Сегодня будем говорить именно о первичных и вторичных метаболитах растений, и почему вторичные метаболиты не ненужные, хоть и стоят на втором месте, а играют очень даже большую роль в жизни растения.
Первичные метаболиты
Первичные метаболиты — это вещества, которые необходимы растению для жизни и размножения. Белки, жиры, углеводы, витамины и пептиды — они все являются первичными метаболитами.
Про сокращение БЖУ (Белки, Жиры, Углеводы) вы могли услышать в спортивном зале от тренера или от качков рядом, что говорили о регулярном потреблении миллиона килокалорий в день. Каждый посетитель тренажерного зала пытается угнаться за правильным соблюдением соотношения БЖУ. Это действительно необходимо, ведь одни вещества не будет правильно усваиваться без других. В природе все существует в балансе, и для правильной регуляции существуют нормы потребления каждого из веществ.
Белки
Белки или же протеины — это высокомолекулярные органические вещества, представляющие собой цепочки аминокислот, соединенные между друг другом. Они являются универсальными строительными блоками, без которых ничего не будет расти.
Белки как в человеческом, так и в растительном организме выполняют множество функций:
Строительная и ремонтная:
Белки в растениях работают как бригада строителей. Они собирают клеточные «дома» из кирпичей (аминокислот), чинят повреждения и следят, чтобы всё держалось крепко. Без них клетка растений буквально развалилась бы.
Катализаторная (ускорительная):
У каждого из нас бывало так: опускаешь первый колпак и понимаешь, что тебя настигает сушнячок, но пить сладкую газировку не хочется. Тогда вспоминаешь о потрясающем напитке без огромного количества сахара – о чае. И вот ты поставил чайник, но он так долго греется и, кажется, закипает целую вечность... У растений тоже много «чайников» — химических реакций, и без белков-ферментов они бы тянулись так медленно, что растения не успели бы зацвести даже за три года. Ферменты подгоняют глобальные процессы: фотосинтез, синтез сахаров, дыхание, защитные реакции.
Транспортная:
Часть белков — это дальнобойщики. Они берут на себя миссию перевозить молекулы. Одни таскают ионы через мембрану, другие переносят кислород, третьи следят, чтобы питание дошло до необходимого места.
Сигнальная и охранная:
Белки умеют быть и охранниками. Если на растение напал грибок или вирус, специальные белки-сигнальщики включают сигнал тревоги и запускают иммунные реакции. Как охрана в клубе: заметили драку и сразу выносят из заведения, да так, как говорил Роберт Де Ниро в «Казино»: «Выбросьте его так, чтобы он дверь башкой открыл!».
Запасливая:
А ещё растения делают из белков складские запасы. Семена, например, часто содержат белки-резервы. Для чего? Чтобы, когда семечко начнёт прорастать, у него уже была «еда» в закромах на первое время. Это их джоинт, спрятанный за картину в непростые голодные времена.
Углеводы
Углеводы – это органические вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода, и которые образуются в растениях в процессе фотосинтеза.
Углеводы бывают двух видов: простые (глюкоза) и сложные (целлюлоза). Их различие зависит от длины цепочки моносахаридов (одной молекулы углевода). Из моносахаридов собираются длинные цепочки полисахаридов. Функций у этих макроэлементов тоже достаточно много:
Энергетическая:
Главная роль углеводов — быть энергетическими батарейками. Глюкоза — это маленькая «пальчиковая батарейка», которая заряжает каждую клетку. А крахмал — это уже «пауэрбанк», большой склад энергии, спрятанный в листьях, клубнях и семенах. Как уже упоминалось ранее, сложные углеводы — это длинные цепочки сахаров, в которых как раз и есть смысл долгого расщепления. Большой капитал — игра в долгую.
Но в растениях углеводы имеют не только энергетическую функцию — это их стройматериалы и даже «сладкий язык общения».
Строительная:
Из углеводов растения строят себя буквально. Целлюлоза — главный строительный материал клеточных стенок. Без неё не было бы ни деревьев, ни травы, ни хруста у свежего огурца. Это как арматура в бетоне — держит форму, пока вокруг идёт вся остальная жизнь. Целлюлозные волокна в каннабисе — это отдельный вид искусства. Их прочность и длина как раз то, что так любят в сельскохозяйственных отраслях. Вспомните как в СССР высаживали поля технической конопли для дальнейшего производства канатов из волокон стебля этого растения.
Симбиозная:
Растения платят углеводами, как мы деньгами. Нектар — это «сладкая взятка» насекомым. Прилетайте, угощайтесь, только не забудьте оплатить вход —опылить. Пчёлы в курсе этой экономики и работают за сахар с полной отдачей.
Сигнальная:
Некоторые сахара — это сигнальные молекулы. Они помогают клеткам общаться, запускать нужные процессы и даже реагировать на стресс. Можно сказать, что углеводы — это свободный Telegram растений, только без мемов и странных стикеров.
Запасающая:
Семена и плоды набиты углеводами. Так же, как и с белками, чтобы молодое растение, проклюнувшись, сразу имело сытный завтрак и силы для старта.
Липиды (жиры)
Липиды – низкомолекулярные органические вещества, малорастворимые в воде и хорошо растворимые в органических растворителях, таких как ацетон, спирт и бензин (да-да, он тоже считается растворителем, хотя является смесью веществ).
В своих молекулах они различаются по основе, на которую уже крепится все остальное, но не будем уходить в это глубоко. Стоит сказать, что жиры не только откладываются про запас в бока и в места, за которые так переживают девушки всех возрастов.
В растениях они выполняют столько же функций, сколько и углеводы, и белки:
Запасливая:
Если в растениях крахмал является «повербанком», то липиды — машинные аккумуляторы. Они дают в несколько раз больше энергии на грамм. Поэтому семена подсолнечника, сои или рапса буквально набиты маслом — это запас на старт новой жизни.
Проводящая:
Каждая клетка растения окружена мембраной. А мембрана — это, по сути, жирная плёнка из липидов. Она как дверь с охраной: решает, кого пустить внутрь клетки, а кого оставить снаружи. И это не охрана стен Винтерфелла или не дай бог Румынии. Липидная мембрана растений – это ледяная стена из Игры Престолов, за которой сразу же стоит металлическая стена под напряжением, а уже за ней несколько километров колючей проволоки с минами. Мембрана не пропускает кого угодно. Чтобы войти вы должны быть либо шикарнейшим шпионом, говорящим на тысяче языках, либо у вас есть пропуск, а также великолепно скопированные данные сетчаток глаз, отпечатков пальцев рук и ног одного из служащих внутри.
Защитная:
Липиды образуют восковой налёт на листьях и стеблях. Благодаря этому растения не «потеют» лишнего: вода не испаряется зря, а капли дождя скатываются вниз. Это как непромокаемая куртка или плащ-дождевик. Липиды мешают насекомым жевать растения, слепляя их жевательные клешни, как резинки или клей.
Сигнальная:
Некоторые жиры работают как «мессенджеры тревоги». Если растение кто-то жует или кусает, липидные сигналы запускают защитные реакции, которые сообщает всем соседним клеткам: «We are under attack!».
Аттрактивная (Привлекательная):
Да, у растений тоже есть «косметика». Эфирные масла, смолы, воски — всё это липидная природа. Они отвечают за аромат, блеск и «привлекательность» растения для опылителей и защиту от насекомых.
Вторичные метаболиты
Вторичные метаболиты — это вещества, которые необходимы для растений, но не для процессов роста и размножения.
Они не образуются во всех клетках, но могут синтезироваться в организме из смеси или остатков первичных метаболитов. Внутри организма все идет в дело и все используется, никто не отдыхает, иначе оно просто отмирает или идет на переработку уже во внешней среде.
Чаще всего вторичные метаболиты используются растениями для комфортной жизни в дикой природе, в которой очень много травоядных и прочей живности хочет тебя съесть, если ты более-менее красивый на вид и цвет у тебя зеленый, а если ещё и приятно пахнешь, то вай йа что за лев такой этот тигр. Но растения не глупые, они эволюционируют так же, как все живое на планете, поэтому вторичные метаболиты существуют для защиты растений от потенциальных угроз. Но также к их функциям относятся общение между сородичами, привлечения внимания потенциальных опылителей, а также адаптации растения ко внешним факторам.
Ко вторичным метаболитам относятся такие вещества как терпены (терпилы—хех, да, легко запоминаются), фенольные соединения, алкалоиды и прочие интересные персонажи.
Фенолы
Фенолы — это органические соединения, в которых гидроксильная группа (—OH) непосредственно связана с атомом углерода в ароматическом кольце.
Можно представить, что ароматическое кольцо — это браслет, а гидроксильная группа пристегнута к этому браслету, как драгоценный камень на цепочке. И таких драгоценных камней может быть несколько.
Возглавляет данный класс веществ соединение под названием Фенол, удивительно, не правда ли. Запах данного соединения чаще всего сравнивают с запахом гуаши, но если вы с ним случайно столкнулись, то не спешите наслаждаться, данное вещество опасно для человека и лишний раз лучше не вдыхать его частицы. В растениях данные вещества являются многофункциональными:
Защитная:
Такие фенолы, как антоцианы, поглощают часть ультрафиолетовых лучей, тем самым защищая клетки растений от повреждений, которые могут возникнуть под воздействием сильного солнечного света.
Также фенолы опасны не только для человека, но и для микробов и грибков. Они обладают антибактериальными и фунгицидными свойствами. Но не вздумайте покупать их отдельно и прыскать на свои растишки, так у вас и урожая не будет, и свое здоровье погубите.
Не всегда в растении все идет как надо и порой с помощью биохимии внутри клеток образуются свободные радикалы кислорода. Данные процессы безопасны, потому что существует система «сдержек и противовесов», но если не погасить эти радикалы вовремя, то все может дойти до некроза отдельных тканей и в конечном итоге к смерти всего растения. Фенолы же в свою очередь обладают функцией нейтрализации свободных радикалах, предотвращая повреждения клеток и тканей, что способствует долговечности растения.
Регуляторная:
Фенолы играют важную роль в регуляции роста растения. Например, на процессы цветения и плодоношения. Это, конечно, не значит, что они буквально заставляют растение расти быстрее, но они помогают внутренним процессам, контролируя баланс веществ в растении и регулируя синтез гормонов роста.
Некоторые фенолы, особенно в ответ на стрессовые условия, могут стимулировать образование корней, что помогает растению более эффективно извлекать питательные вещества и воду из почвы. Таким образом, фенолы помогают растению адаптироваться к изменениям в окружающей среде, будь то засуха или другие неблагоприятные условия.
Аттрактивная:
Упомянутые ранее антоцианы придают цветам яркую окраску, что привлекает насекомых-опылителей, таких как пчелы и бабочки. Это не только помогает растению размножаться, но и обеспечивать успешное оплодотворение. Яркие цвета — это своего рода реклама для насекомых, указывающая на наличие нектара или пыльцы. Однако не все растения привлекают опылителей в одно и то же время, поэтому фенолы играют с цветами, меняя их оттенки в зависимости от времени года или освещенности.
Алкалоиды
Алкалоиды — это природные органические соединения, имеющие в своей основе молекулу азота, от которой чаще всего идут несколько последовательностей углерода соединенные в цикл.
Я начну по очереди одобрения в мире: кофеин, никотин, кодеин, хинин, морфин и кокаин. Данный класс очень легко можно запомнить по примерам из него, а многие из нас употребляют данные соединения ежедневно! У алкалоидов существуют несколько функций:
Защитная:
Такие алкалоиды, как кофеин или никотин, обладают горьким вкусом и токсичностью, что помогает отпугивать травоядных и насекомых, которые могут захотеть полакомиться растением. Эти вещества действуют как естественная защита от поедания, снижая риск повреждения растения.
Алкалоиды также обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами, например, морфин и хинин. Эти вещества помогают растению бороться с инфекциями и грибковыми заболеваниями, защищая его от патогенов, которые могут повредить ткани и уменьшить шансы на выживание.
Самое удивительное как человек научился использовать данные соединения в свою пользу, когда в основном они предназначены, чтобы защитить растения, в том числе от таких животных, как человек.
Аттрактивная:
Несмотря на свою токсичность для некоторых организмов, алкалоиды могут привлекать определенных животных и насекомых, таких как пчелы или птицы, которые помогают растению в процессе опыления или распространения семян. Это дополнительная выгода для растения, обеспечивающая продолжение его рода.
При поедании некоторых растений, содержащих алкалоиды, у животных нарушается пищеварительный процесс из-за токсичности данных соединений. И вместе с отторжением и последующим выводом из организма на землю попадают семена данных растений, распространяясь по миру.
Конкурентная:
Некоторые растения могут выделять алкалоиды в почву, что подавляет рост соседних растений. Это явление называется аллелопатией и позволяет растению снизить конкуренцию за ресурсы, такие как свет, вода и питательные вещества, обеспечивая себе преимущество в борьбе за выживание. Всем известный табак делает именно так и после него невозможно уже посадить другие культуры из-за «отравленной» почвы.
Терпены и терпеноиды
Терпены — это вещества, которые часто встречаются в эфирных маслах растений.
Продукты биосинтеза растений с общей формулой (C5H8)n, где n — это число повторяющихся данных звеньев. Мономером с этой формулой является соединение изопрен. Вариантов создания веществ из данного мономера огромное количество. Удлиняя цепочку и зацикливая ее либо же саму на себя или в другом месте, растения производят совершенно удивительные и полезные для себя метаболиты.
Терпеноиды — это уже в свою очередь модифицированные производные терпенов. Добавляя гидроксильную группу (—OH) в цепочку изопреновых звеньев мы получим уже не терпен, а терпеноид. Но, честно говоря, это уже душниловка. По большей части все терпены можно объединять в один класс под этим названием, и никто не посмеет посмотреть на вас криво из-за этого.
К данному классу вторичных метаболитов относятся всеми нами так любимые каннабиноиды. И чтобы вы не подумали, что это конец нашей классификации, я хочу вам напомнить, что каннабиноиды сами по себе являются отдельным классом соединений, о которых более подробно мы поговорим уже в следующей части цикла данных статей.
Терпены обладают мощным запахом и могут выполнять множество функций, помогая растениям выживать и развиваться:
Защитная:
Терпены, такие как пинен в хвое или ментол в мяте, обладают резким запахом, который отпугивает насекомых, животных и даже другие растения. Это своеобразная защита от вредителей, не дающая им поедать растение или конкурировать за ресурсы. Терпены могут быть очень токсичными для насекомых и мелких животных, тем самым снижая риск повреждения растений.
Некоторые терпены, такие как лимонен, обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами. Это помогает растению бороться с инфекциями, такими как грибковые заболевания и бактериальные инфекции, обеспечивая его здоровье и устойчивость к болезням.
Терпены могут действовать как защитный экран для растений от избыточного тепла. Например, они могут уменьшить перегрев клеток, снижая влияние высоких температур и защищая растения от теплового стресса, который может нарушить нормальный метаболизм.
Что же касается нами так любимого тетрагидроканнабинола (ТГК), что содержится в растении каннабис. Благодаря своим психоактивным свойствам, он защищается от больших диких животных, например, оленей. Представьте, будучи оленем, что вы проходитесь по лесу, пытаясь найти чем бы поживиться, вроде находите, пахнет не дурно, да и на вид прям топово. Налитые, шикарные бошечки так и светятся на свету от сока. Вы жадно кусаете их, сок струится, и вы наслаждаетесь вкусом. И вроде все отлично, все хорошо, но через пару мгновений понимаете, что что-то не так, теряете ориентацию и не ту, что предлагал сменить известный в песни Стрыкало папин друг детства, а пространственную. В моменте не понимаете, где лево, а где верх, немного паники и вот вы уже лежите и чет прям прибило. Эффект может быть знаком тем, кто переел каннакухню впервые по незнанию. Что же, после такого интересного трипа, будучи животным, если отойдете от него, а возможно и нет, вы никогда не забудете вид данного растения и больше никогда не попытаетесь повторить данный опыт.
Аттрактивная:
Сладкие и яркие запахи привлекают полезных насекомых и птиц, которые играют ключевую роль в опылении растений. Например, аромат цветов, содержащих терпены, служит сигналом для насекомых, указывая на наличие нектара или пыльцы. Это помогает растению обеспечить успешное размножение. Будучи пчелой, вы никогда не забудете такой сильный и приятный запах, что ещё и за собой скрывает большое количество пыльцы, и не забудете подлететь и опылить своей попкой такой потрясающий и далеко видный цветочек.
Регуляторная:
Некоторые терпены принимают участие в регуляции гормонов роста растения, таких как ауксины. Эти гормоны контролируют такие процессы, как фототропизм — реакция на свет, и геотропизм —реакция на гравитацию, влияя на направление роста корней и стеблей. Это помогает растению адаптироваться к окружающим условиям и правильно развиваться в разных средах.
Заключение
Для лучшего понимания, что такое первичные и вторичные метаболиты представьте, что вы резко оказались на фестивале в диких условиях, прямо сейчас, прямо в лесу в своих домашних рейтузах, тапках или вообще голый, если так предпочитаете. В одной руке у вас пакет с картошкой и зип с башкой от вашего последнего грова, а в другой руке здоровенный нож. Необычный набор, но приятный. Вокруг вас такие же люди, играет приятная музыка, но про безопасность и выживание забывать нельзя. Первое вам поможет не умереть от голода, расслабиться и провести хорошо время вокруг своих, с кем-то познакомиться, поделиться, и вдруг в палатку впустят, а второе вам на всякий случай, может кабан пробежит, а тут и защитился, и поел. Так вот, картошка и трава — это первичные метаболиты, а ваш нож — это вторичные метаболиты, но все это у растений.
Теперь, когда вы знаете, как важны метаболиты для растений, задайтесь вопросом: как бы вы выжили, если бы оказались в этих условиях? Какие метаболиты вам помогли бы в дикой природе? С каким метаболитом вы себя ассоциируете? Поделитесь своим мнением в комментариях!
Автор: The Bullet
🤝 Статья опкбликована благодаря спонсору — сидшопу SEEDSMAN.
До конца ноября доступна скидка 10% на все семена Pyramid Seeds, суммируется с другими акциями.
Еще почитать:
Что такое алкалоиды каннабиса?
Редкие терпены + подборка сортов
Наркотесты и КБД
11
Рекомендуемые комментарии
Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь
Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий
Создать учетную запись
Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!
Регистрация нового пользователяВойти
Уже есть аккаунт? Войти в систему.
Войти