Загальна характеристика фізико-хімічних властивостей глікоалкалоїдів рослин родини Solanaceaе

1.1.      Загальна характеристика фізико-хімічних властивостей глікоалкалоїдів рослин родини Solanaceaе

Рослини картоплi культурних та диких видів мiстять серед численних органiчних сполук групи вторинних метаболітів глiкоалкалоїди [ ], найважливiшими з яких є a-соланiн, a-чаконiн, деміссин, лептіни I,II,III, соламарін, коммерсонін [ ]. Фiзiологiчнi функцii глiкоалкалоїдiв пов'язанi з явищем стiйкостi рослин картоплі проти фiтопатогенiв i шкiдникiв [ ]. Крiм того, глiкоалкалоїди беруть безпосередню участь в бiохiмiчних процесах, які притаманні тканинам листкiв, пагонiв, квiток, бульб рослин картоплi (цвiтiння, видова сумiснiсть, утворення насiння); обумовлюють разом з iншими вторинними метаболiтами смаковi якостi та придатнiсть картоплi для переробки [ ], а також мають певне значення як токсичні, ембріотропні і канцерогеннi сполуки природнього походження [ ]. Зважаючи на це, багато перспективних за врожайнiстю та iншими господарсько-корисними якостями сортiв картоплi не були рекомендованi для широкого використання саме завдяки пiдвищеному вмiсту глiкоалкалоїдiв [ ]. На думку вiтчизняних та зарубiжних [ ] дослiдникiв, кiлькiснi та якiснi характеристики глiкоалкалоїдiв нових сортiв i гiбридiв картоплi заслуговують на поглиблене вивчення. Одним з найважливіших питань, пов’язаних з біохімією та фізіологією глікоалкалоїдів, яке і досі не знайшло однозначного вирішення, є встановлення корелятивних зв’язків між параметрами метаболізму глікоалкалоїдів та ступенем стійкості сортів картоплі проти шкідників і фітопатогенів [ ]. Іншим дискусійним питанням є невизначеність зв’язків між кількісним накопиченням глікоалкалоїдів в тканинах рослин картоплі різних сортів, зокрема бульбах і умовами вирощування (погодно-кліматичні умови протягом конкретного вегетаційного сезону, тип грунтів, удобрення тощо), а також умовами зберігання (температура, освітленість, вологість тощо)[ ]. На думку провідних вчених дискусійні та суперечливі результати в цьому напрямку дослідження отримані тому, що, по-перше, на інтенсивність біосинтезу вторинних метаболітів взагалі і глікоалкалоїдів зокрема, різноспрямовано впливає велика кількість факторів зовнішнього середовища і це, разом з підвищеною лабільністю та чутливістю ферментних систем метаболізму глікоалкалоїдів до зазначених факторів обумовлює суттєві розбіжності, про які згадувалось вище; і, по-друге, більшість ранніх робіт були проведені без урахування різноманітності глікоалкалоїдів за хімічною структурою – в межах цих досліджень визначали тільки їх сумарну кількість ваговим або колориметричним методами [ ].

Проте, глікоалкалоїди картоплі являють собою досить велику групу сполук, до складу якої входять «мажорні» (a-соланiн та a-чаконiн у культурних видів картоплі) і численні «мінорні» (b-соламарін, деміссидін, 5b-соланідан-3a-ол, томатіденол) компоненти. Крім того, тканини рослин картоплі містять спеціалізовані ферментні системи, які модифікують інтактні молекули глікоалкалоїдів з утворенням численних проміжних сполук, фізіологічна роль яких вичерпно не з’ясована (b-соланін, b-чаконін, g-соланін, g-чаконін тощо)[ ]. Таким чином, дослідження статичних і динамічних кількісних та якісних параметрів глікоалкалоїдів рослин картоплі різних сортів в процесах вирощування в умовах конкретних кліматичних зон, зберігання та переробки, а також під впливом фітопатогенів, мають певні перспективи за умов використання з метою аналізу цих сполук нових високоінформативних фізико-хімічних методів досліджень [ ]. В Сумському ДАУ та Інституті прикладної фізики НАНУ (м.Суми) в 1994-2000 рр. в межах проекту «М’якоіонізаційна мас-спектрометрія в агробіології» провели цикл досліджень глiкоалкалоїдів рослин картоплi за допомогою новiтнього фiзико-хiмiчного методу аналізу полярних, термолабільних, нелетючих органiчних сполук – плазмено-десорбційної часопрольотної плазмено-десорбцiйної мас-спектрометрiї з iонiзацiєю уламками подiлу ²⁵²Cf (МС-ПДМС)[ ].

Алкалоїди являють собой велику групу рослинних речовин різного хімічного складу, яким притаманна специфічна дія на організм ссавців та людини. Алкалоїди є азотовміськими гетероциклічними сполуками, що містять в своєму складі атом азоту. Загальною властивостю даної групи речовин є їх надзвичайно сильна фізиологічна дія на організм тварин та людей. Більшість алкалоїдів діють на нервову систему: в невеликих дозах здійснюють збуджуючий вплив, в великих - пригнічують, а в ще більших є сильнодіючими отрутами [ ]. Фізіологічне значення алкалоїдів в життєдіяльності самих рослин досі не з`ясовано. До цього часу не вдалося ще з великою достовірностю показати місце алкалоїдів в життєво важливих процесах обміну речовин, з іншого боку немає неспростовних доказів того, що алкалоїдоносні види рослин можуть існувати без алкалоїдів [ ].

В ряді робіт відзначається вплив алкалоїдів на обмін речовин у рослин, виникнення квітів, формування органел та органів рослин, ріст клітин, поділ ядер і т.д. Було доведено, що алкалоїди в клітинах рослин якимось чином ізольовані від внутрішнього середовища клітини. Так, розчини нікотину, нанесені на рослинні тканини табаку, чинять всебічну негативну фітотоксичну дію навіть при концентрації, рівній їх концентрації в тканинах. Доведено, що високий вміст алкалоїдів часто пов`язаний зі зниженням сили росту рослин. Інакше кажучи, у рослин в період вегетації та спокою існує тісний взаємозв`язок: «білковий азот - алкалоїди». Цими причинами, на думку Горяєва, пояснюється зміна складу алкалоїдів, а в деяких випадках і їх повна відсутність в тканинах алкалоїдних рослин (Solsola richteri. Girgensonia Oppositiflora. Anabasis turkestanika) [ ].

Глікоалкалоїди, які містяться в бульбах картоплі, раніше називали загальним терміном «соланін». В наш час встановлено, що так званий «соланін» являє собою суміш якнайменше 6 різних глікозідних сполук: a-, b-, g-соланіна та a-, b-, g-чаконіна. Ці сполуки мають один і той же аглікон («корове ядро») – соланідин і відрізняються між собою складом глікозидного ланцюжка (Рис.1). Трисахаріди - a-соланін і a-чаконін є основними формами і складають в тканинах картоплі біля 95% усієї суми глікоалкалоїдів групи соланіна [ ]. Крім a-, b-, g-соланіна та a-, b-, g-чаконіна, відомі інші глікоалкалоїди пасльонових: солакаулін, соласолін, соламаргін, демісін, томатін, лептін, лептінін-1, лептінін-2 та інші. Всі гликоалкалоїди складаються з двох основних складових, виникаючих при кислотному гідролізі цих речовин – аглікона, який і є власне «алкалоїдом», і декількох моносахарів, які знаходяться в молекулі глікоалкалоїда в вигляді глікозідного ланцюга, зв`язаного з агліконом [ ]. Глікоалкалоїди культурної та дікої картоплі (Solanum) можна систематизувати в окремі групи. До групи соланідіна відносяться: a-, b-, g-соланін та a-, b-, g-чаконін, солакаулін і глікоалкалоїд, виділений з групи Akaulia. Іншу групу алкалоїдів складають сполуки, агліконом яких є соласодін. Сюди входять соласонін і соламаргін. Соласонін і соламаргін є основними алкалоїдами Solanum nigrum, Solanum laciniatum більшості інших видів Solanum

[ ].

Соласодамін знайдений в листках Solanum auriculatum і Solanum magrinatum. В групу, яка містить в якості аглікона демісідін, входить демісин, знайдений у Solanum demissum і глікоалкалоїд, виділений із Solanum polyadenium. Лептіни – глікоалкалоїди,

Рис.1. Хімічна структура агліконів, знайдених в рослинах картоплі [ ].

знайдені Куном і Левом, виявлені у Solanum chacoense. Групи Eutuberosa, Andigena, і Commersonia містять тільки - соланін, ці види містять також чаконін. Ці два глікоалкалоїди зустрічаються завжди разом, що доведено хроматографічними дослідженнями. Демісин присутній в рослинах групи Demissa і Acaulia, за виключенням Solanum acaulia, в складі якого знайдено солакаулін. Демісин знайдений також у Solanum jamesii. У форм, які не дають бульб, крім a-соланіна, який і тут частіше всього зустрічається, найбільшу групу складають форми, які містять томатін. І тільки єдина форма Solanum poliadenium, яка створює бульби, містить томатін. Інші алкалоїди зустрічаються тільки в деяких форм, нприклад, соласодамін – у Solanum sodomaneum i Slanum aviculare.

Всі алкалоїди картоплі належать до стероїдної групи похідних циклопентанопергідрофенантрена і складаються з алкалоїда (аглікона) та цукру, зв’язаного з ним глікозідним зв’язком. Аглікон має стероїдну будову, містить атоми азоту, який утворює третинну або вторинну аміногрупу. Прикладом першого типу являється соланідін, другого-томатідін і соласодін. Глікозідна частина являє собою моно-, ді-, три-, і тетрасахаріди; до їх складу може входити глюкоза (Glu), галактоза (Gal), рамноза (Rha) і ксілоза (Xyl). Наприклад, a-соланін складається з аглікона-соланідіна і трисахаріда, який при гідролізі кислотою розпадається на галактозу, глюкозу і рамнозу. Соланін має розгалужений сахарний ланцюжок: безпосередньо з агліконом зв`язана галактоза, а глюкоза і рамноза складають бокові ланцюги. Подібну будову мають глікозідні частини глікоалкалоїдів демісіну, томатіну, a-чаконіну, соласодіну і соламаргіну [ ].

Під впливом гідролізу глікоалкалоїди розпадаються на цукор і аглікон, фізичні і хімічні властивості якого і вказують на велику схожість його зі стероїдами. Стероїди утворюють різноманітну групу важливих природних речовин. Сюди відносяться стеріни, жовчні кислоти, гормони розмноження, вітаміни групи Д, глікозиди, різні алкалоїди і інші речовини. Базовою структурою усіх стероїдів є стеран (циклопентанопергідрофенантрен).

До класу стероїдів належать також фітостерини: сіто-, стігма-, і кампестерін, холестерін, ергостерін, жовчні кислоти.

Сполуки стероїдів з сахаром належать до групи глікозідів. В цю групу, крім глікоалкалоідів, входять «сердечні глікозіди», які містяться в деяких рослинах із родини Strophanthus і Digitalis. Стероїдні саконіни також являють собою глікозіди агліконів, котрі э похідними циклопентанопергідрофенантрена. Сапоніни не містять в своєму складі атом азоту [ ].

Одним з доказів схожості аглікона глікоалкалоідів зі стероїдами є те, що їх можливо перетворити в метилциклофенантрен. Ця сполука синтезується тим же шляхом із стероїдів. При третьому атомі вуглецю аглікона знаходиться група, яка може сполучатися глікозідно з моносахаридами. Остаточно стероїдну будову аглікона вдалося довести, коли похідне аглікона отримали з відомих стероїдів і, навпаки, похідні стероїдів- із аглікона глікоалкалоїдів; наприклад, із безазотної речовини криптогеніна - соласодін, із соласодіна - стероїдний сапогенін - діосгенін. Веліка схожість з сапонінами виявляється і в будові сахарної частини глікоалкалоідів. Загальною властивістю сапонинів і глікоалкалоідів являється їх гемолітична дія [ ].

Таким чином, основними глікоалкалоїдами культурної картоплі є a- соланін та a-чаконін. Всі глікоалкалоїди різних видів картоплі складаються з двох основних частин: аглікона (алкалоїда), який має стероїдну будову, і молекули сахару, в склад якої входять моно-, ді-, три-, або тетрасахариди.

Глікоалкалоїди соланін та чаконін в невеликій кількості розглядається як цілком можливі компоненти бульб картоплі, при надмірній кількості вони погіршують смакові якості картоплі. У бульб з`являється гіркуватий смак, при вживанні таких бульб в харчування віникають чуття зуду в горлянці [ ]. Встановлена визначена кореляція між наявністю глікоалкалоїдів і органолептичними смаковими якостями вареної картоплі. При дуже низькому вмісті глікоалкалоїдів в бульбах (порядку 1-5 мг%) смак вареної картоплі трохи гірший, ніж при середньому (5-10 мг%). Але збільшення їх вмісту вище за 26 мг% на сиру речовину дуже погіршує смак вареної картоплі і стає небезпечним для здоров`я людини [ ].

Бульби картоплі, які містять ніж 20 мг% глікоалкалоїдів, не рекомендується вживати в харчування, осбливо коли картопля вареться зі шкірочкою. Почищені бульби менш небезпечні, так як значна частина глікоалкалоїдів видаляється зі шкірочкою, а частина переходить в воду, при варинні ж неочищених бульб цього не відбувається вз`язку з слабкою проникністю шкірочки. За даними М.Г.Шевченко [ ], нйбільшу небезпеку для здоров`я становить нерозчинний в воді соланін, зосереджений в основі пророслх вічок.

Похожие работы

Агротехніка вирощування картоплі

Скачать

62767

2

0

льки багато сортів швидко псується вірусними, вироїдними і мікроплазмовими хворобами, а високі температури в літній період сприяє масовому розмноженню переносників захворювань [20, с. 29]. Основні технологічні етапи вирощування картоплі Обробіток ґрунту Глибока зяблева оранка створює сприятливі умови для розвитку бульб. Тому її проводять на повну глибину орного шару з попереднім лущенням стерн ...

Генетично модифіковані організми – міфи та реалії

Скачать

95903

7

0

... » Початок маркування трансгенів в Україні перенесли на 1 грудня, з 1 листопада Кабмін повинен був зобов’язати українських виробників маркувати продукти харчування, які містять генетично модифіковані організми (ГМО) у кількості, що перевищує 0,9 відсотка, що було зроблено. Також 18 лютого 2009 р. була прийнята та затверджена постанова Кабінету Міністрів України, в якій йдеться про те, що всі ...

Теоретичні основи генно-модифікованих продуктів

Скачать

131587

1

5

... і всіх розв'язних документів, необхідна певна законодавча база, що дозволяє у випадках появи негативних наслідків з юридичної точки зору вирішити проблему, що створилася. 1.         Теоретичні основи генно-модифікованих продуктів Генетична інженерія - це нова галузь молекулярної біології, яка розробляє методи перенесення генетичного матеріалу від одного живого організму до іншого з метою ...

Генетично модифіковані джерела харчових продуктів

Скачать

30494

5

0

... . Більш як 40 країн, у тому числі й Україна, підписали Картагенський протокол. Не підписали його лише США, як і Конвенцію про біобезпеку. Треба зазначити, що реакція на продукти з генетично модифікованих джерел їжі різна в США та Європі. Споживачі в США виражають в основному позитивне ставлення до генної інженерії; Під час національного соціологічного опитування, проведеного Міжнародною радою з ...