Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo

Katedra za aplikativno botaniko, ekologijo, fiziologijo rastlin in informatiko

Univerzitetni študij Agronomije

Predmet UPORABNE IN STRUPENE RASTLINE IN GLIVE

Šolsko leto 2013/14 Franc Batič, Dušan Jurc

Ekosistemski in ekonomski pomen rastlin in gliv

• Ekosistem: primarni producenti (energetska in snovna

povezanost- tok energije, kroženje snovi) graditelji habitatov (biomi-gozdovi, travišča, puščave....); koeveolucija rastlin in živali (opraševalci cvetov, raznaševalci semen/plodov).

• Agroekosistemi-od človeka vzdrževani ekosistemi:rastline so vir hrane (food), krme (fodder) in vlaknin (fibre)-industrijske rastline

Parametri uporabnosti/ strupenosti rastlin

• Taksonomska pripadnost • Zgradba telesa • Življenska oblika • Življenska doba in strategija • Razvojna stopnja in fenofaza • Organi tkiva, celice • Vplivi okolja

Organizacijske stopnje telesa rastlin in gliv: Enoceličarji, steljčnice, brstnice

Raunkiarjeve življenske oblike telesa višjih rastlin (brstnic; praprotnice, semenke) So odraz prilagoditve zgradbe telesa in delovanja višjih rastlin razmeram na kopnem.

Raunkiaerjeve oblike: velikost trajnega dela rastlinskega telesa in mesto obnovitvenih brstov (mersitemov)

• Phanerophyta (fanerofiti); drevesa, grmi, polgrmi, lesnate ovijalke); mega, - nanofanerofita

• Chamaephyta (hamefiti); grmi, polgrmi, blazinaste rastline (pokriti s snegom)

• Cryptophyta (kriptofiti): zelnate trajnice; geofiti in steblike; hidrofiti

• Hemicryptophyta (hemikriptofiti); rozetaste zelnate trajnice

• Therophyta (terofiti): enoletnice

Najvažnejše podskupine življenskih oblik višjih rastlin: primeri za semenke

Fanerofiti : drevesa, grmi, lesnate ovijalke: trajno, elesenelo deblo in korenine: brsti višje kot 25-50 cm nad tlemi

Hamefiti: majhni pritalni grmički, polgrmi, zelnate rastline:brsti navadno na višini 25-50 cm, višji deli odmro do te višine

Hemikriptofiti: zelnate trajnice, ki obnavljajo nadzemne dele, brsti pri tleh, pogosto pokriti z odmrlimi deli

Kriptofiti: zelnate trajnice, ki jim periodično odmirajo vsi nadzemni deli, trajni del telesa z brsti se ohranja v tleh ali pod vodo (rizom, čebula in gomolj- geofiti;helo-hidrofiti

Terofiti: “enoletnice”, zelnate rastline brez trajnegea telesa; neugodno obdobje preživijo v obliki semena

ŽIVLJENSKI CIKLI:Okoljski vplivi in adaptacije

• Rast- modularna rast rastlin: povečevanje biomase (obstoj rastnih con-meristemov celo življenje), kljub temu značilna obdobja v življenjskem ciklu rastline

• Razvoj: spremembe v zgradbi in funkciji organov, tkiv

• Seme; plodiči (plodovi) • Obdobje kalice (dokler so prisotni kotiledoni) • Vegetativna faza (juvenilna faza)-pred cvetenjem • Reproduktivna faza (cvetenje)

ŽIVLJENSKA DOBA RASTLIN (SPERMATOPHYTA, PTERIDOPHYTA)

• Kriterij: število cvetenj, trosenj • Vplivi: okolje, zgradba in delovanje ekosistemov; pomen živali • I. HAPAKSANTNE RASTLINE (Planta hapaxantha): • a) annuelle-enoletnice • - zimske ( ozimna žita, motovilec, mačehe, nekatere sorte solate, rukvica,...) • - poletne (jara žita, veliko okrasnih enoletnic (Tagetes, Zinnia, Coryopsis, Cosmos,

Dianthus chinensis,...), Papaver rhoeas, Cyanus arvensis, Sonchus asper, S. oleraceus, sončnica, lan, proso, fižol, soja, grah,....., zebrat, navadni grint,...

• b) bienne - dvoletnice (Apiaceae- Daucus carota, Apium graveolens, Pastinaca sativa, Carum carvi, Torilis; Brassicaceae (zelje, repa, koleraba, redkev,..) Chenopodiaceae- Beta);

• c) večletnice - plurienne;Arecaceae, Agavaceae -Agavae americana (10-100 let); Fourcroya longaeva; ( 400 let!), Poaceae - Bambusa

• II. POLAKANTNE RASTLINE- CVETIJO VEČKRAT!; zelnate trajnice, lesnate rastline; vse danes živeče praprotnice so trajna zelišča; trajna zelišča so tudi mahovi; življenjska doba gliv je zelo različna, odvisna od skupine

Življenska doba rastlin: enoletnice, dvoletnice, večletnice, trajnice

Pri preučevanju dinamike razvoja vegetacije in pri vzdrževanju določenih tipov vegetacije je nujno poznavanje osnovnih preživetvenih strategij, ki jih je postavil Grime (1979); glavne in vmesne strategije

STRES DISTURBANCA

KOMPETICIJA

KRMNE, STRUPENE IN ZDRAVILNE RASTLINE

• KRMNE RASTLINE: HRANA ZA HERBIVORE (KARNIVORE): kmetijske rastline (poljščine (žita, okopavine; travno-deteljne mešanice, druge na poljih gojene krmne rastline); sadne rastline; krma s travišč (trave, metuljnice, zeli): naravna in umetna travišča

• STRUPENE RASTLINE: rastline gozdov, travišč; pleveli; rastline urbane krajine

• ZDRAVILNE RASTLINE: rastline gozdov, travišč, gojene rastline, kmetijske rastline

KRMNA VREDNOST, STRUPENOST, ZDRAVILNOST

• Zgradba celic, tkiv in organov • Pripadnost taksonomskim skupinam (trave,

metuljnice, zeli, praprotnice,.. • Starosti rastline in fenofaze • Agronomski ukrepi (gnojenje, zalivanje, uporaba

pesticidov- za gojene rastline) • Vplivi okolja: vodni režim, lastnosti tal, prehranjenost

(N!), slanost, osvetljenost, onesnaženje okolja, nadmorska višina, okužba z glivami, bakterijami, virusi, škodljivci,,,

Poznavanje uporabne vrednosti • Poznavanje rastlin (gojene rastline-

poljedelstvo;pleveli, trajna travišča (trave, metuljnice, zeli -terenske vaje)

• Poznavanje zgradbe rastlin(celica, tkiva, organi; snovna zgradba rastlin-elementna, molekulska)

• Poznavanje osnovnih procesov v rastlinah (primarni metabolizem, sekundarni metabolizem ● Osnove razmnoževanja višjih rastlin ● Vpliv okolja na uspevanje in razširjenost rastlin (v

omejenem obsegu)

EVCITA

Zgradba rastlinske celice

ZGRADBA PROTOPLASTA (živi del)

• A) Protoplazma : citoplazma, karioplazma, plastidoplazma (stroma), hondrioplazma (matriks)

• B) Protoplazemske diferenciacije: globularne, nitaste,cevaste, membranske, sestavljene

• C)Biomembrane: celična membrana (plazmalema), tonoplast, endomembrane, • C) Celični organeli: 1) veliki (avtoreduplikacija, avtoregulacija)›: jedro, • mitohondriji, plastidi ("plasti") • 2) manjši : membranski: diktiosom (Golgijev aparat), • endoplazemski retikulum (ER), mikrotelesa: • lizosomi, peroksisomi, glioksisomi); • nitasti-cevasti: delitveno vreteno, citoskelet • (mikrofilamenti/tuboli), bički, migetalke; • globularni: ribosomi

ERGASTIČNE TVORBE = APOPLAST (mrtvi del)

• A) Celična stena • B) Vsebina vakuol • C) Vključki v plastidih, vakuoli in citoplazmi

SESTAVA ŽIVE RASTLINSKE CELICE

• Voda 80% • Beljakovine (proteini) 10% • Nukleinske kisline (DNK, RNK) 3,4% • Maščobe (lipidi) 2% • Ogljikovi hidrati (polisaharidi) 2% • Druge, manjše organske molekule 1,3% • Anorganske spojine; ioni 1,3% • (Pomen sestave celice za krmno vrednost, zdravilne

in strupene učinkovine)

POLIMERI • MAKROMOLEKULE ORGANSKIH SPOJIN - POLIMERI • Zgradba: homopolimeri, heteroplomeri • Funkcija: strukturne, informacijske, regulacijske,

založne • Vrste: beljakovine (proteini, proteidi) • maščobe (lipidi, lipoidi) • jedrne kisline (DNK, RNK) • ogljikovi hidrati (polisaharidi) • polimeri v sekundarnem metabolizmu (lignin,

suberin, kutin)

BELJAKOVINE (PROTEINI, PROTEIDI)

• Funkcija: zgradba (strukturne), uravnavanje (regulacija -encimi), rezervne;

• Zgradba: - primarna (20 amino kislin) • - sekundarna (α-heliks, β-zgradba) • - terciarna (metionin, cistein, -S-S-mostički

(globularna zgradba, • H -vezi, ionske vezi (+(-), lipofilni privlak,

hidrofobni odboj) • - kvarterna ( sestava iz več enot) • MEJE ŽIVLJENJA - DENATURACIJA BELJAKOVIN

(fiksacija, siliranje)

Na traviščih imajo največ beljakovin metuljnice (na Slikah:Lathyrus pratensis, Medicago arabica, Lotus corniculatus, Trifolium pratense, Medicago sativa, Vicia craca)

Beljakovine se za daljše obdobje shranjujejo v vakuolah, iz katerih se ob izsušitvi razvijejo alevronska zrna, zgrajena iz kristaloida in več globoidov.

Založne beljakovine so najpogosteje v semenih gojenih metuljnic

LIPIDI- MAŠČOBE

• LIPIDI, LIPOIDI • Funkcija : strukturne (membrane), založne (energija;

vakuola, elaeoplasti); "regulacijske" (vitamini (E,A,D,..); barvila (karotenoidi), hormoni (ABA, jasmon.k.))

• Vrste: trigliceridi (rezervne) • lipoidi: gliko-, fosfo-, sulfo-, (strukturne

maščobe; membrane, kutin, “suberin, lignin”)

Primeri membranskih lipidov (maščob)

oljka

Oljna palma

Navadna sončnica Podzemeljski oreški- arašidi

buča

koruza

VAKUOLE S HIDROFOBNO VSEBINO

• 1. Vakuole s trigliceridi (maščobne vakuole); olja, masti; zaloga energije; založna tkiva; embrio (Cucurbita pepo, Helianthus annuus; Juglans regia, Arachis hypogea, Brassica oleracea ssp. oleifera, Brassica napus ssp. rapifera, Brassica nigra; Raphanus sativus var.oleiformis; Camelina sativa; Sesamum indicum, Glycine max; Gossypium sp.; Linum usitatissimum), hranilno tkivo semena (sek. endosperm); Zea mays, Ricinus communis); arilus, elaeosomi semen, sarkotesta (mirmekohorija, endozoohorija): Viola; Helleborus, Asarum, Taxus, Euonymus,.....Podocarpaceae; plod: Olea europaea, Elaeis guineensis, Persea americana; vegetativni deli: Cyperus esculentus

OGLJIKOVI HIDRATI

• POLISAHARIDI: enostavni in kompleksni sladkorji ( mono, di, oligo, polisaharidi)

• Funkcije: strukturni: apoplast: celuloza, hemiceluloza, pektini, ..., hitin, protoplast: glikolipidi, založni: škrob, glikogen (apoplast); regulacijska vloga sladkorjev

Amiloza in amilopektin sta polisaharida zgrajena iz molekul glukoze

SPOJINE Z MANJŠO MOL. MASO

• Intermediarni produkti presnove + osmotiki: • - mono, di, oligo in (polisaharidi) • - di, tri (glutation), oligopeptidi, proste aminske

kisline, amini, poliamini • - organske kisline (piruvična, jabolčna, ocetna, ...),

alkoholi, polioli • - vitamini, hormoni, drugi sek, metaboliti (fenoli

(antociani,..) glikozidi,...) • - prenašlci energije (ATP, ADP, AMP), elektronov in

protonov (NADP, NAD, • FAD)

Zgradba celice in uporabne snovi

• Vakuola • Celična stena • Plastidi • Citosol

PRIMARNI METABOLITI V VODNI VAKUOLI

• ) Rezervne snovi v vakuoli: • 1) Beljakovine: alevronska zrna (izsušena beljakovinska vakuola); sestava: globoidi + kristaloid

+ fitin (Ca-Mg sol inozitolheksafosforne kisline); albumini (histoni, prolamini), globulini, gluteini,......

• RASTLINA: rezerva amino kislin, encimi; (energija) • ČLOVEK: beljakovinska hrana; beljakovinski strupi!! (Fabaceae) • 2) Rezervni polisaharidi v vakuoli: • - monosaharidi (glukoza, fruktoza, ....; sadje) • - disaharidi (saharoza; Saccharum officinarum; Beta vulgaris L. ssp.vulgaris var. altissima; Acer

saccharum, Allium cepa) • -oligosaharidi; saharoza + monosaharidi: gentianoza, rafinoza, stahioza, trehaloza; (Gentiana

lutea; G. symphyandra, Stachys sieboldii) . • - polisaharidi: inulin (Helianthus tuberosus); levan (Poaceae, Cyperaceae) • RASTLINA: rezervna energija; C-ogrodja; osmotiki • ČLOVEK: hrana (energija!), energetske surovine (bioenergija!) • 3) Organske kisline, polioli: • - vmesni produkti presnove; tranportne oblike C; osmotiki (kisline: jabolčna, oksalocetna,

piruvična, ocetna, citronska,....; etanol, sorbitol, manitol

V posebnih celicah, idioblastih, se v vakuoli nalaga kalcijev oksalat.

Topolistno (Rumex obtusifolius) in kodrastolistno ščavje (R. crispus) sta na z dušikovi- mi spojinami pregnojenih traviščih najpogostejši vrsti, ki vsebujeta oksalat.

SEKUNDARNI METABOLITI(Naravne snovi)

• Nastanejo iz primarnih metabolitov • Niso neposredno vključeni v rast • Odziv rastlin na okoljski stres (herbivorijo,

glive, mikrobe, na abiotski stres,.. • Odražajo sorodnost znotraj ožjih

taksonomskih skupin • Posebnost rastlin, gliv in lišajev • Pomemben vir naravnih surovin za

farmacevtsko, kozmetično industrijo

Poenostavljena shema nastanka sekundarnih metabolitov- naravnih substanc

Glavne sintezene poti sekundarnih metabolitov (Hopkins and Huener, 2009)

Skupine sekundarnih metabolitov:

• Tri glavne skupine: TERPENOIDI (hidrofobni; polimeri izoprena ), ALKALOIDI (derivati L-amino kislin: triptofan,tirozin, fenil alanin, lizin, arginin), FENILPROPANOIDI (derivati fenola:flavonoidi, lignini, lignani, tanini, kumarini, furanokumarini stilbeni; fenilpropanoidna in fenilproapnoidno-acetatna biosinteza

• Glikozidi (O, S, N- glikozidi)

Fenilpropanoidi (polifenoli)

• Obsežna skupina primarnih in sekundarnih metabolitov- od enostavnih fenolnih kislin do kompleksnih polimerov kot so lignini in tanini

• Različne funkcije: interakcije rastlina/herbivori, odzivi na okolski stres, barvila, strukturne snovi

• Prisotni v skoraj vseh rastlinskih vrstah (vsaj nekateri)

Osnova za sintezo fenilpropanoidov je fenol in njegovi derivati

FENILPROPANOIDI:

Med izhodiščni spojinnami za sintezo fenilpropanoidov sta aminokislini fenil alanin in tirozin, polegtriptofana

Za sintezo številnih sekundarnih metabolitov je ključna sintetska pot šikimske kisline

Sintetska pot šikimske kisline je ključna metabolna pot za sintezo aromatskih amino kislin, značilna za bakterije, glive in rastline, a odsotna pri živalih-zato sta fenil alanin In triptofan esencielni za živali (tudi človeka). Sinteza se začne s kondenzacijo produktov pentoze fosfatnega cikla (eritroza-4-P) in glikolize (PEP)- nastane šikimat, nato horizmat. Sinteza je “feedback” regulirna (nastale aminokiline zavirajo pot) Herbicid glifosfat (RoundUpTM), blokira sintetsko pot teh aromatskih aminokislin, s tem sintezo proteinov

Deaminacija fenil alanina in nato hidroksilacija sta prva koraka v sintezi fenil propanoidov Ključen je encim PAL (fenilalanin amonium liaza). Nastanejo preproste fenolne kisline (cimetna,kumarna,kavna,ferulična), ki so predstopnje za sintezo bolj komplesnih snovi (kumarinov, flavonoidov taninov, ligninov

Kumarini in njihovi derivati Preko1500 spojin v več kot 800 rastlinah (laktoni-benzopiranoni) Sinteza še slabo poznana. Antimikrobni agensi, deterenti, inhibitorji kalitve, antikoagulanti, Dišave (vonj po travi, bergamota) za čaj, tobak, pijače, rahlo toksični Dikumarol je zelo toksičen-fatalne krvavitve pri govedu zaradi blokade vitamina K pri strjevanju krvi; vrste iz rodu Melilotus; skopoletin-naj- pogostejši kumarin v semenskih ovojnicah –inhibitor kalitve. Najbolj strupene kumarine tvorijo glive – Aspergilus flavus- aflatoksine (A.fla-toksin)- najbolj potentne karcinogene in naravne toksine. Okužena hrana/krma (koruza, arašidi,..); so mutageni,zavirajo imunski sistem, kompetitorji hormonov, poškodbe jeter, ledvic, izločanje v mleko. Sintetični kumarini-rodenticidi-warfarin

Zaužitje večjih količin kumarinov lahko povzroči notranje krvavitve, kar je vzpodbudilo Izdelavo rodenticida varfarina.

FENILPROPANOIDI: Nekateri furanokumarini povzročajo poškodbe kože (dermatitis) in preobčutljivost za svetlobo.

Pastinaca sativa

Flavonoidi in stilbeni imajo skupno pot sinteze. Flavonoidi (več kot 4500)so pigmenti iz skupine antocianinov, ki imajo ekološko funkcijo pri opraševanju in raznašanju semen, delujejo kot atraktanti pri N-simbiozi, UV zaščita (kempferol), deterenti, krioprotektanti. Isoflavonoidi so fitoaleuksini, antibakterijski, antiglivni agensi. Enoten način zgradbe: A, B, C- obroči: malonska kislina (malonikl CoA)-A obroč, iz poti šikimske kisline (B, C obroča), ključni encim halkon sintaza- naringenin-prekurzor flavonolov (kempferol, kvercetin) in antocianinov. Stilbeni (C6-C2-C6) so pomembni za kemijsko zaščito pred glivami, predvsem pri ojedritvi lesa in dajo jedrovini značilno obarvanost.

FENILPROPANOIDI: FLAVONOIDI

• Himokromi: vodotopna barvila: modro-rdeče (vijolični): antociani; rumeni - beli: antoksantini ;

• ZGRADBA: aglikon (antocianidin (flavon, flavonol) + glikon (glukoza, galaktoza, ramnoza,

• GLIKOZIDI (kromosaharidi); • UV-zaščitne snovi, deterenti

Flavonoidi: ANTOCIANI; himokromi • ANTOCIAN= antocianidin + sladkor, rdeči-vijolični-modri • 8 antocianidinov ( imena po rastlinskih rodovih): • - PELARGONIDIN: losos rdeč (Pelargonium, Dahlia, Papaver rhoeas,..) • - CIANIDIN: rdeč (Rosa, Pulmonaria, Centaurea cyanus, ...) • - DELFINIDIN: moder; (Delfinium, Malva, Aconitum, .....) • - PEONIDIN: redeč (Paeonia, Impatiens, .....) • - PETUNIDIN: moder; Petunia, Primula, .... • - MALVIDIN: rdeč (Malva, Petunia,....) • - ANTOCIANI IN ANTOKSANTINI v grozdju: moder: Vitis vinifera, V. riparia,

Parthenocissus,..., teran, refošk, modri pinot, modra frankinja, žametna črnina, ..... • Barva zavisi od: R-skupin na antocianidinu, pH cel. soka, prisotnost Al 3+ , Fe2+,3+

(helatni kompleksi; Pulmonaria; Hydrangea; Myosotis, Buglossoides purpureo-coerulea); spreminjanje barve cvetov s starostjo (pH cel. soka!) in v odvisnosti od okoljskih razmer

Primeri antocianidinov

FLAVONOIDI:ANTOKSANTINI Himokromi

• flavon(flavonol, ksanton) + sladkor = antoksantin • rumeno-bela barvila; v kislem bela, alkalnem rumena; vpliv kovin! • - test z NH3 (potemnitev; (karotenoidi!!) • - oksidacijske stopnje antocianov (flavonol namesto antocianidina); primer

kvercetin; zelo številčni • - vrste z modro-rdečimi-vijoličnimi in rumenimi (belimi) cvetovi; pojav tako

obarvanih vrst v sorodnih rodovih, družinah: Primula (acaulis, elatior, verris, auricula- rumene; - farinosa, carniolica, minima, wulfeniana- vijolične); Aconitum; Orchis; Corydalis, Polygala chamaebuxus;....

• Pomen antocianov(antoksantinov): • - UV filtri ( kopenske rastline!); osmotiki (prilagoditve na stres); barva

cvetov/plodov; repelenti za herbivore, parazite

Vijoličasti (antociani) in rumeni (antoksantini) različek votlega petelinčka (Corydalis cava L.)

Številni flavonoidi,npr. flavonol kempferol, prisotni v mnogih rastlinah, so UV-B protektanti

Flavonoidi v rdečem vinu imajo v majhnih količinah zdravilne učinke: so antioksidanti, Resveratrol v rdečem vinu ima antitumorne lastnosti

Tanini (čreslovine) • e) Čreslovine (tanini); flobafeni; derivati fenola • -mešanica različnih aromatskih spojin, delno glikozidne

narave; n.p. galusna, elag in kloragenska kislina (skorja dreves, nezreli plodovi, listi, semenske in plodne ovojnice, ojedren les; snovi: kvercetin, robinetin, pinocembrin, strobopinin;......

• Pomen: RASTLINA: SEKUNDARNI METABOLITI: zaščita pred mikroorganizmi. herbivori, glivami, odzivi na stres,alelopatija;

• ČLOVEK: strojila (Castanea sativa, Cotinus coggygria, Acacia mearnsii; A. dealbata, A. catechu; Eucalyptus wandoo, E. occidentalis); ojedren les -furnir (Quercus, Pinus, Larix, Prunus, Pyrus,Thuja,....)

Po sintezni poti šikimske kisline nastajajo hidrolizirajoči tanini

TANINI=ČRESLOVINE

Obarjajo beljakovine-strojenje kož, deterenti, adstringenti, alelokemikalije, zmanjševanje prebavljivosti beljakovin, toksini (način delovanja slabo poznan), ljudska zdravila. Hidrolizirajoči in kondenzirani tanini; močna vezava na druge polimere v celični steni, podobno kot lignini.

Številni fenilpropanoidi se na koncu diferenciacije tkiv deponirajo v celično steno

LIGNINI

So glavna sestavina olesenele sekundarne celične stene nekaterih tkiv brstnic (traheje, traheide, sklereide, nekateri sklerenhimi,..) Sinteza slabo poznana- encim peroksidaza, ki polimerizira aromatske alkohole (monolignoli). Golosemenke- v glavnem koniferil alkohol, kritosemenke: mešanica koniferil in sinapil alkohola. Lignin se močno veže-učvršča celi- čno steno; edinstvena zgradba! Slabo razgradlji, zaščita pred herbivori, glivami

Sinteza lignina

ALKALOIDI • Alkaloidi: > 12000 spojin (20% kritosemenk) !; topni v vodi, organske baze + soli;

heterociklične N-spojine, imajo veliko biološko aktivnost (interferirajo z nevrotransmiterji, toksični v večjih koncentracijah, v manjših uporabni v terapevtske namene- analegetiki, pomirjevala, vzpodbujevala,, strupi, droge) , - strupi: kokain, strihnin, koniin, akonitin, nikotin,

• - poživila: kofein, teofilin, teobromin • (Coffea arabica, C. robusta; Camellia sinensis (=Thea sinensis); Cola nitida,

Theobroma cacao; Ilex paraguariensis) • - droge: kinin, morfin, kodein, narkotin; Claviceps purpurea: ergotamin, ergobazin,

derivati lizergne kisline(LSD; halucinogene droge; psihoaktivne snovi; Psilocybe mexicana(psilocibin); Amanita muscaria (amanitin);

• - citostatiki: kolhicin (Colchicum autumnale), ... • Sorodnost alkaloidov ( KEMOTAKSONOMIJA; n.p. Solanaceae: solanin (Solanum

tuberosum), atropin (Atropa belladonna), hiosciamin (Hyoscyamus niger); skopolamin (Scopolia carniolica); nikotin (Nicotiana tabacum, N. rustica)

• Pomen alkaloidov: RASTLINA: ekološki pomen; obramba pred herbivori, paraziti; alelopatija, odziv na stres; sekundarni metaboliti; ČLOVEK: zdravilne, strupene rastline; farmacevtska in kozmetična industrija; naravni biocidi.

Kafein, teofilin in teobromin so najpogostejša poživila iz skupine alkaloidov, ki blokirajo nevrotransmiter adenozin in s tem podaljšujejo stanje vzburjenosti nevronov.

Theobroma cacao

Tropanski alkaloid kokain je stimulator centralnega živčnega sistema, poživilo v koka-koli, žvečenje listov koke.

Alkaloid kinin je zdravilo proti malariji.

Psihoaktivni alkalodi so osnova za zdravila iz maka vrste Papaver somniferum (analgetiki(kodein) in uspavala (morfin)); alkaloide vsebujejo tudi številne živali, npr. vrsta krastače Bufo marinus v koži. Droga heroin je acetiliran morfin

Opijate iz maka so kot psihoaktivne substance uporabljala že stara azijska ljudstva

Droga heroin je acetiliran morfin

S piperidinskim alkaloidom koniinom so l. 339 BC zastrupili filozofa Sokrata

Družina razhudnikovk (Solanaceae) je strupena zaradi alkaloidov.

Atropa bella-dona

Solanum nigrum

Scopolia carniolica

Datura stramonium

Alkaloid nikotin se veže na acetil-holinske receptorje v možganih in jih s tem aktivira Nanje se veže tako čvrsto, da jih desenzibilizira za acetil holin. Med številnimi drugimi učinki tudi poveča količino nevrotransmiterja dopamina, kar je verjetno razlog za zasvojenost. Sicer je nikotin respiratorni strup za insekte – insekticid.

Kapsaicin in sorodne snovi

Pekoča snov v ostrih vrstah/sortah paprike ni pravi alkaloid, vendar ima podobno delovanje. Deluje na sesalce in ne na ptiče-evolucijska prilagoditev na razširjanje.

Jakobov grint in druge vrste tega rodu ter številni drugi predstavniki družin Asteraceae in Boraginaceae vsebujejo pirolizodinske glikozide, ki po zaužitju rastline poškodujejo jetra.

Senecio vulgaris

V družini zlatičevk (Ranunculaceae) vsebujejo vse vrste strupene alkaloide.

Skupine alkaloidov

Kinolizidinski ali “lupaninski” alkaloidi so v številnih metuljnicah in produkti endo- fitskih gliv v travah, a je njihova vsebnost slabo preučena.

Lupinus polyphyllus

Genista sylvestris

Chamaespartium sagittalis Coronilla emerus

TERPENI IN TERPENOIDI • derivati izoprena (C5H8); mono (C10), di(C20), tri (C30), seskvi(C15), tetra (C40 –

karotenoidi!), politerpeni (več kot 8 C5 enot –plastokinon, ubikinon(fotosinteza!); poznanih cca 15000 spojin

• poleg alkaloidov najštevilčnejša skupina sek. metabolitov z zelo enotnim načinom sinteze: sinteza prekurzorja (IPP), ponavljajoče dodajanje IPP-tvorba serij prenil difosfatnih homologov, preoblikovanje alil- prenil difosfatov (terpenoid sintaza) v terpenoidne skelete; sekundarna encimatska modifikacija teh skeletov

• Sinteza C15, C30 in politerpenov poteka v citoplazmatskih in ER kompartmentih (klasična acetatno-mevalonatna pot sinteze); mono, di in tetra terpeni se tvorijo v plastidih (gliceralaldehid-piruvatna pot sinteze)

• Fiziološko so: hormoni (giberilini, ABA), pigmenti (karotenoidi), steroli (ergosterol, sitosterol,holesterol), derivati sterolov (srčni glikozidi), eterična olja, balzami, smole (kolofonium), lateks-kauvčuk ;Pinaceae; Apiaceae, Lamiaceae, Rutaceae, Euphorbiaceae, Moraceae, Cichoriaceae; - -- žlezne celice, shizogene in lizigene žleze;

• Številni so primarni metaboliti (ABA, giberilini, steroli, deli klorofila, citokininov) • POMEN: interakcija rastlina - okolje, rastlina ostali organizmi; dišave, začimbe,

surovine

Glavne skupine terpenov glede glede na Število polimeriziranih enot izoprena.

Prikaz sinteze terpenoidov iz osnovne enote isopentana-izoprena (C5H8)

Prikaz sinteze terpenoidov iz primarnih metabolitov

Terpenoidi nastajajo v specializiranih celicah- žlezah: A-peltatni globularni trihomi timijana (mono,-seskvi terpeni); B-žlezni trihom mete; C-lizigena žleza v listu limonovca; D-smolni kanal (shizogena žleza) v lesu bora

Acetatno-mevalonatna pot sinteze IPP iz Acetil-CoA (citosol.,ER)

Pot sinteze terpenoidov iz IPP (izopentil difosfata)

Nizkomolekularni terpeni so sestavine eteričnih olj

• predvsem hemi, mono in seskviterpeni, zelo hlapni • locirani v žleznih trihomih mnogih rastlin

(Lamiaceae), lizigene žleze (Citrus) • eterična olja “esence, parfumi” somešanica

aldehidov, ketonov, alkoholov in terpenoidov in terpenov

• Repelenti, atraktanti, adstrigenti • Hlapne terpene izločajo rastline skozi reže v ozračje-

VOC- naravni prekurzorji ozona

Primeri monoterpenov z insekticidnim delovanjem (α,β-pinen, piretrin), atraktanti opraševalcev (linalool, cineol) in anti herbivorni agenti (1,8-cineol)

Eterična olja Steroli so v glavnem gradniki membran, stabilizatorji, brez hormonske funkcije pri rastlinah Lateks-naravni kavčuk in “gutta” (guayule Parthenium argentatum)

Žlezni trihom

3. Vakuole z emulzijami:

• mlečni kanali:lakticifere: Euphorbiaceae /Euphorbia, Hevea brasiliensis), Moraceae (Ficus elastica, F. carica); Cichoriaceae (Lactuca, Cichorium, Taraxacum bicorne, Scorzoniera tansaghyz); Campanulaceae; Asclepiadaceae)

• POMEN: interakcije rastlina: okolje; surovine

Vse vrste mlečkov (Euphorbia) vsebujejo terpene kot obrambo proti herbivorom in ranitvam; na sliki cipresasti (E. cyparissias) in gladki mleček (E. nicaensis).

4. Vakuole s sluzmi

• - sluzni kanali; Cactaceae, Euphorbiaceae, Bromeliaceae, Crassulaceae, Agavaceae, ...... CAM tip fotosinteze;

• PRILAGODITEV NA SUŠO! • zelo velik Ψτ.

KSEROFITI: sukulenti

Agavae americana

Cactaceae

Portulaca oleracea

Jovibarba hirta

GLIKOZIDI • c) Glikozidi: O, S, N -glikozidi; vezava aglikona preko O,N,S

(aglikon je lahko fenilpropanoid, alkaloid, terpenoid) • - O -glikozidi: kumarinski glikozidi (Poaceae (Anthoxanthum

odoratum; Hierochloë australis); Galium odoratum; vonj po senu); saponini, cardenolidi

• - S- glikozidi: sinegrin; Brassicaceae (pekoče snovi v hrenu, zelju, gorčici, redkvi,...)

• - N- glikozidi: amigdalin; Amygdalus communis; Prunus; Malus, Pyrus

• Pomen: obramba proti mikroorganizmom in herbivorom; začimbe, dišave

Saponini so terpenski glikozidi z lastnostmi detergentov

• Saponini: stereoidni glikozidi,stereiodno-alkaloidni glikozidi in triterpenski glikozidi • Aglikoni so sapogenini; v vodi reagirajo kot detergenti (Saponaria officinalis) • Glavna vloga je obramba pred glivami-rekacija s steroli v membrani gliv-izguba

integritete glivne membrane • Učinek saponinov na evkariontske membrane je visoko nspecifičen- toksičnost za

producenta ?-shranjevanje v “neaktivni” obliki, z dvema sladkorjema (bidesmosidični saponini), ob napadu glive pride do hidrolize v aktivno obliko (monodesmosidični saponin), ki se lahko kopiči v vakuoli

• Saponini so zmerno toksični za sesalce, a trpki, povzročajo gastrointestinalne težave, hemolitični, ko pridejo v kri- saponini v lucerni, ki lahko povzročajo težave pri govedu; saponini iz poganjkov lucerne znižujejo raven holesterola v krvi

• So izredno toksični za ribe • Nekateri se uporabljajo kot surfaktanti (filme, zobne paste, šampone, tekoča mila • Saponin glicirizin (Glycyrrhiza glabra- sladki koren) se uporablja v medicini in kot

sladilo pijač, hrane in cigaret

Triterpenski saponin iz lucerne, medene detelje

Srčni glikozidi-kardenolidi so sorodni stereoidnim saponinom-z zelo redkim sladkorjem digitoksozo; so zelo toksični za vretenčarje -Digitalis glikozidi (v več kot 200 vrstah, -12 družin, 55 rodov; digitoksin, -digoksin-digitonin, ki blokira Na+/ K+-ATP - azno črpalko-zdravilo/strup, tudi strupi -za puščice domorodnih lovcev v Afriki -Kopičenje v prehranjevalnih verigah- -Asclepias- monarh-šoja

Cianogeni glikozidi

Hidroliza sprošča HCN-nekompetitivni inhibitor citohromoksidaze (strup) Nastanek iz 4 aminokislin (fenil alanin,tirozin,valin izoleucin) ali nikotinske kisline; cca 60 znanih (amigdalin (Rosaceae, Fabaceae), durin (Sorghum) Prostorska ločitev glokozida in hidrolitičnih encimov Problem kontaminacije krme, hrane (laneno seme, Manihot esculenta (kasava)

Hidroksinitril liaza Obramba rastlin pred herbivori (deterenti) Vsebnost odvisna od genotipa, okoljskih dejavnikov

Cianogeni glikozidi so razširjeni predvsem v semenih in plodovih rožnic (Rosaceae), redkeje v njihovih vegetativnih delih, nevarni za zastrupitve živali postanejo, kadar jih tvorijo cianogene krmne rastline, predvsem nekatere trave in metuljnice.

Glukozinulati-tioglikozidi (goitrogeni glikozidi)

Značilnost družine Brassicaceae, redu Caparidales-sestavina pekočih gorčičnih olj (hren, redkev, zelje, repa, rukvica, itd Hidroliza sladkorja(mirozinaza) sprosti pekoč izotiocianat; prostorska ločitev encima in glukozinulata

Ekološko: repelenti, deterenti, Atraktanti, stimulanti a tudi kvarijo mleko, izničujo delo- vanje tiroksina

Calcinogeni glikozidi

• Nekatere rastline vsebijejo glikozide,ki delujejo podobno kot vitamin D. Snov se imenuje 1,25-dihidroksiholekalciferol ali 1,25-OHD3. Užitje glikozida 1,25-OHD3 živali na paši vodi do toksičnosti vitamina D , kar povzroči prekomerno nalaganje Ca v mehkih tkivih (kalcinoza). V ZDA povzročajo največ tovrstnih zastrupitev vrste Cestrum diurnum , Solanum malacoxylon, in Trisetum flavescens.

• Vitamin D uravnava privzem Ca in P. Njegov metabolit, 1,25-OHD3, uravnava sintezo in delovanje proteina, ki veže Ca v sluznici črevesa in transportira Ca v prebavi iz črevesa v kri. Živali sintetizirajo lasten 1,25-OHD3 v povrtatni zanki, pri kateri velika/majhna vsebnost Ca v serumu sporži povečanje/zmanjšanje paratiroidnega hormaona, ki posledično sproži sintezo več/manj 1,25-OHD3 kar vodi do povečanja/zmanjšanja Ca v kri. Ta uravnalni mehanizem se poruši pri uživanju “zunanjega” 1,25-OHD3 , ki je neobčutljiv na količino Ca v krvi. Pribitek 1,25-OHD3 vodi do povečanja Ca v serumu - do kalcinoze, ko se odvečni Ca nalaga v mehkih tkivih. Simptomi:

• progresivna izguba teže, • ohromelost in otrdelost okončin, • lokasto ukrivljen zadnji del • hiperkalkemija, • hiperfosfatemija • kalcifikacija kit, ligamentov, pljuč, trebušne prepone in drugih ovojnic, ledvic in kardiovaskularnega

sistema • pogin

1,25-dihidroksiholekalciferol ali 1,25-OHD3

Na območju Alp, tudi v Sloveniji je največkrat vzrok zastrupitve zlati ovsenec (Trisetum flavescens)

Pogostost zastrupitve živali po vrstah škodljivih snovi

• Alkaloidi • Glikozidi (cianogeni, goitrogeni,caerdenolidi,

saponini) • Nitrati • Oksalati • Fotosenzitivni agensi • Proteini, peptidi,amino kisline • tanini

Psihoaktivne snovi-vpliv na človeka

• Stimulanti (kofeinski, tobačni in njim podobni) • Vzpodbujevalci spomina (ginko,ginseng, tobak, zelenjava iz

družine razhudnikovk) • Pomirjevala (balderjan,, kava, pasijonka, kamilica, ostali) • Psihoterapevtska sredstva (šentjanževka,ingver,ginko) • Analgetiki (opijati,salicilati (vrbe, oslad, beli vratič), ingver, čili) • Halucinogene snovi (ergot alkaloidi (LSD), psilocibin, meskalin,

miristicin, ibogain, alkaloidi rezhudnikovk (skopolamin, hiosciamin), muskar in kanabidoidi)