이차 대사물

Secondary metabolite
아미노산 파이프콜산의 구조식은 다른 아미노산과 달리 단백질의 구성 블록으로 사용되지 않는다.어떤 식물에서는 파이프콜산이 미생물에 [1]대한 방어 화합물 역할을 한다.파이프콜산은 제한된 존재로 인해 2차 대사물로 간주된다.
아미노산 프롤린의 구조식. 모든 생물은 단백질의 구성 요소이다.프롤린은 보편적으로 존재하기 때문에 1차 대사물로 간주된다.

특화된 대사물, 독소, 2차 생산물 또는 천연물로도 불리는 2차 대사물은 박테리아, 곰팡이, 동물 또는 식물과 같은 생명체에 의해 생성된 유기 화합물이며, 유기체의 정상적인 성장, 발달 또는 번식에 직접적으로 관여하지 않습니다.대신, 그들은 일반적으로 생태학적 상호작용을 중재하는데, 이것은 생존성이나 번식력을 증가시킴으로써 유기체의 선택적 이점을 만들어 낼 수 있다.특정 2차 대사물은 종종 계통발생학적 그룹 내의 좁은 종의 집합으로 제한된다.2차 대사물은 종종 초본이나 다른 종간 방어에 대한 식물 방어에 중요한 역할을 한다.인간은 2차 대사물을 약, 향료, 색소, 그리고 레크리에이션 [2]약물로 사용한다.

2차 대사물이라는 용어는 1910년 노벨 생리의학상 수상자인 알브레히트 코셀에 의해 처음 만들어졌다.[3]30년 후, 폴란드의 식물학자 Friedrich Czapek는 2차 대사물을 질소 [4]대사의 최종 산물로 묘사했다.

2차 대사물은 일반적으로 경쟁과 포식과 같은 길항적 상호작용과 수분과 자원 상호 작용과 같은 상호주의적인 상호작용을 매개한다.보통, 2차 대사물은 특정 계통이나 심지어 [5]종으로 제한되지만, 전체 경로의 종 또는 속 간의 수평 이동이 박테리아([6]그리고 아마도 곰팡이) 진화에 중요한 역할을 한다는 상당한 증거가 있다.연구는 또한 2차 대사가 다양한 방법으로 다른 종에 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여준다.같은 숲에서는 4종류의 수상성 유대류 초식동물이 유칼립트의 [7]2차 대사물에 다르게 반응했다.이것은 다른 종류의 2차 대사물이 두 개의 초식동물 생태적 [7]틈새 사이의 분열일 수 있다는 것을 보여준다.게다가, 어떤 종들은 2차 대사물에 저항하고 심지어 그들의 이익을 위해 그것들을 사용하도록 진화한다.예를 들어, 왕나비는 독성 심장 배당체의 [8]존재에도 불구하고 밀크위드를 먹을 수 있도록 진화했습니다.나비는 독소에 내성이 있을 뿐만 아니라 적극적으로 격리시킴으로써 이익을 얻을 수 있으며,[8] 이는 포식자를 억제할 수 있다.

식물 2차 대사물

식물은 다양한 유기화합물을 생성 및 합성할 수 있으며, 주요 2개의 그룹인 1차 대사물과 2차 [9]대사물로 나뉩니다.2차 대사물은 대사 중간체 또는 생산 식물의 성장과 수명에 필수적인 것이 아니라 오히려 식물과 그 환경의 상호작용에 필요하고 스트레스에 반응하여 생산되는 제품이다.그들의 항생제, 항진균제, 항바이러스 성질은 식물을 병원균으로부터 보호합니다.페닐프로파노이드와 같은 일부 2차 대사물은 식물을 자외선 [10]손상으로부터 보호합니다.식물 2차 대사물이 사람에게 미치는 생물학적 영향은 고대부터 알려져 왔다.아르테미시닌이 함유된 아르테미시아 안누아 허브는 2천 년 전에 [citation needed]중국 전통 의학에 널리 사용되어 왔다.식물 2차 대사물은 화학 구조에 따라 분류되며, 테르펜, 페닐프로파노이드(페놀류), 폴리케티드, 알칼로이드 [11]등 4가지로 크게 나눌 수 있다.

테르페노이드

테르펜에서 구성 요소를 구성하는 탄소 원자의 이소펜테닐 피로인산염(IPP) 구조식.5개의 탄소 원자가 존재하기 때문에 파생된 구성 요소를 C5 단위라고 합니다.
이소펜테닐피로인산염(IPP)에서 유래한 3개의 C5 단위에서 제조된 단환 세스키테펜(탄소 원자 15개를 포함하기 때문에 그렇게 함)인 후뮬렌의 구조식.
항암제인 테르페노이드 택솔의 골격식.

테르펜은 이소프렌 단위로 구성된 천연물의 큰 부류를 구성한다.테르펜은 탄화수소이고 테르페노이드는 산소가 들어간 탄화수소입니다.터펜의 일반 분자식은 (CH58)n, 의 배수이며, 여기서 'n'은 연결된 이소프렌 단위 수입니다.따라서 테르펜은 이소프레노이드 화합물이라고도 한다.분류는 구조물에 존재하는 이소프렌 단위의 수에 기초한다.일부 테르페노이드(즉, 많은 스테롤)는 1차 대사물이다.지베렐린, 브라시노스테로이드, 스트리골락톤과 같은 2차 대사물로 유래했을 가능성이 있는 일부 테르페노이드는 식물 호르몬으로 그 후에 모집되었다.

이소프렌 단위 수 이름. 탄소 원자
1 헤미테르펜 C5.
2 모노텔펜 C10.
3 세스퀴테르펜스 C15.
4 디테르펜 C20.
5 세스터펜 C25.
6 트리테르펜 C30.
7 세스쿼터터펜 C35.
8 테트라테펜 C40.
8개 이상 폴리에스테르펜

헤미테르펜 올리고머로 만들어진 테르페노이드의 예는 다음과 같다.

페놀 화합물

페놀은 하나 이상의 수산기를 갖는 방향족 고리 구조의 존재를 특징으로 하는 화합물이다.페놀은 페놀산과 같은 단순 분자에서 타닌과 같은 고중합 물질에 이르는 식물에서 가장 풍부한 2차 대사물이다.페놀류의 분류는 그들의 기본 골격에 기초하여 특징지어져 왔다.

탄소 원자 수 기본 골격 학급
6 C6. 단순 페놀
7 C6 - C1 페놀산
8 C6 - C2 아세토페논, 페닐아세트산
9 C6 - C3 페닐프로파노이드, 히드록시신나민산, 쿠마린
10 C6 - C4 나프토키논
13 C61 - C - C6 크산톤
14 C6 - C2 - C6 스틸벤, 안트라퀴논
15 C6 - C3 - C6 플라보노이드, 이소플라바노이드
18 (C6 - C3 ) 2 리그난, 네오리그난
30 (C6 - C3 - 2C6 ) 비플라보노이드류

식물 페놀의 예는 다음과 같습니다.

알칼로이드류

알칼로이드 니코틴의 구조식.이 구조에는 아미노산으로부터 파생된 두 개의 질소화합물이 포함되어 있습니다.피리딘 고리(왼쪽)의 질소 원자는 아스파르트산염에서 유래하는 반면, 피롤리딘 고리(오른쪽)의 질소 원자는 아르기닌(또는 오르니틴)[12]에서 유래한다.
감자에 축적되는 독성 알칼로이드인 솔라닌의 골격식.

알칼로이드는 질소를 함유한 다양한 염기성 화합물군이다.그것들은 전형적으로 식물원에서 파생되며 하나 이상의 질소 원자를 포함하고 있다.화학적으로 그들은 매우 이질적이다.화학적 구조에 따라 크게 두 가지 범주로 분류할 수 있다.

식물에서 생성되는 알칼로이드의 예는 다음과 같습니다.

많은 알칼로이드는 신경전달물질 수용체에 결합함으로써 동물의 중추신경계에 영향을 미친다.

글루코시놀레이트

글루코시놀레이트의 구조식.사이드 그룹 "R"은 다를 수 있습니다.이 구조에는 포도당 분자(왼쪽), 아미노산으로부터 유래한 질소 원자, 그리고 두 개의 황 원자가 포함되는데, 그 중 하나는 글루타치온에서 유래하고 다른 하나는 황산으로부터 유래합니다(왼쪽 [13]참조).

글루코시놀레이트는 황과 질소 원자를 모두 포함하는 2차 대사물이며 포도당, 아미노산 및 황산으로부터 유도됩니다.

식물에서 글루코시놀레이트의 예로는 브로콜리의 글루코라파닌(Brassica oleracea var)이 있습니다.이탤리카)

약물에 2차 대사물을 심다

현대의학에서 사용되는 많은 약들은 식물의 2차 대사물에서 유래한다.

퍼시픽유 나무껍질에서 택솔 추출.

가장 일반적으로 알려진 두 가지 테르페노이드는 아르테미시닌과 파클리탁셀이다.아르테미시닌은 중국 전통 의학에 널리 사용되었고 나중에 중국의 과학자 투유우에 의해 강력한 말라리아 치료제로 재발견되었다.그녀는 이후 2015년 이 발견으로 노벨상을 받았다.현재, 말라리아 기생충인 플라즈모디움 팔시파룸은 아르테미시닌에만 내성을 갖게 되었고 세계보건기구는 성공적인 치료를 위해 다른 말라리아 치료제와 함께 사용할 것을 권고하고 있다.Taxol에서 발견되는 활성 화합물인 Paclitaxel은 난소암, 유방암, 폐암, 카포시 육종, 자궁경부암,[14] 췌장암을 포함한 다양한 형태의 암을 치료하는데 사용되는 화학 치료제이다.택솔은 1973년 침엽수인 태평양 [15]주목나무 껍질에서 처음 분리되었다.

모르핀과 코데인은 둘 다 알칼로이드류에 속하며 아편 양귀비에서 유래한다.모르핀은 1804년 독일의 약사 프리드리히 세르튀르르트(Friedrich Sertürnert)에 의해 발견되었다.그것은 양귀비에서 추출된 최초의 활성 알칼로이드였다.그것은 대부분 강한 진통제 효과로 알려져 있지만, 모르핀은 또한 숨이 가빠지는 [16][17]것을 치료하고 헤로인과 같은 더 강한 아편제 중독을 치료하는데도 사용된다.모르핀은 사람에 대한 긍정적인 영향에도 불구하고 중독, 호르몬 불균형 또는 [17][18]변비와 같은 매우 강한 부작용을 가지고 있다.그것의 중독성이 매우 강하기 때문에 모르핀은 전 세계적으로 엄격하게 통제된 물질이며,[19] 주변의 사회적 오명으로 인해 일부 국가들이 그것을 세계 평균에 비해 적게 사용하는 매우 심각한 경우에만 사용된다.

아프가니스탄의 아편 재배지, [20]아편 최대 생산지.

세계보건기구(WHO)에 따르면 코데인은 또한 양귀비에서 유래한 알칼로이드 성분으로 세계에서 가장 널리 사용되는 약으로 여겨지고 있다.그것은 카페인과 널리 사용되는 적색 염료 알리자린의 [21]발견으로 알려진 프랑스 화학자 피에르 장 로비케에 의해 1832년에 처음 분리되었다.코데인은 주로 가벼운 통증과 기침 완화를[22] 위해 사용되지만 어떤 경우에는 설사와 과민성 대장 [22]증후군을 치료하는데 사용된다.코데인은 [23]경구 섭취 모르핀에 비해 0.1~0.15의 강도를 가지고 있어 훨씬 안전하다.코데인은 아편 양귀비에서 추출할 수 있지만 순수 코데인의 함량이 낮아 경제적으로 불가능하다.훨씬 더 풍부한 모르핀의 메틸화 화학 과정이 주요 [24]생산 방법이다.

아트로핀은 아트로파 벨라도나에서 처음 발견된 알칼로이드이다.아트로핀은 19세기에 처음 분리되었지만, 그 의학적 사용은 적어도 상처, 통풍, 불면증에 사용되었던 기원전 4세기까지 거슬러 올라간다.현재 아트로핀은 서맥을 치료하고 유기인산염 중독에 대한 해독제로서 정맥에 투여된다.아트로핀의 과다 복용은 아트로핀 중독을 초래할 수 있으며 이는 시야 흐림, 메스꺼움, 땀 부족, 구강 건조,[25] 빈맥 등의 부작용을 초래할 수 있다.

레스베라트롤은 플라보노이드 등급의 페놀 화합물이다.그것은 포도, 블루베리, 산딸기, 땅콩에 매우 풍부합니다.그것은 일반적으로 수명을 연장하고 암과 심장병의 위험을 줄이기 위한 식이 보조 식품으로 받아들여지지만,[26][27] 그 효과를 뒷받침하는 강력한 증거는 없다.그럼에도 불구하고, 플라보노이드는 일반적으로 인간에게 [citation needed]이로운 영향을 미치는 것으로 여겨진다.특정 연구는 플라보노이드가 직접적인 항생제 [28]활성을 가지고 있다는 것을 보여주었다.체외 및 제한된 체내 연구에 따르면 케르세틴과 같은 플라보노이드는 항생제와 상승 활성을 가지며 세균 [29]부하를 억제할 수 있다.

디곡신은 윌리엄 위더링이 1785년 폭스글러브(디지탈리스) 식물에서 처음 추출한 심장 배당체다.그것은 전형적으로 심방세동, 심방조동 또는 [30]심부전과 같은 심장질환을 치료하는데 사용된다.그러나 디곡신은 메스꺼움, 서맥, 설사, 심지어 생명을 위협하는 부정맥과 같은 부작용을 일으킬 수 있다.

진균 2차 대사물

곰팡이 2차 대사물의 세 가지 주요 등급은 폴리케티드, 비리보솜 펩타이드 및 테르펜이다.곰팡이 2차 대사물은 성장에 필요하지 않지만 생태학적 [31]틈새에서 곰팡이의 생존에 필수적인 역할을 한다.가장 잘 알려진 진균 2차 대사물은 1928년 알렉산더 플레밍에 의해 발견된 페니실린이다.이후 1945년, 플레밍은 에른스트 체인, 하워드 플로리와 함께 2차 세계대전의 사망자 수를 10만 [32]명 이상 줄이는 데 중추적인 역할을 한 공로로 노벨상을 받았다.

기타 진균성 2차 대사물의 예는 다음과 같다.

로바스타틴은 콜레스테롤 수치를 낮추기 위해 FDA가 승인한 최초의 2차 대사물이었다.로바스타틴은 느타리버섯,[33] 붉은 효모쌀,[34] 푸에르에서 [35]저농도로 자연적으로 발생한다.로바스타틴의 작용 모드는 HMG-CoA 환원효소 및 HMG-CoA를 메발론산염으로 변환하는 속도 제한 효소의 경쟁적 억제이다.

진균성 2차 대사물 또한 사람에게 위험할 수 있다.일반적으로 호밀에서 자라는 에르고트 그룹의 일원인 쇄두근 퍼부레아는 섭취할 때 사망에 이르게 됩니다.C. purpurea에서 발견되는 독성 알칼로이드의 축적은 발작과 경련, 설사, 불쾌감, 가려움증, 정신병 또는 괴저와 같은 증상을 유발합니다.현재 에르고체 제거는 건강한 알갱이가 가라앉고 [36]감염된 채 소금물에 호밀을 담가야 한다.

세균성 2차 대사물

2차 대사물의 세균 생산은 영양소의 결핍의 결과 또는 환경 스트레스의 결과로 정지 단계에서 시작된다.박테리아에서의 2차 대사물 합성은 그들의 성장에 필수적인 것은 아니지만, 그들은 생태학적 틈새와 더 잘 상호작용할 수 있게 해준다.박테리아에서 2차 대사물 생성의 주요 합성 경로는 b-락탐,[37] 올리고당, 시키마이트, 폴리케타이드 및 비리보솜 경로이다.많은 박테리아 2차 대사물은 포유류에게 독성이 있다.이러한 독성 화합물은 분비될 때 엑소톡신이라고 알려진 반면 원핵 세포벽에서 발견되는 것은 엔도톡신이다.

인간에 대한 양성 및 부정적 영향을 미치는 세균성 2차 대사물의 예로는 클로스트리디움 보툴리눔에 의해 합성된 보툴리눔 독소가 있다.이 엑소톡신은 종종 잘못된 통조림 식품에 축적되며 섭취 시 콜린 작동성 신경 전달이 차단되면 근육 마비나 사망으로 이어진다.그러나 보툴리누스 독소는 근육 경련 치료, 편두통, 화장품 사용과 같은 여러 가지 의학적 용도를 가지고 있다.

기타 세균 2차 대사물의 예는 다음과 같다.

페나진

폴리케티드

비리보솜펩타이드

리보솜펩타이드

글루코시데스

알칼로이드류

바이오테크놀로지 어프로치

식물 조직 배양 Oncidium Leucochilum.

선택적 교배는 자몽의 [38]쓴맛을 유발하는 나링신과 같은 음식에서 원하지 않는 2차 대사물을 줄이기 위해 사용된 최초의 생명공학 기술 중 하나로 사용되었다.어떤 경우에는 식물에서 2차 대사물의 함량을 높이는 것이 바람직한 결과이다.전통적으로 이것은 성장 조건 제어, 식물의 계절성 완화 또는 기생충 및 유해 마이크로브로부터 [citation needed]보호할 수 있는 시험관내 식물 조직 배양 기술을 사용하여 수행되었습니다.2차 대사물의 합성은 자스몬산, UV-B 또는 오존과 같은 조직 식물 배양물에 유도체를 도입함으로써 더욱 강화될 수 있다.이러한 화합물은 식물에 스트레스를 유발하여 2차 대사물의 생산을 증가시킨다.

SM의 수율을 한층 더 높이기 위해서, 새로운 어프로치가 개발되었습니다.Evolva에 의해 사용되는 새로운 접근법은 보통 식물에서 발견되는 2차 대사물을 생산하기 위해 재조합 효모 S. 세레비시아에 균주를 사용한다.Evolva와 합성된 최초의 성공적인 화합물은 식음료 산업에서 향료로 널리 사용되는 바닐린이었다.이 과정은 원하는 2차 대사물 유전자를 재조합 효모의 인공 염색체에 삽입하여 바닐린을 합성하는 것을 포함한다.현재 Evolva는 스테비아, 레스베라트롤 또는 누트카톤과 같은 다양한 화학물질을 생산하고 있습니다.

나고야 의정서

재조합 기술의 발달에 따라, 2010년에 생물 다양성에 관한 협약에의 이용에 의한 편익의 공평하고 공평한 공유에 관한 나고야 의정서가 체결되었다.이 의정서는 더 작고 가난한 나라들의 착취를 막기 위해 유전자 자원의 보존과 보호를 규제한다.생물다양성 국가로부터 조달된 유전자, 단백질 또는 소분자 자원이 수익성이 있는 경우,[39] 원산지 국가에 대한 보상 계획이 마련되었다.

「 」를 참조해 주세요.

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