Кіріспе

Глюкозинолаттар – горчица, капуста және хрен сияқты көптеген өткір дәмді өсімдіктердің табиғи құрауыштары. Бұл өсімдіктердің өткірлігі, өсімдік материалы шайналған, кесілген немесе басқаша зақымдалған кезде глюкозинолаттардан түзілетін горчица майларынан туындайды. Бұл табиғи химиялық заттар өсімдіктерді зиянкестер мен аурулардан қорғауға көмектеседі және крестгүлділерге тән ащы дәмді қасиет береді.

Пайда болуы

Глюкозинолаттар Brassicales қатарының дерлік барлық өсімдіктерінде екіншілік метаболиттер ретінде кездеседі. Бұл экономикалық тұрғыдан маңызды Brassicaceae тұқымдасымен қатар Capparaceae және Caricaceae тұқымдастарын да қамтиды. Brassicales қатарынан тыс, Putranjivaceae тұқымдасының Drypetes және Putranjiva туыстары ғана глюкозинолаттардың тағы бір белгілі кездесу орындары болып табылады. Глюкозинолаттар түрлі жеміс-жидектерде кездеседі, мысалы, капуста (ақ капуста, қытай капустасы, брокколи), брюссель капустасы, су кресс, хрен, каперс және редис, онда ыдырау өнімдері олардың ерекше дәміне елеулі үлес қосады. Глюкозинолаттар осы өсімдіктердің тұқымдарында да табылады.

Химия

Глюкозинолаттар күкірт пен азотты құрайтын, глюкоза мен аминқышқылынан алынатын органикалық қосылыстардың табиғи класын құрайды. Олар суда еритін аниондар болып табылады және глюкозидтерге жатады. Әрбір глюкозинолаттың құрамында тиоглюкоза тобының күкірт атомына, азот атомы арқылы сульфат тобына (сульфатталған альдоксим жасау) байланған орталық көміртек атомы бар. Сонымен қатар, орталық көміртек жақайың топқа байланады; әртүрлі глюкозинолаттардың әртүрлі жақайың топтары болады, ал осы өсімдік қосылыстарының биологиялық белсенділігінің өзгеруіне жақайың топтағы өзгерістер себепші. Глюкозинолат химиясының мәні – мирозиназа ферменті тиоглюкозидтік байланысты гидролиздегенде изотиоцианатқа («мыстыр майына») айналу қабілеті. Глюкозинолаттардың жартылай жүйелі атаулары диаграммадағы "R" тобының химиялық атауын және «глюкозинолат» деген сөзді, аралықта бос орынмен немесе бос орынсыз қамтиды. Мысалы, аллильглюкозинолат және аллиль глюкозинолат – бір және со aynı қосылысты білдіреді: екі нұсқасы да әдебиетте кездеседі. Оның химиялық құрылымы 1930 жылы анықталды, ол β D глюкопираноза конфигурациясындағы глюкоза туындысы екенін көрсетті. Ол кезде C=N байланысының Z (немесе syn) түрінде, күкірт пен оттегі алмастырғыштары екі байланыстың бір жағында, немесе олар қарама-қарсы жақта орналасқан E түрінде болатыны белгісіз болды. Бұл мәселе 1963 жылы рентгендік кристаллография арқылы шешілді. Қазіргі кезде барлық табиғи глюкозинолаттардың Z формасында екені белгілі, бірақ олардың екеуін де зертханада жасауға болады. Жеті ферменттік катализделген қадамдар тізбегі қолданылады. Күкірт атомы глутатионнан (GSH) қосылады, ал қант компоненті соңғы сульфондау сатысына дейін гликозилтрансфераза арқылы тиол туындысына қосылады.

Ферменттерді белсендіру

Өсімдіктерде мирозиназа ферменті бар, ол судың қатысуымен глюкозинолаттан глюкоза тобын бөліп алады. Қалған молекула тез арада изотиоцианатқа, нитрилге немесе тиоцианатқа айналады; осылар өсімдікті қорғауға қызмет ететін белсенді заттар. Глюкозинолаттарды горчица майының гликозидтері деп те атайды. Реакцияның стандартты өнімі – изотиоцианат (горчица майы); қалған екі өнім негізінен реакцияның нәтижесін өзгертетін арнайы өсімдік ақуыздары болған кезде пайда болады. [[Файл:Thioglycoside–– Isothiocyanate V.1. png|thumb|center|550px|Горчица майының 1 гликозиді 3 изотиоцианатқа (горчица майы) айналады. Глюкоза 2 де босатылады, тек β түрі көрсетілген. – R = аллил, бензил, 2 фенилэтил және т.б.] Алайда, глюкозинолаттарға төзімділік деңгейі тіпті бір туыс ішінде де (мысалы, Acomys cahirinus және Acomys russatus) өзгереді. Қалыпты йод мөлшері қабылданған жағдайда, глюкозинолаттың тамақпен бірге алынуы адамға зиянды емес.

Дәм тануы және тамақтану тәртібі

Глюкозинолат синигрин, соның ішінде, пісірілген гүлқолы мен брюссель капустасының ащы дәміне жауапты екені анықталды. Глюкозинолаттар жануарлардың тамақтану әрекетін өзгерте алады.

Зерттеу

Глюкозинолаттардан түзілген изотиоцианаттар, канцерогендер сияқты шетелдік заттарды (ксенобиотиктерді) метаболиздейтін ферменттердің экспрессиясы мен белсенділігін анықтау мақсатында зертханада зерттеулер жүргізілуде.

Құрт-құмырсқалар

Глюкозинолаттар мен олардың түзілімдері көптеген жәндіктерге кері әсер етеді, бұл олардың қорқыту және улану қабілеттерінің үйлесімінен туындайды. Осы қағиданы егістік шараларында қолдануға тырысу мақсатында, кейбір глюкозинолаттардан алынған түзілімдер жәндіктердің тамақтануын тоқтатушы заттар ретінде, яғни табиғи пестицидтер ретінде қолданылуы мүмкін. Керісінше, крестгүлділердің зиянкесі – алмазды көбелек глюкозинолаттардың болуын сезіне алады, артынан қоректік өсімдікті таниды. Глюкозинолаттарды қамтитын өсімдіктерде ерекше, мамандықталған жәндіктер тобы табылады, оларға үлкен ақ көбелек, кішкентай ақ көбелек және қызғылт ұшты көбелектер, сондай-ақ кейбір құрттар, мысалы, оңтүстік әскер құрты, ағаш құрттары, және т.б. кіреді. Мысалы, үлкен ақ көбелек жұмыртқаларын осы глюкозинолаттарды қамтитын өсімдіктерге шашады, ал личинкалар жоғары деңгейдегі глюкозинолаттардың өзінде де тірі қалады және глюкозинолаттарды қамтитын өсімдік тінімен қоректенеді. Ақ және қызғылт ұшты көбелектер нитрилді анықтаушы ақуызға ие, ол глюкозинолаттардың гидролизін реактивті изотиоцианаттарға емес, нитрилдерге бағыттайды. Ал алмазды көбелекте глюкозинолат сульфатаза деп аталатын мүлдем басқа ақуыз бар, ол глюкозинолаттарды күкіртсіздендіреді, осылайша оларды мирозиназаның уытты түзілімдерге ыдыратуына жарамсыз етеді. Басқа жәндік түрлері (мамандықталған ағаш құрттары мен құрттар) глюкозинолаттарды жинап алады. Мамандықталған құрттарда, бірақ ағаш құрттарында емес, ерекше жануарлар мирозиназасы бұлшықет тінінде табылады, құрт тінінің бұзылуы кезінде жиналған глюкозинолаттардың ыдырауына алып келеді. Бір өсімдік химиялық қосылысына қатысты осы биохимиялық шешімдердің алуан түрлі жиынтығы өсімдіктер мен жәндіктердің қарым-қатынасының эволюциясында маңызды рөл атқарады.

Іске қосылған өндіріс

Өсімдіктер өсімдіктерді жеудің қаншалықты деңгейде жүзеге асырылып жатқанына жауап ретінде глюкозинолаттарды өндіреді. Олардың атмосфералық CO2 концентрациясына байланысты өндірілуі күрделі: CO2 концентрациясының жоғарылауы өндірісті арттыруы, азайтуы немесе өзгеріссіз қалдыруы мүмкін, сондай-ақ Brassicales тұқымдасы ішінде генетикалық айырмашылықтар болуы мүмкін.