Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Класс химических соединений
Class of chemical compounds
Глюкозинолаты – это природные компоненты многих жгучих растений, таких как горчица, капуста и хрен. Жгучесть этих растений обусловлена горчичными маслами, образующимися из глюкозинолатов при жевании, нарезании или другом повреждении растительной ткани. Эти природные химические соединения, вероятно, способствуют защите растений от вредителей и болезней, а также придают крестоцветным овощам характерный горький вкус.
Glucosinolates are natural components of many pungent plants such as mustard, cabbage, and horseradish. The pungency of those plants is due to mustard oils produced from glucosinolates when the plant material is chewed, cut, or otherwise damaged. These natural chemicals most likely contribute to plant defence against pests and diseases, and impart a characteristic bitter flavor property to cruciferous vegetables.
Возникновение
Глюкозинолаты встречаются как вторичные метаболиты почти во всех растениях отряда Brassicales. Это включает экономически важные семейства Brassicaceae, а также Capparaceae и Caricaceae. За пределами Brassicales, глюкозинолаты обнаружены лишь в родах Drypetes и Putranjiva семейства Putranjivaceae. Глюкозинолаты содержатся в различных съедобных растениях, таких как капуста (белокочанная, пекинская, брокколи), брюссельская капуста, кресс-салат, хрен, каперсы и редис, где продукты их распада часто существенно влияют на характерный вкус. Глюкозинолаты также присутствуют в семенах этих растений.
Glucosinolates occur as secondary metabolites of almost all plants of the order Brassicales. This includes the economically important family Brassicaceae as well as Capparaceae and Caricaceae. Outside of the Brassicales, the genera Drypetes and Putranjiva in the family Putranjivaceae, are the only other known occurrence of glucosinolates. Glucosinolates occur in various edible plants such as cabbage (white cabbage, Chinese cabbage, broccoli), Brussels sprouts, watercress, horseradish, capers, and radishes where the breakdown products often contribute a significant part of the distinctive taste. The glucosinolates are also found in seeds of these plants.
Химия
Глюкозинолаты представляют собой естественный класс органических соединений, содержащих серу и азот, которые образуются из глюкозы и аминокислоты. Они являются водорастворимыми анионами и относятся к глюкозидам. Каждый глюкозинолат содержит центральный атом углерода, связанный с атомом серы тиоглюкозной группы и через атом азота – с сульфатной группой (образуя сульфатированный альдоксим). Кроме того, центральный атом углерода связан с боковой группой; различные глюкозинолаты имеют разные боковые группы, и именно вариация в боковой группе определяет различия в биологической активности этих растительных соединений. Суть химии глюкозинолатов заключается в их способности превращаться в изотиоцианат (горчичное масло) при гидролизе тиоглюкозидной связи ферментом мирозиназой. Полусистематическое наименование глюкозинолатов состоит из химического названия группы "R" на схеме, за которым следует "глюкозинолат", с пробелом или без него. Например, аллильглюкозинолат и аллиль глюкозинолат обозначают одно и то же соединение: обе формы встречаются в литературе. Его химическая структура была установлена к 1930 году, показав, что это производное глюкозы с β-D-глюкопиранозной конфигурацией. В то время оставалось неясным, находится ли связь C=N в Z (или syn)-форме, с заместителями серы и кислорода на одной стороне двойной связи, или в альтернативной E-форме, где они расположены по разные стороны. Этот вопрос был разрешен с помощью рентгеновской кристаллографии в 1963 году. В настоящее время известно, что все природные глюкозинолаты имеют Z-форму, хотя обе формы могут быть синтезированы в лаборатории. Используется последовательность из семи ферментативно катализируемых этапов. Атом серы вводится из глутатиона (GSH), а сахарный компонент добавляется к полученному тиольному производному с помощью гликозилтрансферазы перед финальным этапом сульфонирования.
Glucosinolates constitute a natural class of organic compounds that contain sulfur and nitrogen and are derived from glucose and an amino acid. They are water soluble anions and belong to the glucosides. Every glucosinolate contains a central carbon atom, which is bound to the sulfur atom of the thioglucose group, and via a nitrogen atom to a sulfate group (making a sulfated aldoxime). In addition, the central carbon is bound to a side group; different glucosinolates have different side groups, and it is variation in the side group that is responsible for the variation in the biological activities of these plant compounds. The essence of glucosinolate chemistry is their ability to convert into an isothiocyanate (a "mustard oil") upon hydrolysis of the thioglucoside bond by the enzyme myrosinase. The semisystematic naming of glucosinolates consists of the chemical name of the group "R" in the diagram followed by "glucosinolate", with or without a space. For example, allylglucosinolate and allyl glucosinolate refer to the same compound: both versions are found in the literature. Its chemical structure had been established by 1930, showing that it is a glucose derivative with β D glucopyranose configuration. It was unclear at that time whether the C=N bond was in the Z (or syn) form, with sulfur and oxygen substituents on the same side of the double bond, or the alternative E form in which they are on opposite sides. The matter was settled by X ray crystallography in 1963. It is now known that all natural glucosinolates are of Z form, although both forms can be made in the laboratory. A sequence of seven enzyme catalysed steps is used. The sulfur atom is incorporated from glutathione (GSH) and the sugar component is added to the resulting thiol derivative by a glycosyltransferase before the final sulfonation step.
Энзимная активация
Растения содержат фермент мирозиназу, который в присутствии воды отщепляет глюкозную группу от глюкозинолата. Оставшаяся молекула затем быстро превращается в изотиоцианат, нитрил или тиоцианат – это активные вещества, служащие защитой растения. Глюкозинолаты также называются глюкозидами горчичного масла. Стандартным продуктом реакции является изотиоцианат (горчичное масло); два других продукта образуются преимущественно в присутствии специализированных растительных белков, изменяющих исход реакции. [[File:Thioglycoside–– Isothiocyanate V.1. png|thumb|center|550px|Глюкозид горчичного масла 1 превращается в изотиоцианат 3 (горчичное масло). Глюкоза 2 также высвобождается, показана только β-форма. R = аллил, бензил, 2-фенилэтил и т.д. Однако уровень толерантности к глюкозинолатам варьирует даже внутри одного рода (например, Acomys cahirinus и Acomys russatus). Диетические количества глюкозинолатов не токсичны для человека при нормальном потреблении йода.
The plants contain the enzyme myrosinase, which, in the presence of water, cleaves off the glucose group from a glucosinolate. The remaining molecule then quickly converts to an isothiocyanate, a nitrile, or a thiocyanate; these are the active substances that serve as defense for the plant. Glucosinolates are also called mustard oil glycosides. The standard product of the reaction is the isothiocyanate (mustard oil); the other two products mainly occur in the presence of specialised plant proteins that alter the outcome of the reaction. [[File:Thioglycoside–– Isothiocyanate V.1. png|thumb|center|550px|A mustard oil glycoside 1 is converted to an isothiocyanate 3 (mustard oil). Glucose 2 is liberated as well, only the β form is shown.– R = allyl, benzyl, 2 phenylethyl etc. However, tolerance level to glucosinolates varies even within the same genus (e. g. Acomys cahirinus and Acomys russatus). Dietary amounts of glucosinolate are not toxic to humans given normal iodine intake.
Вкус и пищевое поведение
Глюкозинолат синигрин, в частности, был показан как причина горечи вареной цветной капусты и брюссельской капусты. Глюкозинолаты могут влиять на пищевое поведение животных.
The glucosinolate sinigrin, among others, was shown to be responsible for the bitterness of cooked cauliflower and Brussels sprouts. Glucosinolates may alter animal eating behavior.
Исследования
Изотиоцианаты, образующиеся из глюкозинолатов, изучаются в лабораторных условиях для оценки экспрессии и активации ферментов, метаболизирующих ксенобиотики, в том числе канцерогены.
The isothiocyanates formed from glucosinolates are under laboratory research to assess the expression and activation of enzymes that metabolize xenobiotics, such as carcinogens.
Инсекты
Глюкозинолаты и их продукты оказывают негативное воздействие на многих насекомых, что является результатом сочетания отпугивающего эффекта и токсичности. В попытке применить этот принцип в агрономическом контексте, некоторые продукты, полученные из глюкозинолатов, могут служить антифидентами, то есть природными пестицидами. В отличие от этого, капустная моль, вредитель крестоцветных растений, может распознавать присутствие глюкозинолатов, что позволяет ей идентифицировать подходящее растение-хозяина. Действительно, на растениях, содержащих глюкозинолаты, встречается характерная специализированная фауна насекомых, включая бабочек, таких как большая белянка, малая белянка и оранжевый кончик, а также некоторых тлей, мотыльков, таких как южный хлопковый червь, пилильщиков и блошиных жуков. Например, большая белянка откладывает яйца на эти растения, содержащие глюкозинолаты, и личинки выживают даже при высоких уровнях глюкозинолатов, питаясь растительным материалом, содержащим глюкозинолаты. Белянки и оранжевые кончики обладают так называемым нитрил-специфицирующим белком, который направляет гидролиз глюкозинолатов в сторону образования нитрилов, а не реакционноспособных изотиоцианатов. В отличие от этого, капустная моль обладает совершенно другим белком – глюкозинолатсульфатазой, которая десульфатирует глюкозинолаты, тем самым делая их непригодными для разложения мирозиназой в токсичные продукты. Другие виды насекомых (специализированные пилильщики и тли) накапливают глюкозинолаты. У специализированных тлей, но не у пилильщиков, в мышечной ткани обнаружена специфическая животная мирозиназа, приводящая к разложению накопленных глюкозинолатов при повреждении тканей тли. Это разнообразие биохимических решений, связанных с одним и тем же растительным химическим веществом, играет ключевую роль в эволюции взаимоотношений между растениями и насекомыми.
Glucosinolates and their products have a negative effect on many insects, resulting from a combination of deterrence and toxicity. In an attempt to apply this principle in an agronomic context, some glucosinolate derived products can serve as antifeedants, i. e., natural pesticides. In contrast, the diamondback moth, a pest of cruciferous plants, may recognize the presence of glucosinolates, allowing it to identify the proper host plant. Indeed, a characteristic, specialised insect fauna is found on glucosinolate containing plants, including butterflies, such as large white, small white, and orange tip, but also certain aphids, moths, such as the southern armyworm, sawflies, and flea beetles. For instance, the large white butterfly deposits its eggs on these glucosinolate containing plants, and the larvae survive even with high levels of glucosinolates and eat plant material containing glucosinolates. The whites and orange tips all possess the so called nitrile specifier protein, which diverts glucosinolate hydrolysis toward nitriles rather than reactive isothiocyanates. In contrast, the diamondback moth possesses a completely different protein, glucosinolate sulfatase, which desulfates glucosinolates, thereby making them unfit for degradation to toxic products by myrosinase. Other kinds of insects (specialised sawflies and aphids) sequester glucosinolates. In specialised aphids, but not in sawflies, a distinct animal myrosinase is found in muscle tissue, leading to degradation of sequestered glucosinolates upon aphid tissue destruction. This diverse panel of biochemical solutions to the same plant chemical plays a key role in the evolution of plant insect relationships.
Производство, вызванное
Растения вырабатывают глюкозинолаты в ответ на степень повреждения, наносимого травоядными. Их выработка в связи с концентрацией CO₂ в атмосфере является сложной: повышение концентрации CO₂ может приводить к увеличению, уменьшению или отсутствию изменений в выработке, а также наблюдается генетическая изменчивость внутри семейства Капустные (Brassicales).
Plants produce glucosinolates in response to the degree of herbivory being suffered. Their production in relation to atmospheric CO concentrations is complex: increased CO can give increased, decreased or unchanged production and there may be genetic variation within the Brassicales.