ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Цель однозначна, но не бесспорна из "Органический синтез" Среди множества природных соединений существует обширный класс изопреноидов (или терпеноидов), включающий тысячи структурно различных соединений, которые объединены единством пути биосинтеза из небольшого числа ключевых предшественников. Роль некоторых соединений этого класса, таких, как витамины А и D или стероидные гормоны, уже давно известна они выполняют важнейшие регуляторные функции в организмах млекопитающих. Также понятна практическая полезность ряда других издавна известных изопреноидов, как, например, камфоры, ментола или каучука. Однако долгое время ничего конкретного не было известно ни о функциях, ни о полезных свойствах еще сотен природных соединений этого класса. В результате к 50-м годам XX в. сложилось мнение, что большинство изопреноидов, например растительного происхождения, образуются в живой клетке как физиологически инертный балласт для связывания отходов метаболизма (вторичные метаболиты). При этом как-то даже не ставился такой вопрос а почему все-таки организму потребовалось ценой значительных затрат энергии синтезировать те или иные, иногда очень сложные структуры, если их единственное назначение — обеспечивать функционирование системы удаления шлаков В те времена могло показаться, что лишь профессиональный педантизм и отсутствие воображения заставляют химиков вести нескончаемую работу по поиску и вьщелению, изучению строения, а также еще и синтезу все новых и новых природных изопреноидов. Типичная инвентаризация неликвидов, числящихся на балансе природы — вот мнение, которое авторам доводилось слышать от некоторых ученых-функционеров, от которых, к сожалению, зависело распределение средств на научные исследования. [c.19] Другой терпеноид, абсцизин (11) [10], также вьщеленный из большого числа растений, играет роль антагониста гиббереллина. Действительно, было обнаружено, что в присутствии 11 подавляется рост побегов и инициируется образование спящих почек. Таким образом, переход от фазы активного роста в условиях длинного дня к фазе сна в условиях короткого дня контролируется балансом содержания в клетках соединений 10 и 11. [c.21] Богатейший ассортимент изопреноидов обнаружен среди метаболитов растений и грибов. Среди них встречаются очень сильные токсины, соединения с противоопухолевой и противовоспалительной активностью и антибиотики различного спектра действия. Как правило, очень мало или вообще ничего неизвестно о том, какова роль этих веществ в жизнедеятельности организмов-продуцентов. Однако тот факт, что соединения этой группы проявляют столь широкий спектр биологической активности по отношению к другим биологическим объектам, не может не рассматриваться как указание, по крайней мере косвенное, на их участие в регуляции каких-то биологических функций, существенно важных для организмов-продуцентов. Это утверждение может показаться чисто декларативным, но далее мы приведем примеры того, какие нетривиальные биологические функции могут быть обнаружены, если рассматривать тот или иной организм не как изолированную особь, как это делалось еще сравнительно недавно, а во всем комплексе его взаимоотношений с другими членами биологического сообщества, т. е. как часть экосистемы. [c.21] Ни один из живых организмов не может существовать вне связи с другими живыми существами, образующими данный биоценоз. Поэтому для действительного понимания функций природных соединений необходимо рассматривать также возможность их участия в качестве медиаторов, регулирующих тем или иным образом взаимоотношения данной особи как с особями того же вида, так и с совершенно иными организмами данного сообщества. Пока мы находимся еще в самом начале пути к пониматю этих важнейших аспектов химической экологии. Тем не менее уже накопилось множество фактов, однозначно свидетельствующих о наличии и жизненной важности функционирования химического канала связи на всех уровнях организации биологических систем. [c.21] По-видимому, именно насекомые за время своей эволюции смогли выработать наиболее изощреньгую систему химической сигнализации, играющую огромную роль в их жизни. Действительно, с помощью феромонов они способны передавать информацию о присутствии особей того же или иного вида (сигналы узнавания наподобие армейских сигналов опознания свой — чужой ), о местонахождении самца или самки (половые аттрактанты), о приближении опасности (феромоны тревоги), о наличии источника пищи и маршруте к нему (феромоны агрегации и маркеры следа) и о многом другом. [c.22] Необыкновенно разнообразен набор природных веществ, продуцируемых низшими растениями. Биологические функции большинства из них просто неизвестны. Однако и для низших растений показано, что многие метаболиты выпол1мют функции медиаторов взаимоотношений между индивидуальными особями. [c.25] Разумеется, все эти углеводороды практически нерастворимы в воде, что делает еще более интересным факт их фантастически высокой эффективности. Так, установлено, что положительный отзыв на сигнал может наблюдаться уже при пороговой концентрации 6,5 моль/л. Расчет показал, что для привлекающего эффекта достаточно, чтобы на одну андрогамету приходилось от одной до десяти молекул феромона [15а]. [c.26] Изучение этой проблемы показало, что прорастание семян сорняка провоцируется химическими веществами, вырабатываемыми растущими корешками растения-хозяина, и эти вещества служат факторами прорастания для семян растения-паразита. [c.27] С точки зрения растения-паразита, это, конечно, очень удобный механизм, поскольку длина его растущих корешков не превышает 3 мм, передвигаться в почве семена не могут, и поэтому им нет никакого смысла подвергаться активации на большем расстоянии. Вопрос о том, как и для чего растение-хозяин обзавелось столь самоубийственной способностью способствовать росту своего паразита, по-видимому, следует отнести к одной из многочисленных загадок эволюции. [c.28] Теснейшая взаимосвязь между растениями и насекомыми — хорошо изученный биологический феномен, и накоплено множество фактов, указываю-цщх на огромную роль химических веществ как регуляторов этих взаимоотношений [19]. Примерно полмиллиона видов насекомых кормится на растениях. В свою очередь, процессы репродукции множества растений критически зависят от переноса пьшьцы, осуществляемого насекомыми. Поэтому неудивительно, что среди множества природных веществ, продуцируемых растениями, можно найти как аттрактанты для полезных насекомых, так и репелленты или даже инсектициды для вредных [20]. Фантастическое разнообразие структур соединений, используемых для этих целей (среди них можно найти ациклические и полициклические соединения, в том числе изопреноиды, ароматические и гетероароматические соединения, множество алкалоидов различного строения и т. д.) может служить прекрасной иллюстрацией того, насколько широки возможности Природы в выборе структур органических соединений, выполняющих те или иные функции. Однако надо сказать, что в общем имеется немного достоверных сведений о реальном механизме действия химических медиаторов во взаимоотношениях растений и насекомых. [c.28] У читателя может возникнуть вполне законный вопрос зачем в книге, посвященной органическому синтезу, рассматривать примеры, хотя и интересные, но скорее относящиеся к общей биологии Для нас самый главный вывод из рассмотренных выше примеров (а их число легко многократно умножить) состоит в том, что при решении вопроса о биологической активности или функции того или иного природного соединения нельзя ограничиваться только рассмотрением его возможных функций в организме-проду-центе или его свойства как потенциально полезного лекарства. На самом деле адекватное рассмотрение этой проблемы требует системного подхода, учитывающего сложность взаимоотношений внутри биологических систем на всех уровнях организации — от клеток до биоценозов. [c.29] Рассмотренные выше примеры относятся к довольно простым случаям, когда химические вешества служат медиаторами простых и хорошо определенных взаимоотношений внутри организма или между немногими особями. На самом деле взаимоотношения между биологическими партнерами образуют сложно переплетенную сеть горизонтальных и вертикальных связей, охватываюших все сообщество. Стабильность интегрированной биологической системы как единого целого критически зависит от взаимодействия отдельных ее частей. Есть все основания предполагать, что химический канал связи в действительности является одной из важнейших составных частей системы контроля, обеспечивающего эффективность этого взаимодействия, хотя до сих пор мы не имеем целостного представления о системе химической коммуникации в сколько-нибудь сложных биологических сообществах. [c.30] Вернуться к основной статье