Cheminė informacija
5 (100%) 1 vote

Cheminė informacija

CHEMINĖ INFORMACIJA

Viena sparčiausiai besivystančių augalų taksonomijos sričių – augalų chemotaksonomija, žinoma dar chemosistematikos, fitochemijos, cheminės augalų taksonomijos ar sistematikos pavadinimais. Šios mokslo šakos tikslas – panaudoti cheminę informaciją augalų klasifikacijų tobulinimui. Chemotaksonomija, kaip mokslas, išsivystė per paskutinius trisdešimt metų. Nenuostabu, jog manoma, kad jos pateikiama informacija svaresnė, vadinasi, svarbesnė, nei morfologiniai ar citologiniai duomenys.

CHEMOTAKSONOMIJOS PRIGIMTIS

Chemotaksonomija turi ne vieną kilmės šaltinį. Nuo senų laikų žiniuoniai skirdavo žoles gyduoles. Jau gerokai vėliau vaistininkai tyrė augalus kaip vaistų žaliavą. Visa tai padėjo sukaupti žinias apie įvairių augalų cheminį turinį. Teiginys, jog panašios augalų rūšys turi panašias medicinines savybes t.y. panašias chemines medžiagas, yra mažiausiai trijų šimtų metų senumo, o pati samprata datuojama tūkstančiu metų. Senovės žmonės ieškojo ne tik augalų gyduolių, bet ir maistui tinkamų augalų. Jau tada buvo suvokiama, kad panašios rūšys turi panašias savybes. Taip patirties keliu atrasta, kad Poaceae ir Fabaceae šeimų atstovų sėklos turi didelį baltymų kiekį.

Augalų anatomijoje ir morfologijoje irgi galima rasti chemotaksonomijos ištakų. Pavyzdžiui, spalvas galima laikyti morfologiniu arba cheminiu požymiu; skirtingas kristalų formas – anatominiu arba cheminiu požymiu. Dabar gerai žinoma, kad spalvą lemia skirtingų molekulių deriniai. Tuo tarpu kristalai ar kiti intarpai – kalcio oksalatas, kalcio karbonatas, krakmolas, silicis ir kiti – skiriasi savo chemine ir fizine sandara. Skirtingos silicio ir kalcio oksalato formos, randamos augalų ląstelėse, buvo ypač reikšmingos taksonomijai. Žinoma, kad silicio kūneliai Poaceae šeimoje gali būti 20 tipų. Adatos formos kalcio oksalatas – rafidai labai retai sutinkami dviskilčių klasėje. Įsitikinta, kad Britanijos Rubiaceae ir Onagraceae atstovai tokių kristalų neturi. Gaubtasėklių taksonų, priklausančių visiems hierarchijos rangams, apibrėžimui atpažįstama ir naudojama apie 14 krakmolo grūdelių tipų.

Augalų skonis ir kvapas naudingas ne tik kaip mūsų maisto, vaistų ar kosmetinė savybė. Gyvūnai, taip pat patogenai aukas irgi renkasi pagal skonį ir kvapą. Šį reiškinį galima pavadinti atranka. Paskutiniais metais atkreiptas dėmesys į skirtingų augalų bei gyvūnų koevoliuciją, gyvūnams pasirenkant augalus, kaip maistą. Šį teiginį geriausiai atskleidžia vabzdžiai, kurių rūšys mitybai apsiriboja tik viena augalų rūšimi. Dažniausiai giminingi vabzdžiai minta giminingais augalais, pavyzdžiui, drugių šeimos Danaidae lervos renkasi tiktai Asclepiadaceae šeimos augalus. Tą patį galima pasakyti apie žolėdžius žinduolius, moliuskus arba apdulkinančius vabzdžius. Patogeniniai grybai – rūdys rodo panašų prieraišumą giminingiems augalams – šeimininkams. Šia savybė pasinaudota, tiriant augalų taksonomines problemas, pavyzdžiui, Liliaceae – Amaryllidaceae šeimų grupę. Sodininkai nuo seno žino, kad skiepyti galima tik labai giminingus taksonus, pavyzdžiui, kriaušę ir obelį, Laburnum ir Cytisus. Tai irgi savotiška cheminė charakteristika.

Tik yra įvairių išimčių. Galima galvoti, kad panašūs Pisum, Phaseolus ir Vicia vaisiai yra vienodai valgomi. Vis tik suklystume, jei šią išvadą pritaikysime Laburnum ir Lupinus, nors visos penkios gentys priklauso tai pačiai šeimai. Painioti Pastinaca sativa su Oenanthe croccata dėl lapų panašumo yra mirtinai pavojinga, kaip painioti pastarąjį ir Apium graveolens.

Tikriausiai greitą chemotaksonomijos raidą lėmė kelios priežastys. Naujų metodų, ypač chromotografijos ir įvairių formų elektroforezės, tobulėjimas pagreitino augalinių medžiagų analizę. Jai dabar reikia daug mažesnio medžiagų kiekio ir greičiau gaunami rezultatai.

Šiuo metu chemotaksonomijos bibliografija labai plati – išleista daug autoritetingų apžvalgų ir sąvadų. Paskutines chemotaksonomijos naujienas galima rasti žurnaluose, pavyzdžiui, “PHYTOCHEMISTRY”, periodinėse apžvalgose, pavyzdžiui, “ADVANCES IN PHYTOCHEMISTRY”.

Kaip identifikuoti cheminius junginius, išskirtus iš augalų, mes neliesime, nes tai praktinė problema. Tiriant antrinius metabolitus, paprastai tiriamas mišinys, kuris išskaidomas keliais chromatografijos būdais. Vėliau išskaidyti komponentai identifikuojami, lyginant žinomų medžiagų chromatografinio elgesio tipus. Pageidautina atlikti kiekvieno komponento pilną cheminę analizę, bet ne visada tam užtenka laiko.

Kai kurie mokslininkai norėjo rasti būdą, kaip apibūdinti turimą medžiagą, neatliekant pilnos cheminės analizės. Norėta lyginti įvairias chromatogramas “dėmių” buvimo-nebuvimo principu. Toks požiūris suteikia naudingus taksonominius duomenis, bet jų pritaikymas ribotas. Galima suklysti, jei dėmės tikrai nėra aiškūs ir atskiriami komponentai.

Cheminiai duomenys, naudojami klasifikacijoje, yra nepaprastai įvairūs. Tai susiję su ekspertize, jos priemonėmis ir mokslininko laiku, reikalingu atlikti atitinkamus augalinių medžiagų tyrimus. Nepilnai ištirtos cheminės informacijos panaudojimas yra labai rizikingas. Kita problema, kad labai mažai darbuotojų turi tinkamą išsilavinimą tiek chemijoje, tiek augalų
taksonomijoje. Visas darbas atliekamas žmonių, kvalifikuotų vienoje ar kitoje mokslo šakoje, ko negalima pavadinti pranašumu.

Nepaisant minėtų problemų, chemotaksonomija turi milžinišką įtaką augalų klasifikacijai. Egzistuoja gausybė duomenų, kurie gali būti panaudoti, tobulinant jau esamas klasifikacijos sistemas ir nurodant gaires naujoms sistemoms. Ypatingo cheminio komponento buvimas ar nebuvimas nėra daugiau ar mažiau vertingas taksonominis įrodymas, nei vainiklapių buvimas ar nebuvimas. Abu požymiai – organizmų genotipo pasireiškimas. Kartais vienas, kartais kitas labiau indikuoja taksonominį ryšį.

Dabar egzistuoja daug augalų grupių, kur chemotaksonominiai duomenys iš esmės padėjo patobulinti jų klasifikaciją. Netgi sėkmingai panaudojus šiuos duomenis klasifikacijų tobulinimui, retai jie naudojami raktuose ar Florų standartiniuose aprašymuose. Kartais cheminiai požymiai gali būti stebimi greitomis ir paprastomis operacijomis, taip vadinamais dėmių testais. Tokiu būdu atskiriamos kerpių rūšys pagal spalvos reakciją į KOH tirpalą.

Šiuolaikinė chemotaksonomija tiksliau apibrėžia ir pabrėžia jau naudojamų cheminių požymių vartojimą, nei atskleidžia naujus cheminius požymius. Gerai žinomas kvapo panaudojimas atskirų taksonų aprašymui ir identifikacijai tokiose gentyse, kaip Mentha, Stachys, Allium, Thlaspi ir daugeliui kitų.

Chemotaksonominiai duomenys naudojami dviejuose atskiruose lygmenyse. Vienas lygmuo – duomenų panaudojimas naujų klasifikacijos sistemų kūrimui, filogenijų konstrukcijai ir augalinės medžiagos fragmentų identifikacijai. Antras lygmuo retesnis – duomenys naudojami augalų identifikacijai, lyginant su mikroskopinės anatomijos studijų rezultatais.

NAUDINGI KOMPONENTAI AUGALŲ TAKSONOMIJOJE

Teoriškai visi augalų cheminiai junginiai vertingi taksonomistui, o praktiškai kai kurių rūšių molekulės yra vertingesnės, negu kitos. Be neorganinių komponentų, kurie gana mažai naudojami, taksonomiškai vertingomis gali būti pripažintos trys labai plačios junginių grupės: PIRMINIAI METABOLITAI, ANTRINIAI METABOLITAI ir SEMANTIDAI.

Pirminiai metabolitai – gyvybinio metabolinio kelio dalys. Dauguma jų yra universalūs. Tai akonitinė rūgštis, pirmą kartą išskirta iš Aconitum, arba citrininė rūgštis, išskirta iš Citrus, dalyvauja Krebso t.y. trikarboksilinių rūgščių cikle. Šias rūgštis randame visuose aerobiniuose organizmuose. Taigi tokių komponentų buvimas ar nebuvimas neturi didelės sistematinės vertės. Šiuo požiūriu tokios pačios ir aminorūgštys, žinomos kaip augalų baltymų sudėtinės dalys, arba bet kuris cukrus dalyvaujantis fotosintezės cikle.

Kai kuriais atvejais tokių metabolitų kiekiai taksonuose įvairuoja, kas gali būti taksonomiškai naudinga. Pavyzdžiui, dažnai taksonai turi ypač didelius molekulių, dalyvaujančių natūraliame metaboliniame kelyje, kaip maisto atsargos, kiekius. Kartais tokie komponentai sukaupiami skirtinga forma, nei jie yra metaboliniame kelyje. Pavyzdžiui, sedoheptulozė, cukrus, sudarytas iš Sedum genties maisto atsargų karbohidrato, kuris kaip sedoheptulozės difosfatas yra fotosintezės anglies ciklo dalis.

Antriniai metabolitai – antriniai augalų produktai, vaidinantys negyvybines ar neuniversaliai gyvybines funkcijas, todėl mažiau paplitę augaluose. Aišku, toks ribotas paplitimas augaluose – vertinga taksonominė informacija. Dažniausiai naudojamų komponentų grupė apima alkaloidus, fenolius, glukozinolatus, amino rūgštis, terpenoidus, aliejus,vaškus, karbohidratus. Literatūroje nurodoma antrinių metabolitų funkcija, bet juos naudojant kaip taksonominįpožymį, jų funkcijos reikšmės nereikėtų svarstyti. Tokių medžiagų vertė taksonomijoje paprastai sąlygojama jų paplitimu ar koreliacija su kitais požymiais.

Daugeliu atvejų antriniai augalų produktai – atliekos, maisto atsargos, pigmentai, nuodai, kvapai, vandens repelentai ir kita. Dažnai jų aiški gyvybinė funkcijos prigimtis tokia, kad tiksli mokslinė šių komponentų konfigūracija nėra gyvybiškai svarbi. Geltonu pigmentu, turinčiu absorbcijos maksimumą ties 477 nm (pigmento funkcija), gali būti betalainas arba antocianinas.Taip pat nuodais gali būti tiek alkaloidas, tiek glikozidas.

Semantidai – informaciją nešančios molekulės. DNR yra PIRMINIS SEMANTIDAS, RNR – ANTRINIS SEMANTIDAS. Baltymai – TRETINIAI SEMANTIDAI. Teoriškai nukleotidų ir amino rūgščių sekos šiose medžiagose turėtų suteikti visą taksonominę informaciją, reikalingą klasifikacijai ir pasiūlyti alternatyvą antrinių metabolitų, citologijos, anatomijos, morfologijos ir kitiems tyrimams. Deja, sunkios praktinės problemos, renkant sekos duomenis, be to, rezultatai dažnai rodo klaidinančias anomalijas. Todėl tų pačių organizmų porų skirtingos baltymų klasės rodo skirtingus panašumo lygius. Naivu, galvoti, kad semantidų sekos tyrinėjimai suteiks paskutinį taksonominį kriterijų ateityje.

Kartais semantidai kartu su didesniais polisacharidais yra žinomi kaip MAKROMOLEKULĖS, o pirminiai bei antriniai metabolitai – kaip MIKROMOLEKULĖS.

Dauguma cheminių medžiagų, vertingų taksonomijai, yra antriniai metabolitai arba semantidai. Paprastai tai gana didelės molekulės su šoninėmis grupėmis, kurios gali būti įvairiai pakeistos, atsirandant plačiam įmanomų molekulės tipų
kurio tam tikra proporcija yra ribota. Dėl tos priežasties daugelis iš jų yra metabolinio kelio galutiniai produktai arba plačiai paplitusių metabolinių kelių trumpų šoninių grandinių dalys. Kuo sudėtingesnė molekulė, tuo daugiau pakopų reikia jai suformuoti, tuo mažesnis jos paplitimas ir didesnė taksonominė vertė. Kita vertus, semantidai suteikia taksonominius duomenis ne buvimo-nebuvimo principu, bet sekos, proporcijų ir procentų pagrindu.

Nemaža rūpestį taip pat kelia konvergencijos problema cheminių komponentų, kaip ir struktūrinių požymių panaudojimui. Daug tų pačių augalinių cheminių medžiagų – skirtingų metabolinių kelių dalys. Jų buvimas dviejuose taksonuose gali būti dėka visiškai skirtingų fermentų rinkinių. Kuo sudėtingesnė molekulė ir toliau išimta iš įprasto metabolinio kelio, tuo mažesnė polifiletinės rūšies buvimo tikimybė. Tačiau daugeliu atvejų paprastai nežinoma, kokią metabolinio kelio vietą atstovauja minėta molekulė. Ivairūs sierą turintys komponentai pasižymi labai skirtinga prigimtimi. Genčiai Allium būdingas sieros kvapas, kuris laikomas charakteringu požymiu. Ir kitos gentys, pavyzdžiui, Milula turi tokį patį kvapą ir kitus panašius požymius. Minėtų cheminių medžiagų buvimas sustiprina panašumą, kad šios gentys giminingos. Kai kuriose klasifikacijose jos patalpintos toje pačioje šeimoje, bet kai kuriose – skirtingose šeimose. Kita vertus, tas pats kvapas ir panašios medžiagos randamos Fabaceae ir Brassicaceae šeimose, pavyzdžiui, Alliaria ir Thlaspi alliaceum, kurie priklauso dviskilčiams. Šiuo atveju cheminiai požymiai nerodo giminystės. Šios situacijos yra aiškios, bet būtų labia sunku įvertinti įrodymą, jei tie patys cheminiai komponentai būtų rasti vienskilčių šeimose tokiose, kaip Iridaceae ir Dioscoreaceae, kurios aiškiai tolimos Allium genčiai, bet gali būti žymiai artimesnės, negu iki šiol manyta. Dėl šios prigimties chemotaksonomijoje yra daug neišspręstų problemų, be to, daug žinoma polifiletiškų komponentų.

Šiuo metu Jūs matote 31% šio straipsnio.
Matomi 1773 žodžiai iš 5660 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.