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Metaboliti secondari sono sostanze chimiche prodotte da impianti per i quali non di ruolo è ancora stata trovata in crescita, la fotosintesi, la riproduzione, o di altri “primaria” funzioni. Queste sostanze chimiche sono estremamente diverse; molte migliaia sono state identificate in diverse classi principali. Ogni famiglia di piante, genere e specie produce un mix caratteristico di queste sostanze chimiche e talvolta possono essere utilizzate come caratteri tassonomici nella classificazione delle piante. Gli esseri umani usano alcuni di questi composti come farmaci, aromi o droghe ricreative.
I metaboliti secondari possono essere classificati in base alla struttura chimica (ad esempio, avendo anelli, contenenti uno zucchero), alla composizione (contenente azoto o meno), alla loro solubilità in vari solventi o alla via con cui vengono sintetizzati (ad esempio, fenilpropanoide, che produce tannini). Una semplice classificazione comprende tre gruppi principali: i terpeni (a base di acido mevalonico, composto quasi interamente di carbonio e idrogeno), i fenolici (a base di zuccheri semplici, contenenti anelli benzenici, idrogeno e ossigeno) e composti contenenti azoto (estremamente diversi, possono anche contenere zolfo).
L’apparente mancanza di funzione primaria nella pianta, combinata con l’osservazione che molti metaboliti secondari hanno specifici impatti negativi su altri organismi come erbivori e patogeni , porta all’ipotesi che si siano evoluti a causa del loro valore protettivo. Molti metaboliti secondari sono tossici o repellenti per erbivori e microbi e aiutano a difendere le piante che li producono. La produzione aumenta quando una pianta viene attaccata da erbivori o agenti patogeni. Alcuni composti vengono rilasciati nell’aria quando le piante vengono attaccate dagli insetti; questi composti attirano parassiti e predatori che uccidono gli erbivori. Recenti ricerche stanno identificando ruoli sempre più primari per queste sostanze chimiche nelle piante come segnali , antiossidanti e altre funzioni, quindi “secondario” potrebbe non essere una descrizione accurata in futuro.
Il consumo di alcuni metaboliti secondari può avere gravi conseguenze. Gli alcaloidi possono bloccare i canali ionici, inibire gli enzimi o interferire con la neurotrasmissione, producendo allucinazioni, perdita di coordinazione, convulsioni, vomito e morte. Alcuni fenolici interferiscono con la digestione, la crescita lenta, bloccano l’attività enzimatica e la divisione cellulare, o semplicemente hanno un sapore terribile.
La maggior parte degli erbivori e dei patogeni delle piante possiede meccanismi che migliorano l’impatto dei metaboliti vegetali, portando ad associazioni evolutive tra particolari gruppi di parassiti e piante. Alcuni erbivori (ad esempio, la farfalla monarca) possono immagazzinare (sequestrare) le tossine delle piante e ottenere protezione contro i loro nemici. I metaboliti secondari possono anche inibire la crescita delle piante concorrenti (allelopatia). I pigmenti (come i caroteni terpenoidi, i fenolici e i flavonoidi) colorano i fiori e, insieme agli odori terpenici e fenolici, attirano gli impollinatori.
Le sostanze chimiche secondarie sono importanti nell’uso delle piante da parte dell’uomo. La maggior parte dei prodotti farmaceutici si basa su strutture chimiche vegetali e i metaboliti secondari sono ampiamente utilizzati per la ricreazione e la stimolazione (gli alcaloidi nicotina e cocaina; il terpene cannabinolo). Lo studio di tale uso vegetale è chiamato etnofarmacologia. Le sostanze chimiche psicoattive delle piante sono fondamentali per alcune religioni e i sapori di composti secondari modellano le nostre preferenze alimentari. I sapori caratteristici e l’aroma del cavolo e parenti sono causati da
| Classe | Esempio Composti | Esempio Fonti | Alcuni Effetti e gli Usi |
| CONTENENTI AZOTO | |||
| Alcaloidi | la nicotina, cocaina teobromina | tabacco coca, una pianta di cioccolato (cacao) | interferire con la neurotrasmissione, bloccare l’azione di enzima |
| di AZOTO E di ZOLFO CONTENENTI | |||
| Glucosinolati | sinigrina | cavolo, parenti | |
| TERPENOIDI | |||
| Monoterpeni | mentolo linalolo | menta e parenti, molte piante | interferire con la neurotrasmissione, bloccare il trasporto di ioni, anestetico |
| Sesquiterpeni | parthenolid | Parthenium e parenti ( Asteraceae ) | dermatite da contatto |
| Diterpeni | gossypol | cotton | block phosphorylation; toxic |
| Triterpenes, cardiac glycosides | digitogenin | Digitalis (foxglove) | stimulate heart muscle, alter ion transport |
| Tetraterpenoids | carotene | many plants | antioxidant; orange coloring |
| Terpene polymers | rubber | Hevea (rubber) trees, dandelion | gum up insects; aereo pneumatici |
| Steroli | spinasterol che sono | spinaci | interferire con animali l’azione dell’ormone della |
| composti fenolici | |||
| acidi Fenolici | caffeico, clorogenico | tutte le piante | causare danni ossidativi, browning in frutta e vino |
| Cumarine | umbelliferone | carote, pastinaca | cross-link del DNA, di bloccare la divisione cellulare |
| Lignani | podophyllin urushiol | mayapple poison ivy | catartico, vomito, dermatite allergica |
| Flavonoidi | antociani, catechine | quasi tutte le piante | fiori, foglie di colore; inibire gli enzimi, anti – e pro-ossidanti, estrogenica |
| Tannini | gallotannin, tannino condensato | querce, conifere, alberi, ginestrino trefoil, legumi | legano alle proteine, enzimi, bloccare la digestione, antiossidanti |
| La lignina | lignina | tutte le piante terrestri | struttura, la tenacità, la fibra |
di azoto e di zolfo contenenti sostanze chimiche, glucosinolati, che proteggono le piante da molti nemici. L’astringenza del vino e del cioccolato deriva dai tannini. L’uso di spezie e altri condimenti si è sviluppato dai loro usi combinati come conservanti (poiché sono antibiotici) e aromi.
