Bitkilerin Gizli Silahı: Sekonder Metabolitler
Oluştukları andan itibaren bitkiler ve insanlar arasında kopması pek mümkün olmayan bir bağlılık vardır. Bitkiler, insanoğlunun yaşamını sürdürebilmesi için gerekli olan karbonhidrat, protein ve yağların, yani primer metabolitlerin temel kaynağını oluştururlar. Bunun yanı sıra, “sekonder metabolitler” adı verilen ilaç, kimya, gıda, tekstil, kozmetik sanayi ve tarımsal mücadele sektörlerinde ekonomik açıdan önemli ve yeri doldurulamaz bazı maddeler de bitkilerden elde edilmektedir. Sekonder metabolitler ise bitkinin yaşamsal işlevi bakımından doğrudan etkili olmayan bileşiklerdir.
Sekonder metabolitler, bitkide savunma, korunma, hayatta kalma, nesillerini sürdürme gibi çevresel koşullara uyum faaliyetleri esnasında üretilmekte olup bazıları geniş miktarlarda üretilirken, bazılarının üretimi ise sınırlı düzeyde kalmakta hatta bazı metabolitler sadece belirli türlerde üretilmektedir. Bazı yabancı otlara karşı allelopatik etki göstermesinden dolayı bitkinin yaşamsal işlevi açısından en az primer metabolitler kadar önemlidir. Sekonder metabolitlerin oluşumu genellikle organ, doku ve hücreye özgüdür ve bunlar düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerdir. Bu bileşikler genellikle miktarları ve türleri bakımından aynı bitki popülasyonu arasında farklılık göstermektedir. Çoğunlukla bitkilerin belli organlarında bulunurlar ve bitkinin belli bir gelişim periyodu süresince üretilirler. Sekonder metabolitlerin en önemli rollerinden biri stres tepkilerine yanıt olarak geliştirilmiş olmalarıdır. Biyolojik anlamda Stres, “abiyotik veya biyotik orijinli herhangi bir içsel veya dışsal faktörün yol açtığı, normal yaşamdan sapmalara neden olan farklılık” olarak tanımlanabilir. Stres yoğunluğuna göre bitkiden pozitif ya da negatif etki yaratabilir. Birçok sekonder bileşik, diğer hücrelerin aktivitelerini etkileyen, metabolik aktivitelerini kontrol eden ve tüm bitkinin gelişimini koordine eden sinyal fonksiyonlarına sahiptir. Çiçek renkleri gibi diğer maddeler, mantar miselinin bitki içine yayılmasını engelleyen mantar enfeksiyonlarından sonra spesifik fitoaleksinler üreterek tozlayıcılarla iletişim kurmaya, bitkileri hayvanların veya enfeksiyonların beslenmesine karşı korumaya hizmet etmektedirler.
Sekonder metabolitler farklı şekilde farklı gruplara ayrılabilirler;
Terpenler en büyük sekonder metabolit grubudur. Krizantem türlerinin yapraklarında ve çiçeklerinde ortaya çıkan pretroid adlı terpen eşek arısı, güve, arı, vb. gibi böceklere karşı ticari böcek öldürücülerde popüler bir bileşen olarak yer almaktadır. Absisik Asit esas olarak tohum ve tomurcuk dinlenmesinin başlatılması ve sürdürülmesinde düzenleyici rol oynamaktadır ve membran özelliklerini değiştirerek transkripsiyonel bir aktivatör olarak hareket ederek bitkilerin su stresine tepki vermesinde rol alan bir hormondur ve bu gruptadır. Turuncu, kırmızı, sarı karotenoidler fotosentezde ve fotooksidasyondan fotosentez dokularını korumaktadırlar. Bazı bitkiler ise esansiyel yağlar olarak adlandırılan monoterpenleri ve seskiterpenleri içermektedirler. Nane, limon, fesleğen, adaçayı gibi bitkilerin içerdiği yağlar en güzel örnekleridir. Kanser tedavisinde kullanılan taksol bir terpendir. Çiçeklerden yayılan linalool ve 1,8 cineole monoterpenleri, arıların dahil olduğu tozlayıcılar için cezbedici işlevi görmektedir. 1,8-Cineole, tavşan ve geyik gibi büyük herbivorlara karşı yaprak beslenmesini engelleyici olarak da görev yapmaktadır. Ayrıca bu bileşik bazı angiosperm bitki türlerine rekabet eden bitki türleri için allelopatik etki göstermektedir.
Fenolik maddeler aromatik halkasında bir veya daha fazla hidroksil grubu içeren bileşiklerdir. Bitki fenolikleri havaya maruz kaldığında, kolayca okside olup kahverengiye dönmektedir. Bu bileşikler proteinler ile kompleksler oluşturan ve enzim aktivitesini inhibe eden ürünler üretmektedir. Fenolik bileşikler bitki büyümesinde, gelişiminde, döllenmesinde ve savunmasında önemli rol oynamaktadır. Antioksidan olarak rol oynayan fenolik içeriği zengin bitkiler, kalp hastalığının, iltihabın, kanser hastalığının ve diyabetin önlenmesinin yanı sıra insan hücrelerinde mutasyonun azalması açısından da önemlidir. Flavonoidler; kırmızı, mavi ve pembe bitki pigmentleri, antosiyaninler, sarı antonsaktinlerin genel adıdır. Flavonoidler bitki sisteminde pigmentasyon ve savunma da dahil olmak üzere çok farklı işlevler yerine getirmektedir. Çiçeklerde bulunan diğer iki flavonoid grubu, flavononlar ve flavonoller, hücreyi UV-B radyasyonundan korumaktadırlar. Bunlar yaprakların ve gövdelerin epidermal katmanlarında birikmektedir ve UV-B bölgesinde ışığı güçlü bir şekilde emerek, aynı zamanda UV (B) dalga boylarına izin vermektedirler. Kumarin, 20. yüzyılın ortalarından bu yana birçok ülkede gıda katkı maddesi olarak yasaklanmasına rağmen yapay vanilya yerine kullanılmaktadır. Sabunlarda, kauçuk ürünlerinde ve tütün endüstrisinde ve bazı alkollü içecekler içinde yasal bir tatlandırıcı olarak hala kullanılmaktadır. Genelde baklagillerde bulunan izoflavonoitlerin birkaç farklı işlevi vardır. Bazıları güçlü böcek öldürücü faaliyetlere sahipken, diğerleri memelilerde kısırlığa neden olmaktadır. İzoflavonoitler "fitoaleksinler" adı verilen antimikrobiyal bileşiklerdir. Yüksek konsantrasyonlarda fitoaleksin birikimi, patojenik mikroplara karşı dayanıklılık mekanizmasında büyük öneme sahiptir. Fitoaleksinler genellikle bitkide tespit edilemez. Mikrobiyal saldırının ardından çok hızlı bir şekilde sentezlenir. Oluşumları, enfeksiyon bölgesi etrafındaki lokal bir bölge ile sınırlıdır. Ligninler hücre duvarının oluşumunda çok önemlidir. Ligninin haricinde, savunma özellikleri olan, bir başka bitki fenolik polimeri de tanendir. Tanenler birçok otoburun büyümesini ve hayatta kalmasını önemli ölçüde azaltan genel toksinlerdir. Tanenler ayrıca çok çeşitli hayvanlarda beslenmeyi engelleyici olarak görev görmektedirler. İnsanlarda tanenler, tükürük proteinlerine bağlanmalarından dolayı ağızda tatsız ve kamaştırıcı bir his yaratmaktadır.
Azot içeren sekonder metabolitler alkaloidleri, siyanogenik glikozitleri ve protein olmayan amino asitleri içermektedir. Çoğu yaygın aminoasitlerden biyosentezlenmektedir. Siyanogenik glikozitler genellikle Graminae, Rosaceae, Leguminosesae aile üyelerinde görülmektedir ve N (azot) içeren koruyucu bir grup oluşturarak alkaloidler dışındaki bileşiklerde HCN (hidrojen siyanür) zehirini salgılamaktadır. Kendileri toksik değildirler, ancak bitki hasar gördüğünde HCN ve uçucu H2S gibi uçucu zehirli maddeleri açığa çıkarmak için kolayca parçalanmaktadır ve bunların varlığı böcekler, salyangozlar gibi diğer otçulların beslenmelerini engellemektedir. Bunlardan kinogenik glikozit olan amigdalin badem, kayısı, kiraz ve şeftali tohumlarında yaygın görülür.
Eski insanlar, şifalı bitki özlerini, yılan ısırığı, ateş ve cinnet dâhil olmak üzere birçok hastalığı tedavi etmek ve zehir amacıyla kullanmıştır. M.Ö. 399'da filozof Socrates infazı sırasında, bir alkaloid olan coniine içeren baldıran otu ekstraktını içmiştir. Atropin alkaloidi özellikle tıpta göz bebeğini büyüterek göz hastalıklarının teşhisinde ve acil durumlarda kardiyovasküler hastalıklarda hayat kurtarıcı olarak kullanılmaktadır Bitkiler alkaloidleri savunma amacıyla ya da feromon olarak da kullanılabilirler. Tütünde bulunan nikotin alkaloidi, insanlar tarafından kullanılan ilk insektisitlerden olup halen en etkili olanlardan biri olmaya devam etmektedir.
Sekonder metabolitler, bitkilere besin olmanın yanında, uyarıcı içecek, baharat, lif, ilaç, şifalı bitki özü, zehir ve psikoaktif madde özelliği kazandırır. İnsanlar tarafından binlerce yıldır sekonder metabolitler bilinmektedir ve boya (indigo,shikonin), baharat (vanilin, capsaicin, hardal yağı), koku (gül, lavanta ve diğer uçucu yağlar), uyarıcı (kafein, nikotin, efedrin), halusinojenler (morfin, kokain, scopolamin, tetrahidrocannabinol), insektisit (nikotin, piperin, phyrethrin, rotenone), omurgalılar ve insan zehirleri (coniine, strchnine, acanitine,colchicine, kardiyak glikozitler) ve tedavi edici ilaç (atropin, quinine, cardenolide, kodein) olarak kullanılmıştır. Bugün de, diyabet, kanser ve kardiyovasküler hastalıklara karşı koruyucu olması, antiinflamatuar ve antioksidan etkinlik göstermesi dolayısıyla sağlık açısından önemli olan sekonder bileşiklere olan ilgi her geçen gün artmaktadır.
Kaynaklar:
BİTKİ DOKU KÜLTÜRLERİNDE SEKONDER METABOLİT SENTEZİ GIDA (2014) 39 (5): 299-306 doi: 10.15237/gida.GD13060
BURSA ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ ZİRAAT FAKÜLTESİ DERGİSİ Journal of Agricultural Faculty of Bursa Uludag University e-ISSN 2651-4044 Haziran/2021, 35(1), s. 203-215. Sekonder Metabolitler
Sekonder Metabolitlerin Bitkiler Açısından Önemi - ZİRAAT MÜHENDİSLİĞİ l Ocak-Haziran 2012 l Sayı: 358
UAZİMDER Uluslararası Anadolu Ziraat Mühendisliği Bilimleri Dergisi ISSN: 2667-7571 IJAAES International Journal of Anatolia Agricultural Engineering 2020 - 2(4):39-45 Sekonder Metabolitler ve Rolleri
Karaelmas Fen ve Müh. Derg. 7(2):665-673, 2017 Farklı Bitki Türlerinden Bitki Doku Kültürü Teknikleriyle Flavonoidlerin Üretimi
ACU Sağlık Bil Derg 2020; 11(3):384-390 Bitki Sekonder Metabolitlerinin Sağlık Üzerine Fonksiyonel Etkileri