SEKONDER METABOLİTLERİN EVRİMİ

... konulu sunumlar: "SEKONDER METABOLİTLERİN EVRİMİ"— Sunum transkripti:

1 SEKONDER METABOLİTLERİN EVRİMİ
370’den fazla yapısı bilinen pirolizidin alkaloidleri (PA), muskarinik ve serotoninerjik nöroreseptörleri etkiler. Omurgalıların karaciğerinde pirolizidin alkaloidleri toksik pirolik türevlerine dönüştürülür. Bu bileşikler, pirolizidin alkaloidlerin uzun dönem toksisitesinden sorumlu olan ve proteinler ve DNA’ya bağlanarak mutasyonlara ve hatta kansere neden olabilen alkilleyici bileşiklerdir.

2 Asteraceae (Eupatorieae, Senecioneae tribusları), Boraginaceae, Fabaceae (çoğunlukla Crotalaria cinsleri) ve Orchidaceae’de kimyasal savunma bileşikleri olarak üretilir.

3 Pirolizidin alkaloidleri üreten familyalar, tüm bitki âlemi boyunca dağılmıştır ve görünüşe göre alakasızdır. Bu durum, alakasız bitki familyalarındaki oluşumlarının konvergent bir özellik olabileceğini ve bu yüzden, familya düzeyinde taksonomik bir marker olarak kullanışlı olamayacağını göstermektedir. Pirolizidin alkaloidleri üreten familyalar içinde bile, Pirolizidin alkaloidleri bütün üye taksonlarda bulunmak zorunda değildir. Her ne kadar bu üyeler ortak atayı paylaşabilirlerse de, karakter muhetemelen ya evrimleşmemiş ya da biyosentetik prosesler bu durumlarda kapatılmıştır. O durumda, genellikle, Pirolizidin alkaloidleri yerine diğer savunma kimyasalları bulunmaktadır.

4 Bitki kaynaklı Pirolizidin alkaloidleri, genellikle yenmezliklerini renk düzenlemesi ve/veya pirazinlerle ilan eden, çeşitli özelleşmiş böceklerde de tespit edilmiştir. Mitokondriyal 16S ribozomal ribonükleik asit (rRNA) dizileri kullanarak, böceklerdeki Pirolizidin alkaloidleri sekestrasyonunun aynı zamanda, böceklerin her takımında bağımsız olarak evrimleşmiş yakınsak bir özellik de olduğu son zamanlarda gösterilmiştir. Lepidoptera içinde bile, Pirolizidin alkaloidleri sekestrasyonu Nymphalidae ve Arctiidae’de bağımsız olarak evrimleşmiştir. Böylece, hem bitkilerde hem de herbivor böceklerde benzer bir temayla karşılaşırız.

5 Kardiyak glikozidler (KG),
Na+, K+-ATPaz’ı inhibe eder ve böylece sinirsel aktivite, ikincil aktif transport ve kas kasılması dâhil, çoğu hücresel fonksiyonlar için gerekli olan iyon değişim derecelerini yok eder. Kardiyak glikozidler, çoğu ilgisiz bitki familyalarındaki sınırlı sayıda cinste üretilir:

6 Plantaginaceae/Scrophulariaceae (Kardenolidler)

7 Convallariaceae (Kardenolidler)

8 Apocynaceae(Kardenolidler)

9 Ranunculaceae (Kardenolidler)

10 Celastraceae(Kardenolidler)

11 Brassicaceae(Kardenolidler)

12 Hyacynthaceae(Kardenolidler)

13 Fabaceae (Kardenolidler)

14 Moraceae (Kardenolidler)

15 Tiliacae(Kardenolidler)

16 Hyacynthaceae (Bufadienolidler)

17 Crassulaceae (Bufadienolidler)

18 Iridaceae (Bufadienolidler)

19 Melianthaceae (Bufadienolidler)

20 Santalaceae (Bufadienolidler)

21 Hatta bazı hayvanlar, karakurbağaları ve kınkanatlı böcekler gibi, kendi Kardiyak Glikozit’lerini üretebilirler.

22 Çoğu Kardiyak Glikozit üreten bitki familyaları filogenetik yakınlık göstermez.
Çeşitli durumlarda bağımsız olarak evrimleştikleri görüldüğünden dolayı, kardiyak glikozidleri familya düzeyinde iyi bir filogenetik marker değildirler.

23

24 Pirolizidin alkaloidleri ile ilgili bahsedilen duruma benzer bir durum Kardiyak Glikozitlerle de gerçekleşmektedir. Bir takım özelleşmiş böcek, bitkiden sağlanan Kardiyak Glikozitleri alabilir ve depolayabilir. Kardiyak Glikozitleri alıkoyan böcekler, genellikle, kuşlar gibi yırtıcılardan korunurlar. 16S rRNA dizilerini kullanarak, Lepidoptera’da Kardiyak Glikozit alıkonmasının Nymphalidae ve Arctiidae’de bağımsız olarak evrimleştiği gösterilmiştir, ki bu durum bitkilerdeki duruma benzemektedir.

25 Glukozinatlar Bitki hücrelerinin vakuolünde depolanan glikozitlerdir.
Yaralanma veya enfeksiyon durumunda, hücresel kompartmanlaşma çöker ki bu durum, glukozilatları ve uygun glukosidazları bir araya getirir. Sonuç olarak, antimikrobiyal ve herbivor caydırıcı aktiviteler gösteren hardal yağları serbest bırakılır.

26 Glukozinolatlar, Brassicaceae, Capparaceae, Resedaceae, Moringaceae, Tovariaceae, Limnanthaceae ve Caricaceae üyeleri tarafından üretilir. Bu bitki familyaları ki bazıları geleneksel olarak Brassicales’e (eski Capparidales) gruplandırılır, filogenetik açısından ilişkilidir ve monofiletik bir klad oluşturur.

27 Klasik sistematikte Capparidales’te yerleştirilmemiş olan Caricaceae, Gyrostemonaceae ve Salvadoraceae, hem moleküler hem de fitokimyasal nedenlere dayalı olarak bu grupla birleşmiştir. Bu yüzden glukozinolat üretiminin, bir zamanlar bu grubun bir atasında evrimleştiği ve üyelerinin çoğu tarafından güçlü bir savunma stratejisi olarak sürdürüldüğü muhtemeldir. Eğer, glukozinolatların, aynı zamanda Capparidales’le ilişkisiz olan, Euphorbiaceae üyeleri tarafından da üretildiği gerçeği olmasaydı, taksonomi için sekonder moleküllerin yararlığının iyi bir örneği olabilirdi. Bu durum sekonder metabolitlerin pek çok grubunda görülen bir ikilem olmuştur.

28 Bu grup bileşiklerin çoğunun, daha yüksek hiyerarşik düzeyde taksonomik bir marker olarak çok sınırlı bir değeri olduğu açıktır. İlgisiz familyalarda pirolizidin alkaloidleri ve Kardiyak Glikozitlerin bulunuşu için en olası açıklama yakınsak evrimdir. Bu metabolitlerin, (mikroorganizmalara ve/veya herbivorlara karşı savunma kimyasalları olarak) onları üreten taksonlar için güçlü bir seçici avantaj sağladığının ortaya çıkması ve herbivorlarda önemli temel moleküler hedefleri etkilemeleri nedeniyle, rastgele evrimleşmiş ve biyolojik aktivitelerinden dolayı seçilmiş olabilirler.

29 rbcL, diğer cpDNA dizileri ve çekirdeksel ITS dizileri tarafından sağlanan filogenetik ağaç, bitki âlemi içinde daha düşük bir taksonomik ölçekte, özellikle Fabaceae, Solanaceae ve Lamiaceae içinde, çeşitli sekonder metabolitlerin dağılımını tartışmak için kullanılmıştır.

30 Kinolizidin alkaloidleri (KA)
Fabaceae’nin filogenetik açıdan ilişkili bazı tribuslarındaki tipik sekonder metabolitlerdir, fakat diğer alakasız taksonlarda da bulunmuşlardır.

31 Örn. Chenopodiaceae, Berberidaceae, Ranunculaceae, Scrophulariaceae ve Solanaceae familyaları.

32 Kinolizidin alkaloidlerinin izleri, bitkiler ve hatta daha fazla taksonun hücre kültürlerinde tespit edilebilmiştir. Bu nedenle, bu alkaloidlere yol açan temel yolakları kodlayan genlerin evrim sırasında erken evrimleşmiş olması gerektiği, bu genlerin şuan mevcut olduğu, fakat çoğu durumda kapatıldığı veya inaktive edildiği ve kimyasal savunma maddeleri olarak alkaloidleri kullanan bitkilerde tekrar açıldığı farzedilmektedir.

33 Bu hipotez, pirolizidin alkaloidleri, Kardiyak Glikozitler, glukozinolat veya Kinolizidin alkaloidlerinin biyosentezini kodlayan genler izole edilir edilmez test edilebilir. Bununla birlikte, tüm bileşik grupları için tek bir evrimsel senaryonun bulunmayacağı, ancak yakınsak ve filogenetik olarak (erken bir atadan miras kalan) korunmuş özelliklerin her ikisininde görüleceği tahmin edilmektedir. Sekonder Metabolitlerin biyosentezindeki anahtar enzimler için bazı genler tanımlanmış ve dizi analizi yapılmıştır. Bu, bitkiler âlemi boyunca bu genlerin oluşumunu ve fiili Sekonder Metabolit üretimi ve varlığı arasıda bir ilişkiyi araştırmaya olanak sağlar