व्याख्यान 31 (Lecture 31)

माध्यमिक मेटाबोलाइट्स - फेनोलिक्स की घटना, वर्गीकरण और कार्य (SECONDARY METABOLITES - OCCURRENCE, CLASSIFICATION AND FUNCTIONS OF PHENOLICS)

माध्यमिक मेटाबोलाइट्स (Secondary metabolites)

• पौधों द्वारा उत्पादित कार्बनिक यौगिक (Organic compounds) जिनकी वृद्धि और विकास (growth and development) में कोई प्रत्यक्ष भूमिका (direct role) नहीं होती है, द्वितीयक मेटाबोलाइट्स (secondary metabolites) कहलाते हैं।
• पौधों द्वारा उत्पादित लगभग 100,000 द्वितीयक यौगिक (secondary compounds) हैं और 15000 से अधिक एल्कलॉइड (alkaloids), 30000 टेरपेन (terpenes), कई हजार फेनिल प्रोपेनोइड (phenyl propanoids), 1000 फ्लेवोनियोड्स (flavoniods), 500 क्विनोन (quinones), 700 पॉलीएसिटिलीन (polyacetylenes) और 800 गैर-प्रोटीन अमीनो एसिड (non-protein amino acids) की संरचनाओं (structures) को पहले ही चित्रित (characterised) किया जा चुका है।
• पौधों द्वारा उत्पादित इन द्वितीयक यौगिकों (secondary compounds) को पाँच प्रमुख समूहों में बाँटा गया है:

1. फेनोलिक्स (Phenolics)
2. टेरपेनोइड्स (Terpenoids)
3. एल्कलॉइड (Alkaloids)
4. विशेष नाइट्रोजन मेटाबोलाइट्स (Special nitrogen metabolites)
5. क्यूटिकुलर यौगिक (Cuticular compounds)

फेनोलिक्स (Phenolics)

• फेनोलिक्स (Phenolics) यौगिकों का एक समूह है जो कम से कम एक सुगंधित वलय (aromatic ring) की विशेषता है जिसमें एक या अधिक हाइड्रॉक्सिल समूह (hydroxyl groups) होते हैं।
• आज तक ज्ञात हजारों फेनोलिक्स (phenolics) में से अधिकांश पौधे की उत्पत्ति (plant origin) के हैं।
• ये फेनोलिक यौगिक (phenolic compounds) शिकिमेट मार्ग (shikimate pathway) के माध्यम से बायोसिंथेसाइज्ड (biosynthesised) होते हैं।

शिकिमेट मार्ग (Shikimate pathway)

• शिकिमेट मार्ग (Shikimate pathway) पौधों में एक महत्वपूर्ण मार्ग है जिसके माध्यम से कई द्वितीयक पादप उत्पाद (secondary plant products) संश्लेषित (synthesised) होते हैं।
• प्रमुख शुरुआती सामग्री (key starting materials) क्रमशः ग्लाइकोलाइसिस (glycolysis) और पेंटोज़ फॉस्फेट मार्ग (pentose phosphate pathways) से प्राप्त फॉस्फोएनोलपाइरूवेट (phosphoenolpyruvate - PEP) और एरिथ्रोज 4P (erythrose 4P) हैं।
• ये दो यौगिक (compounds) एक कार्बन (COOH) साइड चेन (side chain) के साथ छह कार्बन चक्रीय यौगिक (six carbon cyclic compound) का उत्पादन करने के लिए संघनित (condense) होते हैं, अर्थात् शिकिमेट (shikimate)।
• फिर शिकिमेट (shikimate) को फॉस्फोरिलेटेड (phosphorylated) किया जाता है और एक तीन कार्बन और एक कार्बन साइड चेन (one carbon side chains) युक्त एक चक्रीय यौगिक (cyclic compound) बनाने के लिए PEP के एक अन्य अणु के साथ संघनित किया जाता है।
• यह अंततः सुगंधित अमीनो एसिड (aromatic amino acids) फेनिलएलनिन (phenylalanine) और टायरोसिन (tyrosine) में परिवर्तित हो जाता है।
• इन अमीनो एसिड को सिनामिक एसिड डेरिवेटिव (cinnamic acid derivatives) बनाने के लिए सुगंधित वलय (aromatic ring) में विभिन्न कार्बन परमाणुओं पर हाइड्रॉक्सिलेशन (hydroxylation) के बाद डीमिनेटेड (deaminated) किया जाता है।
• इन सिनामिक एसिड डेरिवेटिव (cinnamic acid derivatives) का उपयोग विभिन्न फेनोलिक यौगिकों (phenolic compounds) के संश्लेषण (synthesis) के लिए किया जाता है।

फेनोलिक्स के कार्य (Functions of phenolics)

• कोशिका भित्ति घटकों (cell wall components) के रूप में फेनोलिक्स (Phenolics) का बहुत महत्व है।
• वे कोशिका भित्ति संरचनाओं (cell wall structures) जैसे कि लिग्निन (lignins), क्यूटिन (cutins) और सुबेरिन (suberins) का हिस्सा बनते हैं, जो यांत्रिक समर्थन (mechanical support) प्रदान करते हैं और माइक्रोबियल हमले (microbial attack) के खिलाफ बाधाओं (barriers) के रूप में कार्य करते हैं।
• फ्लेवोनोइड्स (flavonoids) और एंथोसायनिन (anthocyanins) फूल और फलों के रंगों (flower and fruit colours) में योगदान करते हैं। परागण (pollination) और बीज फैलाव (seed dispersal) के लिए कीड़ों (insects) और जानवरों को पौधे की ओर आकर्षित करने के लिए यह महत्वपूर्ण है।
• फेनोलिक्स शिकारियों (predators) से रक्षा करके पौधों में रक्षात्मक भूमिका (defensive role) भी निभाते हैं।
• सरल फेनोलिक एसिड (Simple phenolic acids), पौधे की सतह पर टैनिन (tannins) और फेनोलिक रेजिन (phenolic resins) जैसे पॉलीफेनोलिक्स (polyphenolics) प्रभावी खिला निवारक (effective feeding deterrents) हैं।
• माइक्रोबियल हमले के परिणामस्वरूप फाइटोएलेक्सिन (phytoalexins) नामक संक्रमण के बाद कम आणविक यौगिकों (post-infectional low molecular compounds) के रूप में फेनोलिक्स जमा (accumulated) होते हैं।
• फेनोलिक फाइटोएलेक्सिन (phenolic phytoalexins) के बीच, हाइड्रॉक्सीकौमारिन (hydroxycoumarins) और हाइड्रॉक्सीसिनामेट संयुग्म (hydroxycinnamate conjugates) पौधों में रोग प्रतिरोध तंत्र (disease resistance mechanism) में योगदान करते हैं।
• फेनोलिक यौगिक भी एलीललोपैथिक प्रभाव (allelopathic effect) पैदा करते हैं। जुगलंस प्रजाति (Juglans species) से एक प्रसिद्ध यौगिक जुग्लोन (juglone) है जो पौधों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए अत्यधिक विषैला (highly toxic) है। यह पौधे में एक गैर विषैले ग्लूकोसाइड (non-toxic glucoside) के रूप में होता है और पत्तियों से मिट्टी में निक्षालन (leaching) के बाद डीग्लूकोसिलेशन (deglucosylation) और ऑक्सीकरण (oxidation) द्वारा सक्रिय किया जाता है।
• फेनोलिक्स (Phenolics) नाइट्रोजन फिक्सिंग बैक्टीरिया (nitrogen fixing bacteria) और फलीदार पौधों (leguminous plants) के बीच बातचीत में सिग्नल अणुओं (signal molecules) के रूप में भी कार्य करते हैं।
• ये पौधे फ्लेवोनोइड्स (flavonoids) का स्राव (exude) करते हैं जो राइजोबिया (Rhizobia) में नोड्यूलेशन जीन ट्रांसक्रिप्शन (nodulation gene transcription) के प्रेरक (inducers) के रूप में चुनिंदा रूप से कार्य करते हैं।
• सैलिसिलिक एसिड (Salicylic acid) को एक संकेत अणु (signal molecule) के रूप में दृढ़ता से फंसाया जाता है जो कई प्रकार के रोगजनकों (pathogens) के खिलाफ कई पौधों की प्रजातियों में सक्रिय रक्षा प्रतिक्रियाओं (active defense responses) को प्रेरित करता है।
• हाल ही में, यह दिखाया गया है कि फेनोलिक यौगिक प्रभावी एंटीऑक्सिडेंट (effective antioxidants) के रूप में कार्य करते हैं।
• पॉलीफेनोलिक्स (Polyphenolics) खाद्य पदार्थों, वाइन और हर्बल चाय में उनके कसैले स्वाद (astringent taste) के कारण महत्वपूर्ण हैं।
• पॉलीफेनोलिक्स से भरपूर पौधों (Plants rich in polyphenolics) का उपयोग चमड़ा उद्योगों (leather industries) में टैनिंग एजेंटों (tanning agents) के रूप में किया जाता था।
• फलों के फेनोलिक वर्णक (Phenolic pigments - एंथोसायनिन, फ्लेवोन आदि - anthocyanins, flavones etc) फलों के रस, वाइन और जैम में होने वाले सबसे व्यापक खाद्य रंग (widespread food colours) हैं।
• सुरक्षित और प्रभावी खाद्य योजक (safe and effective food additives) के रूप में खाद्य उद्योग (food industry) में एंथोसायनिन (Anthocyanins) की काफी क्षमता (considerable potential) है।