Chemizmus lišajníkov Košuthová Alica Intracelulární vs. extracelulární látky v lišejníku Dvě základní skupiny sloučenin v lišejníku: ● primární metabolity – intracelulární ● sekundární metabolity – extracelulární 1. Primární metabolity ➔ produkují je všichni zúčastnění partneři! (mykobiont i fotobiont(i)) ➔ zajišťují základní životní děje ➔ proteiny, aminokyseliny, polysacharidy, karotenoidy, vitamíny atd. ➔ v protoplastu, popř. v buněčné stěně ➔ částo rozpustné ve vodě produkty fotosyntézy dodávané fotobiontem mykobiontovi: ➔sinice – glukóza ➔zelené řasy – tzv. polyoly (cukerné alkoholy) – ribitol, erythritol, sorbitol ➔mykobiont je přetvoří tak, že jsou pro fotobionta dále nepoužitelné 2. Sekundární metabolity ➔ produkovány mykobiontem ➔ nezajišťují základní životní děje ➔ většinou na povrchu hyf ➔ nerozpustné ve vodě Interaktívna konferencia mladých vedcov, Zborník Preveda, 2010 Sekundární metabolity: ➔v současnosti známých ca. 1050 sekundárních metabolitů ➔většina látek produkována výhradně v lichenizované stélce; ca. 50-60 látek i jinými organismy - např. antrachinon parietin i v nelichenizovaných houbách (např. Aspergillus, Penicillium) a rostlinách (např. Rheum, Rumex) ➔Culberson 1969: Basidilišejníky neprodukují sekundární metabolity – nedostatek dat, ale ukazuje se, že nějaké sekundární metabolity také produkují ➔u některých lišejníků mohou být sek. metabolity přítomny např. pouze v apothéciu, sorálech, v kůře či naopak dřeni ➔některé druhy lišejníků mohou produkovat až 20 různých látek, u jiných nebyla prokázána produkce žádných sek. metabolit Stélkové reakce: ➔rychlé, jednoduché – na rozdíl od ostatních metod se dají použít v terénu ➔vhodné spíše na předběžné určení – konkrétní látku vhodné dále potvrdit citlivější metodou ➔používá se např. v terénu, kde je nemožné sbírat materiál – stěny kostelů, náhrobky ➔pomáhají detekovat nejen přítomnost studovaných látek (resp. skupin látek), ale i jejich konkrétní umístění ve stélce ➔vhodné také k odlišení blízce si příbuzných druhů lišících se přítomností určité látky parietin přítomný ve stélce (Xanthoria parietina) reaguje s K (K+ red) Mikrokrystalizace: ➔metoda založena na charakteristickém tvaru krystalů lišejníkových látek ➔tato technika vyvinuta Asahinou umožnila rutinní určování jednotlivých sek. metabolitů • extrakce lišejníkové stélky v acetonu • přenesení extraktu na podložní sklíčko • přidání vhodného rozpouštědla • zahřátí (odpaření rozpouštědla) • pozorování krystalů (porovnávání s literaturou) ➔v současnosti spíše opomíjená metoda ➔nahrazena citlivějšími chromatografickými technikami Tenkovrstevná chromatografie (TLC): • extrakce lišejníkové stélky v acetonu (včetně standardů) • nanesení na silikagelovou vrstvu TLC desky (aceton se vypaří) • deska se postaví spodním okrajem do solventu • látky jsou unášeny nahoru společně s rozpouštědlem • po vyjmutí a usušení: namočení vodou (detekce mastných kyselin) • aplikace kys. sírové a zahřátí („vyvolání“ skvrn) • pozorování skvrn (denní světlo, UV) a porovnávání s literaturou ➔barva skvrny na denním světle ➔barva skvrny pod UV zářením ➔poloha skvrny = důležité vlastnosti pro určení sek. metabolit Další metody: • Fluorescence sekundárních metabolitů pod UV zářením ➔používá se dlouhovlnné UV záření (350 nm) ➔celá stélka se umístí pod zdroj UV záření ➔(tato vlastnost sekundárních metabolitů je vyžívána i při TLC, při vizualizaci skvrn pod UV) • Vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC) • Plynová chromatografie (GC) • Polarizované světlo ➔ krystaly a granule v apothéciích některých rodů (např. Lecanora, Perthusaria) ➔ zkoumá se přítomnost/absence krystalů, jejich umístění, velikost, rozpustnost • Kyselina squamatová UV light blue, napr. u Cladonia portentosa, Cladonia straminea (syn. metacorallifera), Cladonia crispata Význam sekundárních metabolitů: ➔ produkce sekundárních metabolitů je energeticky náročná (sek. metabolity až 30% hmotnosti lišejníku) – mají pravděpodobně adaptivní význam ➔ rozdílné názory na význam jednotlivých metabolitů (často i rozporující si názory) ➔ izolované houbové kultury neprodukují sek. metabolity (či jiné než v lichenizované stélce) – mají tedy pravděpodobně význam pro soužití partnerů ➔ ochrana před nadměrným slunečním zářením (především UV složkou, ale i PAR) ➔ ochrana proti herbivorii ➔ pomáhají zvyšovat toleranci vůči kovům (inhibují jejich toxické působení) ➔ allelopatické účinky ➔ antimikrobiální účinky ➔ obrana proti parazitům ➔ hydrofobni látky ve dřeni napomáhají zachovávat optimální podmínky pro fotosyntézu i ve vlhku ➔ upevňování vazby mezi jednotlivými mykobiontem a fotobiontem Sluneční záření: ➔ parietin ➔ atranorin ➔ kyselina usnová ➔ melanic compounds ➔ v otevřených habitatech je výskyt těchto látek pravděpodobně nezbytnou podmínkou (ochrana před nadměrným ozářením) ➔ koncentrace těchto látek se liší v prostoru – v závislosti na expozici slunečnímu záření – osluněné stélky obsahují vyšší množství látek ➔koncentrace těchto látek se liší v čase – sezónní výkyvy – v létě vyšší koncentrace než v zimě ➔ochrana proti UV záření a proti příliš vysokým hodnotám PAR (fotosynteticky aktivní záření) ➔Trebouxia (jeden z nejhojnějších fotobiontů) fotosyntetizuje nejefektivněji při relativně nízkém osvětlení sloučeniny vyskytující se v kůře lišejníku většina lišejníků má pouze jednu z těchto látek Ochrana proti herbivorii: ➔ sek. metabolity umístěné ve dřeni – jsou pod vrstvou s fotobiontem – neslouží tedy jistě jako ochrana proti slunečnímu záření ➔ tyto látky mají pravděpodobně antiherbivorní, abtimikrobiální či antimykotický význam ➔ lišejníky rostou velmi pomalu – musí se tedy dobře chránit před spásači ➔ stélky bez sekundárních metabolitů (přirozeně či po extrakci acetonem) a se sekundárními metabolity nabízeny plžům – ti preferují stélky bez lišejníkových látek ➔ sekundární metabolity mohou být pro spásače přímo toxické anebo pouze hořké Využití ve farmakologii a medicíně: ➔ lišejníky využívány v tradiční čínské medicíně, indiány i v Evropě – nejčastěji zástupci rodu Usnea, dále pukléřka islandská (zápaly plic a záněty průdušek), Peltigera canina užívána v Indii k léčbe onemocnění jater (vysoký obsah aminokyseliny methioninu?) ➔usnová kyselina: spasmolytické, antivirové, antimikrobiální účinky – ve formě masti účinnější na vnější zranění než penicilin ➔prokázány antitumorové účinky některých lišejníkových látek ➔produkce látek, které mírní projevy Alzheimerovy choroby (C. macilenta) „Škodlivé“ účinky sekundárních metabolitů ➔ v severní v Evropě tradičně užívaná Letharia vulpina k trávení lišek a vlků (účinná na všechny masožravce) – toxin kyselina vulpinová – toxická i vůči hmyzu a měkkýšům, ale myši a králíci jsou rezistentní ➔dermatitidy, alergické reakce, podráždění (dřevorubci v S Americe) – mohou způsobovat např. kyselina usnová, evernová, fumarprotocetrarová, stiktová a atranorin ➔atranorin a kys. stiktová mohou způsobovat také fotosenzitivaci kůže ➔v Severní Americe umírají sobi – pokud jsou nuceni opustit svůj obvyklý areál a dostanou se do nižších nadmořských výšek – začnou jíst Xanthoparmelia chlorochroa, kterou jinak nespásají (kyselina salazinová) Sekundární metabolity lišejníků v parfémech ➔Evernia prunastri (oakmoss) a Pseudevernia furfuracea (treemoss) ➔sbírány ve velkém množství v J Evropě – Francie, Itálie, Balkán ➔ročně se vytěží 8000 – 10000 tun stélek ➔extrakt stélky (včetně borky stromu) v organickém rozpouštědle + ethanol ➔vznikne roztok s obsahem esenciálních olejů a derivátu depsidů ➔tento roztok má sladkou „mechovou“ vůni ➔používám k fixaci vůně (aby parfém nevyprchal rychle z pokožky) Barvení pomocí lišejníků a iné využitie: ➔barvení pomocí lišejníků již za antického Řecka (možná i dříve) ➔Roccella montagnei – červené, purpurové barvivo v Mediteránu ➔„fermentace“ lišejníku (Rocella, Parmotrema tinctorum...) s roztokem čpavku – červené barvivo se vyvinulo po ca. 1 týdnu ➔Skotsko – barvení vlny: Harris tweed – různé lišejníky (např. Parmelia omhalodes) ➔dobře se barví vlna, hedvábí (proteiny), hůř bavlna (polysacharidy)