A glükozinolátok olyan szerves vegyületek, amelyek csípős és fanyar ízű zöldségekben, például mustárban , káposztában és tormában találhatók . Szúrós a mustárolaj, amely glükozinolátokból képződik, amikor rágják, aprítják vagy más módon károsítják az ehető növény épségét. Ezek a természetes kémiai vegyületek segítenek a növényeknek védekezni a kártevők és betegségek ellen, és jellegzetes fanyar ízt kölcsönöznek minden keresztes virágú zöldségnek [1] . A fajok kémiai szerkezetükben és tartalmukban eltérőek [2] .
A glükozinátok 3 osztályba sorolhatók: alifás glükozinolátok, indol-glükozinolátok és aromás glükozinolátok [3] .
A glükozinolátok a szerves vegyületek egy természetben előforduló osztálya, amelyek ként és nitrogént tartalmaznak, és a glükóz és az aminosav származékai. Vízben oldódó anionok és a glükozidok közé tartoznak. Mindegyik glükozinolát tartalmaz egy központi szénatomot, amely a tioglükózcsoport kénatomjához, a nitrogénatomon keresztül pedig a szulfátcsoporthoz kapcsolódik (szulfatált aldoximot képezve). Ezenkívül a központi szén az oldalsó csoporthoz kapcsolódik; a különböző glükozinolátoknak más-más oldalcsoportjuk van, és ezeknek a növényi vegyületeknek a biológiai aktivitásának megváltoztatásáért az oldalcsoport variációi felelősek. A glükozinolátok kémiájának lényege abban rejlik, hogy a mirozináz enzim által a tioglükozid kötés hidrolízise során izotiocianáttá („mustárolaj”) alakulnak [4] .
Körülbelül 132 különböző glükozinolátról ismert, hogy a természetben előfordul a növényekben. Bizonyos aminosavakból szintetizálódnak: az úgynevezett alifás glükozinolátok, amelyek főként metioninból származnak, de alaninból, leucinból, izoleucinból vagy valinból is. (A legtöbb glükozinolát valójában ezen aminosavak lánchosszabbított homológjaiból származik, például a glükorafanin a dihomometioninból származik, amely kétszeres lánchosszúságú.) Az aromás glükozinolátok közé tartoznak az indol-glükozinolátok, mint például a triptofánból és más izofenilalaninokból származó glükobrasszicin, annak meghosszabbított láncú homológja homofenilalanin és a tirozinból származó szinalbin [4] .
A növények mirozináz enzimet tartalmaznak, amely víz jelenlétében lehasítja a glükózcsoportot a glükozinolátból [5] . A maradék molekula ezután gyorsan izotiocianáttá, nitrillé vagy tiocianáttá alakul; Ezek olyan hatóanyagok, amelyek a növény védelmét szolgálják. A glükozinolátokat mustárolaj-glikozidoknak is nevezik. A standard reakciótermék az izotiocianát (mustárolaj); a másik két termék főleg speciális növényi fehérjék jelenlétében keletkezik, amelyek megváltoztatják a reakció kimenetelét [6] .
A fent szemléltetett kémiai reakcióban az ábra bal oldalán látható piros íves nyilak a valósághoz képest leegyszerűsödtek, mivel a mirozináz enzim szerepe nem látható. A bemutatott mechanizmus azonban alapvetően az enzim által katalizált reakciónak felel meg.
Ezzel szemben az ábra jobb oldalán lévő, az atomok izotiocianát képződéséhez vezető átrendeződését ábrázoló piros íves nyilakkal illusztrált reakció várhatóan nem enzimatikus. Ezt a fajta átrendeződést nevezhetjük Lossen-átrendeződésnek vagy Lossen- szerű átrendeződésnek, mivel ezt az elnevezést először egy hasonló, szerves izocianáthoz vezető reakcióra használták (RN=C=O).
Magának a növénynek a károsodásának megelőzése érdekében a mirozinázt és a glükozinolátokat a sejt külön sejtjeiben vagy különböző szöveti sejtekben tárolják, és csak vagy főleg fizikai sérülés esetén állnak össze (lásd mirozináz ).
A glükozinolátok másodlagos metabolitokként képződnek a Brassicaceae rendbe tartozó szinte valamennyi növényben . A káposzta rendbe tartozik például a gazdaságilag fontos káposztafélék családja, valamint a kapribogyó és a Caricaceae . A Dripetes [7] és a Putranjiva nemzetséghez tartozó növények , amelyek nem tartoznak a Bushiflora rendbe, a többi glükozinolátot tartalmazó faj egyedüli képviselői. Különféle ehető növényekben találhatók glükozinolátok, mint például a káposzta (fehér káposzta, pekingi, brokkoli), kelbimbó, vízitorma, torma, kapribogyó és retek, amelyek e vegyületek bomlástermékeinek adják jellegzetes ízüket. Ezenkívül glükozinolátok találhatók e növények magjában.
A glükozinolát tartalmú növényeknek az állatok fő táplálékforrásaként történő felhasználása negatív következményekkel járhat, ha a glükozinolát koncentrációja meghaladja az állat számára megengedett értéket. Egyes glükozinolátok nagy dózisairól kimutatták, hogy toxikus hatást fejtenek ki (főleg golyva és pajzsmirigy-ellenes szerként) mindkét emberben és állatokon [8] . Az állati termékek glükozináttartalma jóval alacsonyabb, mint a zöldségekben, ezért emberben az ilyen termékek nem okozhatnak negatív egészségügyi hatásokat [9] . A glükozinolátokkal szembeni tolerancia szintje azonban még ugyanazon a nemzetségen belül is változik (például a kairói tüskés egérben (Acomys cahirinus) és az aranytüskés egérben (Acomys russatus) [10] .
Ízlés és étkezési viselkedésMás glükozinolátokkal együtt a sinigrin keserű ízt kölcsönöz a főtt karfiolnak és a kelbimbónak [1] [11] . A glükozinolátok megváltoztathatják az állatok táplálkozási viselkedését [12] .
KutatásA glükozinolátokból képződő izotiocianátokat laboratóriumban tanulmányozzák a xenobiotikumokat kémiailag megváltoztató enzimek , például a rákkeltő anyagok expressziójának és aktiválásának felmérésére [13] . Áttekintő tanulmányokat végeztek annak megállapítására, hogy a keresztes virágú zöldségek fogyasztása befolyásolja-e a rák kockázatát az emberben. Egy 2017-es elemzés szerint nincs elegendő klinikai bizonyíték arra vonatkozóan, hogy a keresztes virágú zöldségekben található izotiocianátok fogyasztása jótékony hatással lenne az egészségre [13] .
A glükozinolátok és származékaik riasztó és mérgező hatásúak különböző rovarokra. Annak érdekében, hogy ezt az elvet szántóföldi növényekkel összefüggésben alkalmazzák, glükozinolát alapú termékeket fejlesztettek ki, amelyek takarmányellenes szerekként , azaz természetes peszticidként használhatók [14] .
Ezzel szemben egy olyan keresztes virágú kártevő, mint a káposztalepke, képes felismerni a glükozinolátok jelenlétét, és felhasználni őket a szükséges növény megtalálására [15] . Vannak bizonyos rovarfajták, amelyek csak a glükozinolát tartalmú növényekre specializálódtak, ezek közé tartozik a fehérlepke káposzta, fehérrépa és hajnali, egyes levéltetvek , déli kanálmolyok, valódi fűrészlegyek és földi bolhák . Például a káposztalepke glükozinolátokat tartalmazó növényekre rakja tojásait, és a lárvák még ezeknek a vegyületeknek a magas koncentrációja mellett is képesek életben maradni, növényi tömeggel táplálkozva. A fehérek és a hajnalok úgynevezett nitrilspecifikátorral rendelkeznek, amely a glükozinolátok hidrolízisét nitrillé redukálja, nem pedig reaktív izotiocianátokká [16] . Ugyanakkor a káposztalepke arzenáljában egy teljesen más fehérje található, a glükozinolát-szulfatáz, amely deszulfatálja a glükozinolátokat, és megakadályozza, hogy a mirozináz hatására mérgező termékekké bomljanak [17] .
Más rovarfajok (speciális fűrészlegyek és levéltetvek) izolálják a glükozinolátumokat [18] . Speciális levéltetvekben, de nem a fűrészlegyekben, egy speciális állati mirozináz enzimet találtak az izomszövetben , ami az izolált glükozinolátok lebomlásához vezetett a levéltetvek szöveteinek pusztulása során [19] . Ugyanazon növényi vegyületre vonatkozó biokémiai oldatok sokféle választéka kulcsszerepet játszik a növények és rovarok közötti kapcsolat alakulásában [20] .