Первые две недели 7 семестра (4 курс бакалавриата) в рамках преддипломной практики на кафедре студенты проходят “Практикум по вторичному метаболизму” под руководством доц. Д.В. Кочкина (ранее в проведении практикума участвовала с.н.с. Суханова Е.С.).
Растения синтезируют сотни тысяч вторичных метаболитов различной химической структуры. Принято считать, что в структурное разнообразие вторичных метаболитов растений основной вклад вносят соединения трех классов: алкалоиды, изопреноиды и фенольные производные. В интактных растениях каждая отдельная группа вторичных метаболитов, как правило, представлена в виде сложных смесей близких по структуре соединений. Весьма часто, индивидуальные компоненты таких смесей различаются только в «нюансах» своей химической структуры: различные типы изомерии, характер и взаимное расположение заместителей (гидроксилирование, метилирование, метоксилирование, пренилирование и т.д.), образование конъюгатов и их модификация (ацилирование и т.д.). Вследствие сложности качественного состава вторичных метаболитов в растениях их химическое изучение является весьма нетривиальной задачей. Фитохимическое исследование обычно состоит из нескольких этапов:
1. Выбор объекта исследования (различные варианты скрининга – качественные реакции на определенные группы вторичных метаболитов);
2. Подготовка растительного материала, экстракция и очистка полученного экстракта (различные виды хроматографии, твердофазная экстракция, жидкость-жидкостная экстракция и т.д.);
3. Качественный и количественный анализ целевых метаболитов в полученном экстракте (различные виды хроматографии, капиллярный электрофорез и т.д.).
В рамках практикума по вторичному метаболизму студенты знакомятся со всеми основными этапами экспериментального изучения вторичного метаболизма растений. Студенты самостоятельно проводят качественные реакции на основные группы вторичных метаболитов растений: осадочные реакции на алкалоиды, предварительные качественные реакции на тритерпеновые и стероидные гликозиды различной структуры, предварительные качественные реакции на фенольные производные (фенологликозиды и флавоноиды). Для проведения экспериментов студенты используют различные типы экстракции растительного материала (мацерация, экстракция под действием температуры или ультразвука, экстракция в аппарате Сокслета, жидкость-жидкостная и твердофазная экстракция) и знакомятся с их особенностями, преимуществами и недостатками при изучении определенных групп специализированных метаболитов растений. Во время практикума студенты приобретают навыки изучения алкалоидов, изопреноидов и фенольных соединений растений с помощью препаративного выделения, химического и хроматографического исследования индивидуальных компонентов, аналитической хроматографии природных смесей метаболитов в тонком слое силикагеля (с использованием разных методов и подходов для обнаружения соединений на хроматограммах). Кроме того, студенты знакомятся с основными методами количественного анализа алкалоидов и изопреноидов растений (спектрофотометрия, газо-жидкостная хроматография и/или хроматография высокого давления). К особенностям данного практикума стоит отнести использование для проведения экспериментов в качестве растительного сырья не только разных частей/органов (корни, листья, плоды и т.д.) интактных лекарственных растений, но и биомассы различных культур клеток растений – продуцентов вторичных метаболитов.
На практикуме студенты знакомятся с основными методами фитохимии. Начиная с реакций скрининга определенных классов веществ и до разделения конкретных соединений (ТСХ, ГЖХ, ВЭЖХ) и их количественного определения (спектрофотометрия, ВЭЖХ, ГЖХ). Задачи практикума охватывают основные классы вторичных метаболитов: алкалоиды, изопреноиды, фенольные соединения, флавоноиды. Предлагаемые задачи для выполнения:
Алкалоиды
1. Скрининговые реакции
2. Анализ алкалоидов барбариса, чистотела (ТСХ)
3. Выделение и анализ кофеина (возгонка, ТСХ)
Изопреноиды
1. Скрининговые реакции
2. Анализ тритерпеновых гликозидов женьшеня (ТСХ)
3. Анализ стероидных гликозидов диоскореи (СФ, ТСХ)
4. Анализ изопреноидов методом ГЖХ
5. Анализ изопреноидов методом ВЭЖХ (ознакомительное занятие)
Фенольные соединения (фенологликозиды)
1. Скрининговые реакции
2. Анализ фенольных соединений из листьев брусники и коры ивы (ТСХ)
Флавоноиды
1. Скрининговые реакции
2. Анализ флавоноидов черноплодной рябины, шлемника байкальского, календулы (ТСХ)