ბუნებრივ ნაერთთა ქიმია

ცოცხალი მატერიის შესწავლა მეცნიერების მრავალი დარგის ერთ-ერთი საინტერესო პრობლემათაგანია. უკანასკნელ წლებში კი უდიდესი მიღწევებია მოპოვებული ამ პრობლემის მოლეკულურ დონეზე კვლევისათვის, რაშიც უდავოა ქიმიის მეცნიერების
როლი.
ცილის ბიოსინთეზი, მემკვიდრული ნიშნების გადაცემა, დაავადებათა მოლეკულური საფუძვლები, ცილებისა და ნუკლეინის მჟავების აგებულების დაგენა, ცოცხალ სისტემებში ენერგიის გადაცემა, ფერმენტების აღნაგობისა და მოქმედების მექანიზმების შესწავლა, აქტიურ ნივთიერებათა ტრანსპორტირება ორგანიზმებში, ლიპოპროტეიდული მემბრანების სტრუქტურისა და ფუნქციის დადგენა,
ფოტოსინთეზი – ეს ის საკითხებია, რომლებიც ბიოლოგიურ და სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებთან ერთად, ბუნებრივ ნაერთთა ქიმიის კვლევის ობიექტებს წარმოადგენენ. ბუნებრივ ნაერთთა ქიმია ორგანული ქიმიის ნაწილია, რომელიც შეისწავლის ცოცხალ ორგანიზმებში შემავალ ქიმიურ ნაერთებს, მათი გარდაქმნის ბუნებრივ გზებს და ხელოვნურად მიღების მეთოდებს.
კლასიკური ორგანული ქიმია შეისწავლის ნახშირწყალბადებსა და მათ ნაწარმებს. ბუნებრივი ორგანული ნაერთები გამოირჩევიან მოლეკულათა აღნაგობის დიდი მრავალფეროვნებით , უმეტესი მათგანი შეიცავს რამდენიმე ფუნქციონალურ ჯგუფს და აქვთ რთული აგებულების ნახშირბადოვანი ჯაჭვი. ამიტომ ბუნებრივ ნაერთთა ქიმიას განსაზღვრავენ როგორც პოლიფუნქციური ნაერთების ქიმიას.
ცოცხალ ორგანიზმში მიმდინარე რეაქციებში ერთდროულად მონაწილეობს რამდენიმე სარეაქციო ცენტრი და ერთ სტადიაში შეიძლება წარმოიქმნას ან გაწყდეს რამდენიმე ქიმიური ბმა. ასევე ბიოსინთეზის რეაქციები, ლაბორატორიული ან საწარმოო ორგანული სინთეზისაგან განსხვავებით გამოირჩევიან მაღალი სელექტიურობით (თითქმის 100%), განსაკუთრების ენანთიოსელექტიურობით.
ცოცხალ ორგანიზმებში მიმდინარე მრავალრიცხოვან ქიმიურ რეაქციათა ერთობლიობას ეწოდება ნივთიერებათა მიმოცვლა ანუ მეტაბოლიზმი. მეტაბოლიზმი მოიცავს ორ მიმართულებას – კატაბოლიზმი და ანაბოლიზმი.

ორგანიზმში საკვებიდან მოხვედრილი ნივთიერებების დაშლის პროცესი შეადგენ კატაბოლიზმს. როგორც წესი ამ პროცესებს თან ახლავს ორგანულ ნივთიერებათა დაშლა და მიმდინარეობს ენერგიის გამოყოფით.
ანაბოლიზმი წარმოადგენს შედარებით მარტივი ნივთიერებებიდან რთული მოლეკულების სინთეზს, რის შედეგად წარმოიქმნება და განახლდება უჯრედის სტრუქტურული ელემენტები. ამ რეაქციების დროს ენერგია იხარჯება.
ტერმინი „ბიოსინთეზი „ ეწოდება ქიმიურ რეაქციებს , რომლებიც მინდინარეობს in Vivo (ცოცხალ ორგანიზმში ) რომელიმე კონკრეტული ნაერთის წარმოქმნისას. ამრიგად ანაბოლიზმი შეიძლება განვსაზღვროთ როგორც ცოცხალ ორგანიზმში მიმდინარე
ბიოსინთეზური პროცესების ერთობლიობა.
მეტაბოლური პროცესები მიმდინარეობს ფერმენტების მონაწილეობით, ისინი სპეციფიკურ ცილებს წარმოადგენენ, რომლებიც ორგანიზმის უჯრედებში შედიან და ბიოქიმიური პროცესების კატალიზატორებს წარმოადგენენ(ბიოკატალიზატორები). მეტაბოლიზმის შედეგად წარმოქმნილ ნივთიერებებს მეტაბოლიტები ეწოდებათ. მეტაბოლიტების გვერდით ცნობილია ანტიმეტაბოლიტები, რომლებიც ბუნებრივი მეტაბოლიტების ანტაგონისტებს წარმოადგენენ. მათ მიეკუთვნებიან ბუნებრივი ან სინთეზური ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებები, რომლებიც სტრუქტურულად მეტაბოლიტების მსგავსია და ბიოქიმიურ პროცესებში მათ კონკურენციას უწევენ.
ანტიმეტაბოლიტებს, სტრუქტურული მსგავსების გამო, შეუძლიათ შევიდნენ ბიოქიმიურ რეაქვიებში მეტაბოლიტების ნაცვლად, რის შედეგადაც პროცესი დამთავრდება სხვა შედეგით , ვიდრე მატაბოლიტების შემთხვევაში.
ცოცხალ ორგანიზმში მიმდინარე რეაქციების ერთობლიობას ეწოდება ძირითადი მეტაბოლიზმი და მას შეისწავლის ბიოქიმია. ორგანიზმში სინთეზირდებიან სტრუქტურული და ენერგიის შემნახველი ნივთიერებები – პირველადი მეტაბოლიტები(შაქრები, ამინომჟავები, ცხიმები, ნუკლეინის მჟავები). მათი ნაწილი შემდგომში არ იშლება, არამედ გამოიყენება სრულიად განსხვავებული ქიმიური სტრუქტურის ნაერთების ბიოსინთეზისათვის. ისინი მეორადი მეტაბოლიტებია და ასრულებენ მრავალფეროვან ფუნქციას ორგანიზმში.

ბიოორგანული ქიმია შეისწავლის როგორც პირველადი, ისე მეორადი მეტაბოლიტების ფუნქციონირებას. ბუნებრივ ნაერთთა ქიმია შეისწავლის მეორადი მეტაბოლიტების აღნაგობას და სინთეზის გზებს და შეიძლება დახასიათდეს როგორც მეცნიერება მეორადი მეტაბოლიტების შესახებ. ექსპერიმენტული სამუშაო ბუნებრივი ნაერთების კვლევის დროს იწყება საკვლევი ობიექტის ბიოლოგიური სახეობის განსაზღვრით, წინასწარ უნდა დადგინდეს განვითარები ს რომელ ფაზაში უნდა შეგროვდეს მასალა და რომელი ნაწილები (
მაგ.მცენარის).

მეორე ეტაპი – ინდივიდუალური ნივთიერებების ან განსაზღვრული ნარევების გამოყოფა, ექსტრაქცია უნივერსალური გამხსნელით ან გამხსნელთა სისტემით და შემდგომი ქრომატოგრაფირება.
მესამე ეტაპი – გამოყოფილი ინდივიდუალური ნაერთის იდენტიფიკაცია ( ფიზიკურ–ქიმიური კონსტანტების განსაზღვრა, სპექტროსკოპიული ანალიზი). შემდეგ ეტაპებზე ხდება ორგანიზმში მოცემული ნაერთის მეტაბოლური სინთეზის გზისა და ფუნქციის განსაზღვრა.
ბუნებრივ ნაერთთა ქიმიია ფაქტიურად მოლეკულური ბიოლოგიის ნაწილი გახდა. ბუნებრივი წარმოშობის ნაერთთა (უპირატესად ალკალოიდების, გლიკოზიდების, ტერპენოიდების, ანტიბიოტიკების და სხვა) აღნაგობისა და სინთეზის შესწავლიდან, იგი გადავიდა ცოცხალი მატერიის ძირითადი კომპონენტების – ცილების, ფერმენტების, ნუკლეინის მჟავების, ლიპიდების, ნახშირწყლების და სხ. აღნაგობისა და ბიოგენეზის შესწავლაზე.

ბუნებრივ ნაერთთა ქიმიის განვითარება საქართველოში დაკავშირებულია გამოჩენილი მეცნიერების პეტრე მელიქიშვილისა და ნინო ციციშვილის სახელებთან. პირველ ეტაპზე სამუშაოები დაწყებულ იქნა საქართველოს სოფლის მეურნეობის აღმავლობისათვის მეცნიერულ საფუძვლებზე. მიმდინარეოდა ს/მეურნეობის პროდუქტების ქიმიურად შესწავლა. ნ.ციციშვილის მიერ გამოქვეყნებული შრომა ეხება ყველში ამონიაკის განსაზღვრის ორიგინალურ მეთოდს. შემდგომში იწყება ინტენსიური კვლევები კახური ღვინოების ქიმიური შესწავლისათვის. გამოკვლეულია კახური ღვინის ნიმუშები. ღვინის ხარისხზე ჰავის, ნიადაგის, ვაზის ჯიშის, აგროტექნიკური პირობების – ვაზის მოვლის, ღვინის დაყენების წესის და სხვათა გავლენა. შესწავლილია ღვინოების მჟავიანობა, ექსტრაქტის პროცენტული რაოდენობა, ტანინების რაოდენობა, ღვინოების ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები. კახური ღვინოები
მდიდარია ტანინით. ჩატარებულია კაკლისა და თხილის ზეთიანობის გამოკვლევები. აღმოსავლეთ საქართველოს კაკლის ზეთიანობა 8%-ით მაღალია სხვა ქვეყნების, მაგ. გერმანიისა და საფრანგეთის კაკალთან შედარებით.
პ.მელიქიშვილის ხელმძღვანელობით და კათედრის წევრების- ნ.ციციშვილის, მ.ბაქაიას, თ.ბებურიშვილის, მ.შალამბერიძის მონაწილეობით ხდებოდა ჩაის, ციტრუსების, ვაზის, თამბაქოს, ეთერზეთოვანი კულტურების, შემდგომში სიმინდის, ლობიოს, სოიოს, ღომის, ყველის, არაქისის ქიმიური შემოწმება და შესწავლა. მიმდინარეობდა მადნების ქიმიური გამოკვლევა – ჭიათურის შავი ქვის, ჩათახის თუჯის, რკინის მადნის, არქეოლოგიური ლითონური ნამარხების ქიმიური ქიმიურ ბუნებას. ნატახტარის წყლისა და თბილისის გოგირდოვანი წყლების ქიმიური შედგენილობის შესწავლას.
საქართველო განთქმულია მეხილეობით, სადაც მრავალფეროვანი ხილის სახეობები გვხვდება, რომლებიც მდიდარია ვიტამინებით და სხვა სასარგებლო ნივთიერებებით. საკვლეო სამუშაოები მათი შესწავლის მიმართულებითაც გაიშალა. გამოკვლეულ იქნა საქართველოს ფლორის ვიტამინური შემცველობა – ხილ-კენკროვან ნაყოფებში ვიტამინების შემცველობის შესწავლისას აღმოჩნდა, რომ ბალში, ცირცელში, თეთრ და წითელ მოცხარში P ვიტამინი სჭარბობს C-ს, ხოლო ქლიავს საშუალო ადგილი უჭირავს. E ვიტამინი მცირე რაოდენობითაა ასკილსა და ბაღის ცირცელში. შესწავლილ იქნა აჭარის სუბტროპიკული მეურნეობების ციტრუსოვანთა ქიმიური
შედგენილობა – პირველ რიგში ნაყოფებში C ვიტამინის დაგროვების დინამიკა; მოსავალზე და ვიტამინურობაზე მოყვანის ადგილმდებარეობის, ჯიშის, კლიმატის, აგროტექნიკური პირობების, მოსავლის მოვლა-შენახვის, წყლის ხასიათისა და სხვათა
გავლენა.
სამხრეთით და ვაკეზე მოწეული მანდარინის ნაყოფი განირჩევა მეტი შაქრიანობით(გლუკოზის დაგროვებით), რაც აპირობებს C ვიტამინის მატებას და იგი ახსნილია მზის სხივების უხვი ენერგიის გავლენით.
ქიმიური შედგენილობით აქ მოწეული ფორთოხალი უახლოვდება იაფის (იერუსალიმის) ფორთოხალს, თუმცა გამოირჩევა ლიმონმჟავას მეტი შემცველობით, ასევე ლიმონიც შეიცავს ლიმონმჟავას მნიშვნელოვან რაოდენობას. ციტრუსოვანთა ნაყოფში ვიტამინი
C ქერქში უფრო მეტია, ვიდრე გულში.
გრეიფრუტი გამოირჩევა სხვადასხვა მნიშვნელოვანი ვიტამინების შემცველობით, რომლებიც დადებით გავლენას ახდენს ნივთიერებათა ცვლაზე, აქვს მალარიის საწინააღმდეგო მოქმედება, ძვლოვანი სისტემის გამაგრების უნარი, მისი კანი გამოიყენება ეთეროვანი ზეთების მისაღებად.
ნ.ციციშვილის მიერ შესწავლილია ნახევრდ პარაზიტული მცენარე ფითრი (Wiscum album L) (იგი ხის წვენით საზრდოობს). მის ნაყოფს ფრინველები ეტანებიან, ძალზე მდიდარია C ვიტამინით და მისი შემცველობით ასკილს უახლოვდება, იგი მდიდარია შაქრითაც. ფითრი სახალხო მედიცინაში სხვადასხვა დაავადების სამკურნალოდ გამოიყენება (სისხლძარღვების გაფართოების უნარი).
1948 წელს გამოქვეყნებულ შრომებში შესწავლილია ჩვენში ხმარებული საკმაზის, მწვანილის C ვიტამინურობის საკითხი, შედეგები ადსტურებს, რომ იგი სავსებით აკმაყოფილებს ადამიანის მოთხოვნილებას ამ ვიტამინზე.
1949-50 წლებში დაიწყო ხილის – კერძოდ სხვადასხვა რაიონების ვაშლის ქიმიური შედგენილობის შესწავლა. C ვიტამინთან ერთად დაიწყო ასევე A ვიტამინის შემცველობის განსაზღვრა, როგორც ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ვიტამინისა, რომლის ნაკლებობის ან არ არსებობის დროს მჟღავნდება სხვადასხვა დაავადებებესადმი ნაკლებად გამძლეობის უნარი, მხედველობის შესუსტება და სხვა. A ვიტამინის შემცველობის მაღალი მაჩვენებლებია – ასკილში, პილპილი, ზაფრანა, ყვითელი სტაფილო, ქონდარი, პიტნა,ცერეცო, ქინძი, პამიდორი, ნიახური. საშუალო ადგილი უჭირავს ომბალოს, სალათას, ტარხუნას, დანდურს, ჭარხალსა და კვახს. კაროტინის მცირედი შემცველობით გამოირჩევიან კიტრი, ბადრიჯანი, ბოლოკი, კომბოსტო და სხვა.
ნ.ციციშვილმა თავი მოწაფეებთან – თ. კიფარენკოსთან, გ.ციციშვილთან ერთად რამდენიმე წელი მოანდომა საქართველოს ფლორის შესწავლას ალკალოიდების შემცველობაზე. შესწავლილ იქნა 250-მდე მცენარის სახეობა, მათ შორის ალკალოიდებს შეიცავს მხოლოდ 34 მცენარე, აქედან შედარებით მეტი რაოდენობით – 21 მცენარე. ეს კვლევები შემდგომში დღემდე წარმატებით იქნა გაგრძელებული დ. წაქაძის მიერ და მიღებულია საინტერესო შედეგები მცენარე კავკასიური თეთრყვავილას ალკალოიდურ შედგენილობაზე.
საქრთველოში დღესაც მრავალი სამეცნიერო ცენტრი თუ ლაბორატორია აგრძელებს კვლევებს ბუნებრივ ნაერთთა ქიმიის მიმართულებით.

ავტორი: ნელი სიდამონიძე