Rozdział III • Fitochemia i Bioenergetyka Komórkowa
Badania i Publikacje Naukowe: Kordycepina, Polisacharydy i Szlaki Syntezy ATP
Akademicki przegląd literatury poświęconej strukturze chemicznej nukleozydów grzybowych, biosyntezie 3'-deoksyadenozyny oraz współczesnym badaniom nad aktywnością mitochondrialną i wymianą tlenową komórki.
Biochemia Nukleozydów Purynowych
Kordycepina (3'-deoksyadenozyna) oraz Adenozyna: Podobieństwo Strukturalne i Rola w Komórce
Najbardziej charakterystyczną cząsteczką niskocząsteczkową identyfikowaną w owocnikach Cordyceps militaris jest kordycepina (nazwa systematyczna IUPAC: 9-(3-deoksy-β-D-rybofuranozylo)adenina, wzór sumaryczny C10H13N5O3, masa molowa 251,24 g/mol).
Pod względem chemicznym kordycepina jest strukturalnym analogiem adenozyny (C10H13N5O4, masa molowa 267,24 g/mol). Jedyna różnica w budowie przestrzennej obu cząsteczek polega na zastąpieniu grupy hydroksylowej (–OH) przy trzecim atomie węgla (3') pierścienia rybozy pojedynczym atomem wodoru (–H).
Dzięki tak wysokiemu podobieństwu sterycznemu kordycepina jest rozpoznawana przez transportery nukleozydowe błony komórkowej i może ulegać wewnątrzkomórkowej fosforylacji przez kinazy adenozynowe do mono-, di- oraz trifosforanu kordycepiny (3'-dAMP, 3'-dADP, 3'-dATP). W badaniach biochemicznych opublikowanych m.in. na łamach Cell Chemical Biology (Hawley et al., 2020) wykazano, że 3'-dAMP wchodzi w interakcję z podjednostką katalityczną kinazy białkowej aktywowanej przez AMP (AMPK) — głównego sensora statusu energetycznego komórki eukariotycznej.
Schemat Biochemiczny 3.1
Porównanie Cząsteczek i Szlak Energetyczny ATP
Ryc. 3.1. Zestawienie strukturalne adenozyny oraz 3'-deoksyadenozyny (kordycepiny) wraz z kierunkami badań nad ich udziałem w szlakach fosforylacji oksydacyjnej.
Systematyka Chemiczna
Profil Związków Bioaktywnych: Nukleozydy, Polisacharydy, Sterole i Poliole
Poniższa tabela botaniczno-biochemiczna przedstawia główne grupy związków izolowanych z podkładek owocnikowych oraz grzybni gatunków Cordyceps militaris i Ophiocordyceps sinensis wraz z ich opisem analitycznym.
Tabela 3.1. Charakterystyka Chemiczna Głównych Frakcji Wyodrębnianych z Rodzaju Cordyceps
Nazwa Związku / Frakcji
Klasa Chemiczna i Wzór
Lokalizacja w Grzybie
Przedmiot Badań w Literaturze Naukowej
Kordycepina (3'-deoksyadenozyna)
Analog nukleozydu purynowego C₁₀H₁₃N₅O₃
Głównie owocniki i pożywka hodowlana C. militaris
Kinetyka fosforylacji do 3'-dAMP, aktywacja szlaku AMPK, wpływ na procesy poliaadenylacji mRNA w badaniach kultur komórkowych.
Adenozyna (9-β-D-rybofuranozyloadenina)
Nukleozyd purynowy C₁₀H₁₃N₅O₄
Grzybnia i podkładki obu gatunków (O. sinensis i C. militaris)
Bezpośredni substrat w resyntezie nukleotydów adeninowych (AMP, ADP, ATP), powinowactwo do receptorów adenozynowych A₁, A₂A, A₂B i A₃.
Beta-D-glukany (Polisacharydy strukturalne)
Homopolisacharydy o wiązaniach β-(1→3) oraz β-(1→6)
Środkowa warstwa ściany komórkowej strzępek i owocników
Masa cząsteczkowa od 10 kDa do >500 kDa; badane pod kątem właściwości zmiatania wolnych rodników (DPPH, ABTS) i interakcji z receptorami Dectin-1.
Galaktomannany (CPS) (Heteropolisacharydy)
Polimery D-mannozy, D-galaktozy i D-glukozy
Frakcja zewnątrzkomórkowa (EPS) i wewnątrzkomórkowa (IPS)
Badania reologiczne i fizykochemiczne, ocena aktywności enzymów antyoksydacyjnych: dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) oraz katalazy (CAT).
D-mannitol (Historycznie: kwas kordycepsowy)
Alkohol sześciowodorotlenowy (heksitol) C₆H₁₄O₆
Cytoplazma komórek strzępkowych (do 7–12% suchej masy)
W 1957 r. udowodniono, że substancja opisana w 1913 r. jako „kwas kordycepsowy” to izomer D-mannitolu — związek odpowiadający za odporność grzybni na mróz i odwodnienie.
Ergosterol i jego pochodne (Prowitamina D₂)
Sterol tetracykliczny C₂₈H₄₄O
Błony lipidowe komórek grzybowych
Marker biomasy grzybowej; pod wpływem promieniowania UV-B ulega fotokonwersji do ergokalcyferolu (witaminy D₂).
Kordyceksantyna (I–IV)
Rozpuszczalne w wodzie karotenoidy
Podkładki owocnikowe Cordyceps militaris
Unikalne barwniki nadające owocnikom C. militaris złocisto-pomarańczowy odcień, badane pod kątem zdolności pochłaniania tlenu singletowego.
Baza Bibliograficzna • PubMed / NCBI / DOI
Przegląd Recenzowanych Publikacji Naukowych
Poniżej zestawiono kluczowe prace eksperymentalne i przeglądowe dotyczące taksonomii rodzaju Cordyceps, biosyntezy kordycepiny oraz badań nad metabolizmem energetycznym komórki. Skorzystaj z filtrów tematycznych, aby zawęzić wykaz publikacji.
Cordycepin, a metabolic product isolated from cultures of Cordyceps militaris (Linn.) Link.
Autorzy: Cunningham K. G., Manson W., Spring F. S., Hutchinson S. A.
Streszczenie badawcze: Przełomowa praca zespołu z Uniwersytetu w Glasgow dokumentująca po raz pierwszy wyizolowanie krystalicznego związku aktywnego z płynnych kultur Cordyceps militaris oraz określenie jego struktury jako 3'-deoksyadenozyny. Publikacja położyła fundament pod współczesną chemię nukleozydów grzybowych.
Cell Chemical Biology • Mechanizmy KomórkoweRok publikacji: 2020
Cordycepin activates AMPK by entering cells via nucleoside transporters and being converted to cordycepin monophosphate
Autorzy: Hawley S. A., Ross F. A., Russell F. M., Atrih A., Lamont D. J., Hardie D. G.
Streszczenie badawcze: Szczegółowe badanie biochemiczne wyjaśniające losy metaboliczne kordycepiny po wniknięciu do komórki. Autorzy wykazali, że kordycepina jest transportowana przez białka ENT, a następnie przekształcana przez kinazę adenozynową do monofosforanu kordycepiny (3'-dAMP), który bezpośrednio naśladuje AMP i allosterycznie aktywuje kinazę AMPK odpowiedzialną za homeostazę energetyczną.
American Journal of Chinese Medicine • Bioenergetyka MitochondrialnaRok publikacji: 2007
Cordyceps sinensis health supplement enhances hepatic energy state and mitochondrial antioxidant status in models
Autorzy: Ko K. M., Leung H. Y. (Hong Kong University of Science and Technology)
Streszczenie badawcze: Przegląd i analiza eksperymentalna oceniająca wpływ ekstraktów wodno-etanolowych na zdolność generowania adenozynotrifosforanu (ATP) w mitochondriach oraz aktywność układu glutationowego i dysmutazy ponadtlenkowej (Mn-SOD) w obrębie wewnętrznej błony mitochondrialnej.
Journal of the International Society of Sports Nutrition • Fizjologia TlenowaRok publikacji: 2017
Cordyceps militaris improves tolerance to high-intensity exercise after acute and chronic supplementation
Autorzy: Hirsch K. R., Smith-Ryan A. E., Roelofs E. J., Trexler E. T., Mock M. G.
Streszczenie badawcze: Kontrolowane badanie fizjologiczne prowadzone metodą podwójnie ślepej próby oceniające parametry wymiany gazowej (VO2max oraz próg wentylacyjny VT) podczas standaryzowanego protokołu ergometrycznego. Praca omawia potencjalny udział nukleozydów i polisacharydów grzybowych w kinetyce wykorzystania tlenu przez miocyty.
Studies in Mycology • Filogenetyka i SystematykaRok publikacji: 2007
Phylogenetic classification of Cordyceps and the clavicipitaceous fungi
Autorzy: Sung G. H., Hywel-Jones N. L., Sung J. M., Luangsa-ard J. J., Shrestha B., Spatafora J. W.
Streszczenie badawcze: Fundamentalna monografia taksonomiczna oparta na analizie filogenetycznej od pięciu do siedmiu loci genowych ponad 160 gatunków. Praca ta ustanowiła współczesny podział na trzy rodziny (Cordycipitaceae, Ophiocordycipitaceae oraz Clavicipitaceae) i formalnie wprowadziła nazwę Ophiocordyceps sinensis.
3 Biotech (Springer) • Fitochemia i BiotechnologiaRok publikacji: 2014
Pharmacological and therapeutic potential of Cordyceps with special reference to Cordycepin
Autorzy: Tuli H. S., Sandhu S. S., Sharma A. K.
Streszczenie badawcze: Szerokie opracowanie przeglądowe systematyzujące szlaki biosyntezy kordycepiny z adenozyny, metody ekstrakcji naddźwiękowej i nadkrytycznej (CO2) oraz porównanie zawartości polisacharydów w zależności od zastosowanego podłoża kultywacyjnego.