Растения состоят из воды и сухих веществ. Роль воды в процессах жизнедеятельности растения обусловлена тем, что она является той средой, в которой совершаются естественные для живого организма ферментативные биохимические процессы. Обычно содержание воды в растительных клетках составляет 70-90%. Большая часть воды в растительных клетках находится в свободном состоянии и лишь 5% – в связанном, прочно удерживаемом клеточными коллоидами. Сухие вещества ЛР подразделяют на минеральные и органические.
Минеральные вещества. Все живые организмы содержат 16 элементов: C, O, H, N, P, S, K, Na, Ca, Mg, Cu, Fe, Zn, Co, Mn, Cl. В зависимости от количественного содержания все элементы в организме разделяются на макро- (Ca, Mg, K, Na, P, Si), микро- (Fe, Al, Cu, Zn, Mn, Mo, C) и ультрамикроэлементы (Se, As, Ag, Au, Ra, U, Th и др).
Органические вещества. Органические вещества растительных клеток представлены несколькими классами: углеводами, белками, липидами, нуклеиновыми кислотами, органическими кислотами, а также некоторыми особыми веществами, накапливающимися иногда в заметных количествах.
Обмен веществ – совокупность химических реакций в организме, обеспечивающих его жизнедеятельность веществами и энергией, благодаря чему происходит непрерывное самообновление организма. Метаболиты – вещества, поглощаемые и выделяемые организмом из внешней среды и участвующие в реакциях обмена внутри него.
Значительная часть реакций обмена оказывается сходной для всех живых организмов, и имеет общую генетическую основу (образование и расщепление нуклеиновых кислот, белков, аминокислот, углеводов, карбоновых и жирных кислот); она получила название первичного обмена (или первичного метаболизма). Существует значительное число метаболических путей, приводящих к образованию соединений, свойственных немногим или даже отдельным группам организмов; эти вещества специфичны для них. Эти реакции объединяются термином вторичный обмен (вторичный метаболизм). К веществам вторичного обмена в ЛР относятся многочисленные органические соединения, среди которых выделяют 4 больших класса: 1) фенольные соединения, 2) терпеноиды, 3) стероиды, 4) алкалоиды.
Природное или синтетическое вещество называется лекарственным, если оно обладает определенным фармако-терапевтическим действием. Растение считается лекарственным, если оно содержит одно или несколько БАВ.БАВ – вещества вторичного обмена (кардиогликозиды, сапонины, флавоноиды, алкалоиды), но иногда − компоненты первичного (основного) обмена – витамины, углеводы, липиды, аминокислоты. В ЛР содержится всегда комплекс БАВ, и потому среди них различают основное БАВ, ради которого данное растение применяется в медицине; это основное БАВ называют также действующим веществом. Все другие вещества, содержащиеся в ЛР вместе с действующим веществом, называют сопутствующими. Роль и значение их могут быть различны. Балластные вещества, которые не влияют на действие основных веществ ЛР, т.е. сами по себе они индифферентны. Такими у большинства ЛР является клетчатка, пектины, древесина и пробка.
Встречаемость отдельных биологически активных соединений в растительном мире. Наследственные онтогенетические и эколого-физиологические факторы, влияющие на образование и накопление этих веществ в органах и тканях ЛР.
Происхождение ткани. Обычно для введения в культуру ткани проводят поиск наиболее продуктивных растений в надежде, что эта способность будет перенесена и в культуру. Этот вопрос обсуждается до сих пор, т.к. экспериментальные данные довольно противоречивы.
Условия культивирования. Питание. Важнейшим фактором создания эффективной биотехнологической системы является разработка питательной среды, обеспечивающей потребности продуцента в химических компонентах, требуемых для оптимального синтеза целевого продукта.
Стрессовые факторы. Образование вторичных продуктов в культуре ткани может резко возрастать под влиянием некоторых стрессовых факторов (продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, осмотического шока, токсических ионов тяжелых металлов и т.д.). Вторичные продукты растений часто являются фитоалексинами, и их синтез в растительной клетке происходит в ответ на действие продуктов жизнедеятельности микроорганизмов для защиты от фитопатогенов. При добавлении к культуре ткани элиситоров (компоненты стенок грибного мицелия или какие-либо другие продукты жизнедеятельности микроорганизмов) интенсивность синтеза клетками растений некоторых фармакологически ценных веществ возрастает.
Способы выращивания. В большинстве микробных систем продукты, синтезируемые микроорганизмами, продуцируются из клетки непосредственно в среду, в связи с чем эффект обратного ингибирования продуктом реакции очень мал. В культуре ткани, как правило при увеличении концентрации продукта в клетке выше пороговой, срабатывает эффект обратного ингибирования, вследствие чего дальнейшее накопление вещества прекращается.
Клеточная дифференциация in vitro. В настоящее время большое число экспериментальных данных свидетельствует о том, что образование и накопление вторичных продуктов в растениях − сложный, пространственно организованный процесс, который часто в той или иной форме включает транспорт этих соединений на клеточном и субклеточном уровнях. В целом ряде случаев показано резкое разграничение мест первичного синтеза и накопления алкалоидов.