Синтез углеводов в растении

Синтез углеводов происходит при фотосинтезе

Синтез углеводов происходит при фотосинтезе и сопровождается формированием не только простых моносахаридов, но и молекул сложных сахаров – крахмала, сахарозы и клетчатки. В растениях происходит разложение углеводов до простых составляющих, и их перетекание в органы, нуждающиеся в питании. Уже здесь происходит новое образование сложных углеводов, регулирующих процессы прорастания, распада или увеличения корневой системы.

Процессы перехода углеводов из одной формы в другую проходят при участии фосфорных эфиров полисахаридов или их уридиндифосфатов (УДФ-доноры), которые представляют собой определённый полисахарид, соединённый с уридином при помощи двух фосфорных остатков.

Сахароза. Синтез углевода происходит при фотосинтезе из фруктозы и глюкозы. Сначала молекула глюкозы фосфилируется в присутствии АТФ до образования глюкозы-6-фосфата и молекулы АДФ (аденозиндифосфат) – переносчика фосфатной группы. Далее, он переходит в глюкозо-1-фосфат, который соединяется с уридиндифосфорной кислотой (УДФ) и образует уридиндифосфатглюкозу (УДФ-глюкозу).

Одновременно проходит похожая реакция с участием фруктозы и образованием фруктозо-6-фосфата, соединяемого с УДФ-глюкозой в присутствии фермента сахарозофосфат-УДФ-глюкозилтрансферазы. Образуется сахарозо-6-фосфат, который под воздействием фосфатазы, контролирующей гидролиз, переходит в свободную сахарозу.

Крахмал. Синтезируемый углевод состоит из амилозы и амилопектина – двух полисахаридов. Амилоза образуется удлинением глюкозных остатков уридиндифосфатглюкозы (УДФК) с помощью акцептора в присутствии фермента крахмалглюкозилтрансферазы. Аналогичная реакция происходит при синтезе амилопектина, только в качестве носителей глюкозных остатков используют аденозиндифосфатглюкозу.

Целлюлоза. Синтез углевода происходит при фотосинтезе, и молекула состоит из остатков β-глюкозы. В качестве исходного материала используется гуанозиндифосфатглюкоза, преобразующаяся в присутствии фермента целлюлозосинтетазы в целлюлозу.

-Синтез является структурным подразделением ГК «», разрабатывает и реализует проекты биохимического синтеза органических соединений, ферментов и молекул при помощи высокоточных систем в условиях приближённых к натуральным. Мы самостоятельно устанавливаем приборы и комплексы, обеспечиваем сервисное обслуживание и быструю доставку оборудования.

Источник

§ 11 Биосинтез углеводов — фотосинтез

Биосинтез белка создает полимерную молекулу из готовых мономеров — аминокислот, уже имеющихся в клетке. Этот процесс осуществляется за счет внутренней энергии клетки (АТФ).

Биосинтез углеводов идет принципиально иначе. В клетках растений мо­номеры — моносахариды — образуются из неорганических веществ (углекисло­го газа и воды). Осуществляется этот процесс с помощью энергии света, посту­пающей в клетку из внешней среды. Этот процесс называют фотосинтезом (от греч. photos — «свет» и synthesis — «соединение»).

Созданные в клетке моносахариды (глюкоза, фруктоза) как первичные продукты фотосинтеза используются затем для биосинтеза различных полиса­харидов, сложных белковых соединений, жирных кислот, нуклеиновых кислот и многих других органических соединений.

Фотосинтез — процесс, чрезвычайно важный для всего живого населе­ния планеты. Он происходит в клетках зеленых растений с помощью пигмен­тов (хлорофилла и других), находящихся в пластидах.

Хлоропласты — это внутриклеточные органоиды (пластиды), которые благодаря пигменту хлорофиллу окрашены в зеленый цвет. В растительной клетке обычно содержится от 15 до 50 хлоропластов.

Хлоропласта имеют сложное строение. От цитоплазмы они отделены двойной мемб­раной, обладающей избирательной проницаемостью. Полость хлоропласта — строма (греч. stroma — «подстилка», «ковер») представляет собой белковое образование. Внутренняя мембрана хлоропласта, врастая внутрь стромы, создает мешковидные уплощенные структуры — тилакоиды (рис. 16)

Тилакоиды заполнены жидкостью. На мембранах тилакоида размещаются молекулы хлорофилла и других вспомогательных пигментов (каротиноиды). Поэтому их называют фотосинтезирующими мембранами. Местами тилакоиды, связанные между собой в це­почку плоских мешочков (дисков), располагаются друг над другом (как стопка монет). Такие стопки называют гранами. Число гран в хлоропластах у разных растений различ­но: от 40 до 150. Все граны хлоропласта обычно соединены между собой ламеллами — одиночными пластинчатыми тилакоидами.

Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс. Начало ему задает свет. Многолетние исследования фотосинтеза показали, что он включает в се­бя две стадии: световую и темновую.

Первая стадия фотосинтеза — световая. Под действием энергии света молекулы хлорофилла (и других соединений, называемых переносчиками) возбуждаются и теряют электроны. Часть электронов, захваченных фермента­ми, способствует образованию АТФ путем присоединения остатка фосфорной кислоты (Ф) к АДФ. Другая часть электронов принимает участие в расщепле­нии (разложении) воды на молекулярный кислород, ионы водорода и электро­ны. Разложение воды происходит внутри хлоропласта.

Образовавшийся при расщеплении воды водород с помощью электронов присоединяется к веществу, способному транспортировать водород в пределах хлоропласта. Таким веществом является сложное органическое соединение из группы ферментов — окисленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат, или НАДФ. Присоединив водород, НАДФ восстанавливается до НАДФ • Н. В такой химической связи запасается энергия, и заканчивается первая стадия фото­синтеза.

Участие энергии света здесь является обяза­тельным усло­вием. Поэтому данную стадию называют еще стадией световых реакций.

Кислород, образующийся на первой стадии фотосинтеза как побочный продукт при расщеплении воды, выводится наружу или используется клеткой для дыхания.

Вторая стадия фотосинтеза — темновая. Здесь используются образо­вавшиеся в процессе световых реакций продукты. С их помощью происходит преобразование углекислого газа в простые углеводы — моносахариды. Их со­здание идет путем большого количества реакций восстановления С0₂ за счет энергии АТФ и восстановительной возможности НАДФ • Н. В результате этих реакций образуются молекулы глюкозы (C₆H₁₂O₆), из которых путем полиме­ризации создаются полисахариды — целлюлоза, крахмал, гликоген и другие сложные органические соединения. Поскольку все реакции на этой стадии идут без участия света, ее называют стадией темповых реакций.

Все световые реакции (первая стадия фотосинтеза) происходят на мемб­ранах хлоропласта — в тилакоидах, а темновые (вторая стадия фотосинтеза) — между мембранами внутри хлоропласта — в строме (рис. 17).

Сложный поэтапный процесс фотосинтеза идет непрерывно, пока зеле­ные клетки получают световую энергию.

На скорость фотосинтеза влияют внешние условия среды: интенсив­ность освещения, концентрация углекислого газа и температура. Если эти па­раметры достигают оптимальных величин, происходит усиление фотосинте­за. Благодаря фотосинтезу примерно 1-1,5% энергии Солнца, получаемой зелеными растениями, запасается в органических молекулах. Фотосинтезирующие организмы дают пищу гетеротрофам, а также кислород, необходи­мый для дыхания всем живым существам на планете. Установлено, что 21% кислорода в современной атмосфере Земли создан главным образом путем фотосинтеза.

Ф отосинтез — уникальный процесс создания зелеными клетками органи­ческих веществ из неорганических, притом идущий в огромных масштабах на суше и в воде. Ежегодно растения связывают 1,7 млрд т углерода, образуя при этом более 150 млрд т органического вещества и выделяя около 200 млрд т кислорода.

.Фотосинтез — единственный на нашей планете процесс превращения энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ. Таким способом энергия Солнца, поступившая из космоса, преобразуется и за­пасается клетками зеленых растений в углеводах, белках и липидах, обеспечи­вая жизнедеятельность всего гетеротрофного населения живого мира — от бак­терий до человека.

Вот почему выдающийся русский ученый-естествоиспытатель К.А. Тими­рязев эту роль зеленых растений для жизни на Земле назвал космической.

1. В чем отличие биосинтеза углеводов от биосинтеза белков?
2. Откуда берется кислород, в большом количестве поставляемый в атмосферу растениями?

Источник

Биосинтез углеводов в зелёных растениях.

Физиологические и биохимические процессы в зелёном растении тесно связаны с углеводами. Они составляют 75-80% сухого вещества тела растительного организма и служат основным питательным и скелетным материалами клеток и тканей растения.

Основной орган биосинтеза в растении — лист. Характерная его особенность — сочетание фото- и биосинтезов. В листе происходит трансформация энергии, обмен углеводов, аминокислот, белков, липидов, нуклеиновых кислот, витаминов.

В прорастающих семенах и пробуждающихся почках происходят процессы мобилизации запасных веществ. Наиболее характерная черта этих процессов — распад сложных запасных веществ на более простые. Полисахариды распадаются на моносахариды. Эти реакции происходят с присоединением воды и относятся к типу гидролитических.

Крахмал состоит на 96,1-97,6 % из полисахаридов двух типов — амилозы и аминопектина, различающихся своими физическими и химическими свойствами. В крахмале содержится фосфорная кислота (до 0,7%) и некоторые высокомолекулярные жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая и другие).

Крахмал — основное запасное вещество большинства растений. У прорастающих семян под микроскопом можно наблюдать «разъедание» крахмальных зёрен (см. рис. 1). Это процесс гидролитического распада полисахаридов на моносахариды.

В быту известно явление, когда охлаждённый при 1-2 ºС картофель приобретает сладковатый вкус. У картофеля гидролиз крахмала происходит при пониженной температуре, процесс дыхания при этом угнетается, вследствие чего использование сахаров уменьшается. Таким образом, в клубнях происходит односторонний процесс — гидролиз крахмала до гексоз и их накопление.

Мучнистый вкус семян благодаря наличию большого количества крахмала сменяется при прорастании сладковатым вследствие накопления в них глюкозы.

Превращение крахмала в сахар происходит под влиянием фермента амилазы. Более обстоятельное изучение фермента амилазы показало, что это смесь двух ферментов — α- и β-амилазы, которые действуют параллельно и расщепляют гигантскую молекулу крахмала на более мелкие молекулы полисахаридов, называемых декстринами, и дисахаридов, назвываемых мальтозы.

Количество амилазы в семени, находящемся в состоянии покоя, незначительно, но с прорастанием с семени оно возрастает. Центром образования амилазы, например, в зёрнах пшеницы или кукурузы является зародыш, в частности его щиток, а также алейроновый слой, окружающий эндосперм. Образующиеся ферменты α- и β-амилаза диффундируют в ткани эндосперма и вызывают расщепление крахмала. Осахаривание крахмала в эндосперме идут до конца только в том случае, когда он находится в тесном контакте с молодым побегом, который непрерывно поглощает и использует сахар, образующийся при гидролизе.

Гликозиды — сложные вещества, образующиеся из сахаров (в основном из глюкозы) и одного или нескольких компонентов «несахаров» — агликонов.

К цианогенным гликозидам, содержащим синильную кислоту, относится вицин семян с некоторых видов вики и фасоли. У белого клевера, сорго содержится ряд цианогенных гликозидов, токсичных для животных. В растении картофеля образуются ядовитые для человека и животных гликоалкалоиды — гликозиды, у которых в качестве агликона входит алкалоидсоланидин. Эти вещества, обладающие горьким вкусом, называются соланинами и чаконинами. В картофельном растении клубни, а также стебли содержат меньше гликоалкалоидов по сравнению с другими органами (молодыми листьями, цветками, ягодами). Наибольшее количество гликоалкалоидов содержат ростки (4-5 мг % массы сухого вещества). Молодые клубни картофеля содержат около 10 мг % гликоалкалоидов, а зрелые 2-4 мг %. При хранении клубней на свету количество гликоалкалоидов значительно возрастает, особенно в позеленевших участках, примыкающих к эпидермису. Установлено, что картофель с содержанием гликоалкалоидов в количестве 20 мг % и более опасен для потребления, особенно если клубни варились в кожуре.

Большинство красных, голубых и пурпурных пигментов клеточного сока листьев лепестков цветков, плодов, корней, стеблей многих растений (васильков, столовой свёклы, вишни, сливы, смородины, малины и других), относится к группе веществ — антоцианам. Антоцианы — это гетерогликозиды, образующиеся в растениях в результате взаимодействия между сахарами и комплексными соединениями антоцианидинами (агликоны). Физиологическая роль гликозидов мало изучена, но их образование связано с физиологической функцией сахаров в растениях; гликозиды считаются также запасным материалом для синтеза сахаров и связанных с ними комплексов.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник