Меню

Этапы обмена веществ у растений

Обмен веществ у растений

Обрати внимание! Обмен веществ — один из важных признаков жизни: с прекращением обмена веществ прекращается жизнь растения.

В организме растения фотосинтез и дыхание идут путём последовательных многочисленных химических реакций, в которых одни вещества преобразуются в другие.

Живые организмы постоянно получают из окружающей среды необходимые вещества, которые в дальнейшем преобразуются и превращаются в вещества тела самого организма. Это происходит в процессе питания. Организмам необходима энергия, чтобы осуществлять процессы жизнедеятельности. Живые организмы получают энергию в процессе дыхания. Поглощая кислород они окисляют сложные органические соединения до более простых. При этом высвобождается энергия.

Растения — это автотрофные организмы, они могут синтезировать органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза. Таким образом, у растений можно выделить два питания — почвенное и воздушное. Из почвы с помощью корней растения получают минеральные вещества и воду, которые используются при синтезе органических веществ. На свету в воздушной среде происходит процесс фотосинтеза, и образуются органические вещества.

Как и все другие живые организмы растение дышит. При этом происходит высвобождение энергии, которая идет на все процессы жизнедеятельности клеток, в том числе на синтез других, необходимых растению для построения своего тела, органических веществ. Так из сахаров, образованных в процессе фотосинтеза, растения получают путем различных химических реакций крахмал, клетчатку, белки, жиры и витамины. Также, расщепляя ряд органических соединений до углекислого газа и воды, растения получают энергию.

Таким образом, фотосинтез, минеральное питание и дыхание обеспечивают растению обмен веществ, который представляет собой множество химических реакций, превращающих одни вещества в другие.

Источник

Специфика обмена веществ в растениях

Процессы, происходящие при прорастании семян

При прорастании семян выделяют следующие фазы:

1. Поглощение воды – сухие семена поглощают воду из воздуха или из какого-либо субстрата до наступления критической влажности. Этот показатель может составлять от 25% у проса до 104 у бобовых и 120% у сахарной свеклы.

2. Фаза набухания. Семена достигают критической влажности, активируются ферменты класса гидролаз, происходит мобилизация питательных веществ (белки распадаются до аминокислот, жиры до глицерина и жирных кислот, сложные углеводы до простых), усиливается дыхание и деление клеток.

3. Рост первичных корешков отмечается с момента деления их клеток. Морфологически он проявляется при появлении первичного корешка над оболочкой семени – наклевывание. При этом рост корешка обеспечивается за счет запасных веществ зародыша.

4. Развитие ростка начинается с его появления и происходит за счет запасных веществ эндосперма. Завершается эта фаза с появлением колеоптиля у злаков, или почечки у других культур.

5. Становление проростка – заключительная фаза. Она продолжается до перехода его к полному автотрофному питанию.

Раздел: Обмен и транспорт органических веществ в растениях

1. Специфика обмена веществ в растениях

2. Метаболические пути важнейших органических веществ в растительном организме (обмен углеводов, обмен белков, обмен жиров)

3. Взаимосвязь процессов обмена

4. Основные транспортные формы органических веществ в растениях, состав флоэмного сока

5. Структура флоэмы

6. Механизмы транспорта органических веществ

Растения по типу питания являются автотрофами, поэтому их главная особенность это способность синтезировать из СО2, Н2О и минеральных веществ огромный набор простых и сложных органических веществ, используя при этом солнечный свет. Однако, этим типом питания характеризуются лишь клетки, содержащие хлоропласты (клетки мезофилла листа, зеленых побегов, плодов и т.д.). Все другие клетки растительного организма питаются гетеротрофно и поэтому зависят от поступающих в них органических веществ из фотосинтезирующих органов. Важную роль при этом выполняет транспортная система.

В каждой клетке растительного организма одновременно протекают тысячи реакций. Совокупность всех биохимических реакций, протекающих в процессе жизнедеятельности организма, называют обменом веществ или метаболизмом. Продукты, образующиеся в процессе этих реакций – метаболитами. Последовательность биохимических реакций, связанные с биосинтезом и превращением определенных веществ или групп структурно близких соединений называют метаболическими путями.

Метаболические реакции находятся в состоянии непрерывного взаимодействия между собой, а также с окружающей средой; их упорядоченность, целенаправленность и скорость достигаются благодаря ферментам, гормональным механизмам регуляции и подчиняются всем законам термодинамики.

Обмен веществ в любом организме складывается из двух противоположно направленных и тесно связанных между собой процессов анаболизма и катаболизма.

В реакциях анаболизма или пластического обмена происходит синтез органических соединений из простых. При этом требуются большие затраты энергии. Реакциями такого типа является синтез белков, углеводов, жиров, веществ вторичного происхождения.

В реакциях катаболизма или энергетического обмена идет распад сложных молекул до простых с высвобождением энергии. Эта энергия может использоваться на анаболические реакции. К реакциям катаболизма относят гидролиз, дыхание и брожение.

Анаболические реакции могут осуществляться лишь при взаимодействии их с катаболическими. Но всегда должно выделяться больше энергии, чем поглощаться на реакции синтеза. Также требуется обязательное наличие переносчиков энергии АТФ и восстановленных нуклеотидов (НАДН, НАДФ·Н2, ФАД·Н2).

В процессах основного обмена синтезируются важнейшие первичные органические соединения. По характеру образованных продуктов выделяют обмен углеводов, обмен пуринов и пиримидинов, обмен липидов, обмен витаминов и обмен органических кислот.

Наряду с этими реакциями осуществляется обмен веществ вторичного происхождения (гликозидов, алкалоидов, дубильных веществ, фитонцидов и т.д.). Эти вещества не являются ни запасными, ни энергетическими, по растению не передвигаются, но выполняют защитную функцию.

Источником для синтеза всех органических веществ является процесс фотосинтеза, либо при прорастании семян запасные вещества зародыша. Промежуточным метаболитом, из которого образуются практически все соединения является 3-ФГА.

2. Метаболические пути важнейших органических соединений

Углеводы – важнейшие вещества, входящие в состав растения. Они составляют 75-80% сухого вещества и служат основными питательными и структурными материалами клеток растительных тканей.

Источником образования углеводов является процесс фотосинтеза, в результате чего образуются ассимиляционные сахароза или крахмал.

фруктозо-6 фосфат → сахарофосфат + УДФ → сахароза +Рн

глюкозо-6 фосфат + УТФ → УДФГ + РР(пирофосфат)

глюкозо-1 фосфат → амилаза

Ферментом, участвующим в синтезе сахарозы, является сахарофосфатсинтетаза. При этом происходит перенос остатков глюкозы с УДФГ на фруктозу с образованием сахарофосфата, а затем сахараза образует сахарозу с высвобождением фосфора.

В синтезе амилозы участвует R-фермент или фосфорилаза, которая соединяет молекулы глюкозы 1,4 гликозидной связью. Амилопектин образуется с участием Q-фермента, соединяющий глюкозу 1,4 и 1,6 гликозидной связью. Образующиеся полисахариды соединяются ферментом амилаза в более сложный крахмал.

Далее сахароза может легко транспортироваться в потребляющие органы. Ассимиляционный крахмал подвергается распаду до глюкозы, которая используется на процессы новообразования, либо сама, либо преобразованная в сахарозу транспортируется в запасающие органы (клубни, корневище, семена и т.д.), где превращается в запасной крахмал по схеме реакций трансгликозидирования, где активными донорами гликозидных остатков являются нуклеозидсахара УДФГ и АДФГ.

Сахароза + УДФ ↔ УДФГ + фруктоза

УДФГ + «затравка» (Г)n ↔ УДФ + крахмал

или АДФГ + «затравка» (Г)n ↔ АДФ + крахмал

Читайте также:  Растения которые нас одевают список

В качестве затравки выступает полисахарид, состоящий из 3-4 остатков глюкозы.

В прорастающих семенах или при отрастании многолетних растений активно происходит гидролиз крахмала под действием гидролитического фермента амилаза, либо под влиянием фосфорилаз глюкозо-1 фосфат, которая может включаться в синтетические процессы, либо окисляться до углекислого газа и воды в процессе дыхания.

КРАХМАЛ α-амилаза глюкоза

Обмен белков входит в состав обмена пуринов и пиримидинов, где превращаются нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, аминокислоты и белки.

В растительном организме сложные белки – протеиды являются основными компонентами цитоплазмы и играют важную роль в организации клеточных структур. Простые белки – протеины выполняют запасающую функцию и откладываются в семенах, клубнях, корневищах.

В созревающих семенах идет синтез белковых веществ из неорганических форм азота. Аммиак, поглощенный в виде аммония или образованный в результате восстановления нитратов, вступает в реакции аминирования с кетокислотами и образуются аминокислоты, использующиеся в биосинтезе белка.

NH3 + ЩУК аминокислоты → полипептиды → белки

Непосредственно биосинтез белка смотри в разделе 1.

В прорастающих семенах реакции идет в обратном направлении, т.е. белки подвергаются гидролизу до аминокислот, которые включаются либо в синтез новых белков, либо дальше окисляются в дыхательных реакциях. При этом свободные аминокислоты подвергаются дезаминированию, которое может быть окислительным с участием оксидаз, гидролитическим с участием воды и амидаз либо восстановительным с участием гидрогеназ. При любом типе дезаминирования образуется кетокислота и аммиак.

протеиназа эндопептидаза дипептидаза

Белки → полипептиды → аминокислоты → кетокислота + NH3

Аммиак обезвреживается, включаясь в состав аспарагина, который служит донором аминогрупп при синтезе других аминокислот. Таким образом, количество азотистых соединений при прорастании практически не изменяется.

Обмен жиров складывается из их синтеза и распада. Жиры содержаться в любых растительных клетках. Они не растворяются в воде, не передвигаются по растению и их биосинтез идет во всех органах и тканях из растворимых сахаров, поступающих в эти органы.

Процессы превращения жиров изучены советским биохимиком С.Л. Ивановым. Жиры синтезируются из глицерина и жирных кислот, которые, в свою очередь, образуются из продуктов расщепления глюкозы: глицерин из 3-ФГА, а жирные кислоты из ацетил

КоА. Главным ферментом, участвующим в синтезе триглицеридов (жиры), является ацилтрансфераза переносящая остатки жирных кислот на молекулу глицерина.

3-ФГА → глицерол-3фосфат → глицерин

КоА жирные кислоты

Распад жиров идет при участии гидролитического фермента липаза, которая с присоединением воды расщепляет жир до глицерина и свободных жирных кислот. Липазы широко распространены в растениях. Каждому виду свойственна своя липаза. Однако, специфичность липаз очень низкая, любая липаза может расщеплять любой жир. Высокой специфичностью обладает липаза клещевины.

Глицерин 3-ФГА фруктоза-1,6 ди фосфат и др. углеводы

Жирные кислоты β-окисление ацетил

ЩУК → ФЕП→ углеводы

обратный гликолиз (глюкониогенез)

Два первых этапа происходят глиоксисомах, цикл трикарбоновых кислот в митохондриях, а последние этапы – цитоплазме.

Образующиеся при распаде крахмала и жиров сахара, легко растворяются в воде, транспортируются к местам потребления и используются на рост и на дыхание. При этом их количество снижается.

Дата добавления: 2014-01-05 ; Просмотров: 2125 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Обмен веществ у растений

Обмен веществ у растений

1. Химический состав растений

2. Передвижение элементов минерального питания (восходящий ток)

3. Особенности передвижения ассимилянтов по растению

1. Химический состав растений

Растительные организмы находятся в состоянии непрерывного взаимодействия с окружающей средой. Поступившие в растения неорганические вещества превращаются в органические, которые, участвуя в дальнейших реакциях образуют целостную отрегулированную систему превращения веществ и энергии.

Обмен веществ в клетках, тканях и целом растении представляет собой огромное число физических и химических реакций, находящихся в состоянии непрерывного взаимодействия между собой, а также с окружающей средой. 1.1. Углеводы растений

Углеводы – один из важнейших классов природных органических соединений, наиболее распространенных в растениях. На их долю приходится до 90 % сухого вещества растительных организмов.

Углеводы главные продукты фотосинтеза и основной субстрат дыхания. У многих сельскохозяйственных растений они в большом количестве накапливаются в корнях, клубнях и семенах и используются затем в качестве запасных веществ;

Углеводы делят на три основных класса:

Липидами называют жиры и жироподобные вещества растительного происхождения, близкие по своим физико-химическим свойствам, но различающиеся по биологической роли в организме.

Липиды делят на две группы: жиры и жироподобные вещества, или липоиды. Жиры и липоиды находятся в растениях в форме запасного жира или являются структурными компонентами цитоплазмы клеток.

Запасной жир откладывается в определенных органах растений, чаще всего в семенах, и используется затем в качестве энергетического материала, а цитоплазматические липиды представляют собой составную часть клеток и содержатся в них в постоянных количествах.

К липоидам относятся фосфоглицериды, воска, гликолипиды.

1.3. Белки растений.

Главная составная часть каждого организма – белки, которые представляют собой высокомолекулярные органические соединения, построенные из аминокислот. В состав белков входят 20 аминокислот и 2 амида.

Белки делятся на два класса: протеины, или простые белки, построенные только из остатков аминокислот, и протеиды, или сложные белки, состоящие из простого белка и прочно связанного с ним какого-либо другого соединения небелковой природы.

2. Передвижение элементов минерального питания (восходящий ток).

Передвижение минеральных и органических веществ по растению имеет очень большое значение, т.к. этот процесс, с помощью которого осуществляется физиологическая взаимосвязь органов. Донором минеральных питательных веществ служит корень, донором органических веществ – лист. В этой связи в растениях существуют два основных тока питательных веществ – восходящий и нисходящий.

Опытным путем было установлено, что основной ток минеральных солей из корневой системы происходит по ксилеме.

Переход из нисходящего тока (по флоэме) в восходящий ток (по ксилеме) может происходить в разных точках стебля.

3. Особенности передвижения ассимилянтов по растению.

Хлоропласты снабжают образовавшимися в них органическими веществами (ассимилянтами) все органы растительного организма. Образовавшиеся в хлоропласте вещества должны прежде всего поступить в цитоплазму, затем по паренхимным клеткам или межклетникам в ситовидные трубки флоэмы и по ним к различным потребляющим органам растения.

Направление транспорта органических веществ в растении определяется интенсивностью их использования. Потребление ассимилянтов более интенсивно протекает в зонах роста, а также в запасающих тканях.

Источник

Конспект лекции Первичный и вторичный метаболизм растений

Конспект лекции

Первичный и вторичный метаболизм растений

Вопросы:

1. Метаболизм. Первичный и вторичный метаболизм.

2. Особенности клеточного метаболизма.

3. Клетка как открытая термодинамическая система. Виды работы в клетке. Макроэргические соединения.

4. Ферменты: структура (простатическая группа, коферменты) и функции. Классификация ферментов

5. Вторичные метаболиты, классификация, роль в жизни растения, использование человеком. Образование пигментов, токсинов, ароматических веществ микроорганизмами (грибы, бактерии).

1. Метаболизм (обмен веществ) – совокупность всех химических реакций, идущих в клетке.

Читайте также:  Все растения мира которые можно есть

Метаболиты – продукты обмена веществ.

Анаболизм (ассимиляция) – процесс синтеза сложных веществ из простых, для которого нужна энергия. Катаболизм (диссимиляция) – распад сложных веществ, при котором освобождается энергия.

Первичный метаболизм – дыхание, фотосинтез, синтез ДНК, РНК, белков, липидов.

Вторичный метаболизм – синтез вторичных метаболитов.

Первичные метаболиты – низкомолекулярные соединения (молекулярная масса 2-3 кДа), необходимые для жизнедеятельности клетки. К ним относятся пуриновые и пиримидиновые основания (нуклеотиды), аминокислоты, сахара, органические кислоты, витамины. Эти вещества участвуют в основном обмене веществ, являются коферментами (НАД, НАДФ, ФАД, ФМН), строительными блоками для более сложных соединений (высокомолекулярных). Первичные метаболиты присутствуют в любой клетке растения.

Вторичные метаболиты – низкомолекулярные вещества, не требующиеся для выживания клеток. Вторичные метаболиты – вещества, не участвующие в первичном метаболизме.

2. Особенности клеточного метаболизма

— Вещества находятся в клетке не в статическом, а в динамическом состоянии.

— Одно и то же вещество участвует в разных процессах. Например;

Глюкоза → пируват → Ацетил-КоА → жир

— В результате реакции образуют цепи, циклы, сети, которые могут

остановиться в любой точке (на любой реакции).

— Некоторые реакции возможны только потому, что они разделены

в пространстве, одновременно могут идти противоположные реакции.

Например: окисление глюкозы идет в цитозоле, а ее образование в

— Некоторые процессы могут идти в обратном направлении, если

есть энергия (обращенный гликолиз). Энергия для химических реакций запасается в особых химических связях АТФ.

3. Клетка как открытая термодинамическая система

Открытой называют систему, получающую энергию или вещества из другой системы (Солнце, пища). Энергия нужна для работы клетки.

Работа – процесс, для которого необходима энергия.

Виды работы в клетке:

Химическая (синтез веществ),

Электрическая (создание разности потенциалов на мембране),

Осмотическая – условное название транспорта веществ в клетку против градиента концентрации, необходимых для осмоса;

Механическая (движение хлоропластов, цитозоля),

Регуляторная (не самостоятельная, сумма первых четырех видов работы).

3.1. Законы термодинамики:

1-ый – закон сохранения и превращения энергии: общее количество энергии в изолированной системе постоянно.

Превращение энергии в клетке

1-ый этап: свет → фотосинтез → химическая энергия органических

веществ (АТФ, углеводов, белков,

липидов; связывает атомы в молекулы)

2-ой этап: химическая энергия органических веществ → дыхание → тепло

аккумулируется а АТФ

2-ой закон: изолированные системы спонтанно стремятся к более низкому уровню организации: клетка → молекулы.

3-ий закон: при температуре абсолютного нуля энтропия равна 0.

3.2. Макроэргические соединения.

Важную биологическую роль в клетке играют не только высокомолекулярные ДНК и РНК, но и иные относительно просто построенные нуклеотиды, например АТФ. АТФ – аденозинтрифосфорная кислота, энергозапасающее вещество, универсальный аккумулятор энергии в живых клетках, «энергетическая валюта», которой организм расплачивается за всю работу, которую он делает.

АТФ построена из азотистого (пуринового) основания (аденина), рибозы (пентозы) и 3 остатков фосфорной кислоты, соединенных последовательно. АДФ – 2 остатка фосфорной кислоты, АМФ – один остаток фосфорной кислоты. Связи между остатками фосфорной кислоты в молекуле АТФ легко разрываются.

Связи, соединяющие два последних остатка фосфорной кислоты, называют макроэргическими (высокоэнергетическими) и обозначают на схемах волнистой линией (

). Это означает, что при их разрыве освобождается много энергии: 7,3 ккал (30 кДж) вместо 3,4 ккал (8-12 кДж) на моль вещества.

При гидролизе фосфорно-эфирных связей в других соединениях выделяется гораздо меньше энергии – 2-3 ккал /моль.

АТФ при этом превращается в АДФ, а если гидролиз продолжается, то и в АМФ: АТФ → АДФ → АМФ; АТФ → ФФн (пирофосфат) (Розенгард, рис. 5, стр. 21). Выделяющаяся энергия используется для работы.

АТФ + Н2О → АДФ + Фн — 7,3 ккал /моль (30 кДж/моль)

АДФ + Н2О → АМФ + Фн — 7,3 ккал /моль (30 кДж/моль)

АМФ + Н2О → Аденозин + Фн — 3,4 ккал /моль (30 кДж/моль)

АТФ → АМФ + пирофофсфат (Фн Фн)

АДФ + Фн + энергия → АТФ + Н2О

световая или энергия, запасенная в

освобождаемая фосфатной связи

Образование таких связей требует притока энергии извне (там же рис. 6, стр. 21).

Все эти реакции происходят с помощью фермента АТФ-азы (аденозинтрифосфотазы).

В клетках существуют и другие макроэргические соединения: УТФ, ГТФ и др.

— биологические катализаторы, образующиеся в клетке и являющиеся белками, постепенно расходуются.

— В клетке тысячи ферментов.

4.1. Строение ферментов

(белок, простой) (сложный белок)

белок (апофермент) небелковый компонент

простетическая группа кофермент

— Прочно связана с белком

— слабо связан с белком, иногда только на время реакции;

— В ее состав входят металлы (Fe, Cu, Zn)

— может быть в разных ферментах, характер реакции зависит от белка;

Fe может входить в соединении с 4 пиррольными кольцами – геминовое железо (гем).

— образуются в процессе обмена веществ

— НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, КоА, КоQ.

Фермент без кофермента неактивен.

В молекуле фермента есть активный центр, к нему прикрепляется вещество (субстрат), вступающее в химическую реакцию. Чтобы фермент соединился с субстратом, форма молекулы субстрата должна соответствовать форме активного центра, как ключ соответствует замку или рука – перчатке.

5. Вторичные метаболиты

Способность синтезировать вторичные метаболиты – еще одна особенность зеленого растения. Вторичные метаболиты синтезируются в клетках высших растений, водорослей, грибов, бактерий. В результате селекции способность культурных растений синтезировать вторичные метаболиты снизилась.

Признаки вторичных метаболитов:

— низкая молекулярная масса.

— у разных растений могут синтезироваться различные вторичные метаболиты, они имеют биологическую активность,

— синтезируются из небольшого набора исходных соединений. Например, для синтеза алкалоидов необходимо 7 – 8 аминокислот, фенолы синтезируются из фенилаланина, а изопреноиды – из мевалоната.

Вывод: необходимо учитывать все признаки, а также функции вторичных метаболитов. Вторичные метаболиты имеют значение на организменном уровне, а не на клеточном.

Известно 45 000 вторичных метаболитов. За их синтез отвечает 15 – 25% генов.

Используя химическую классификацию, вторичные метаболиты делят на несколько групп, главные из которых: фенольные соединения, алкалоиды, изопреноиды.

5.1. Фенольные соединения – вещества ароматической природы, содержащие один или более гидроксильных групп у бензольного кольца. Вещества с одной гидроксильной группой называются фенолами, с двумя и большим числом гидроксильных групп – полифенолами.

Фенольные соединения могут содержать в молекуле 1 бензольное кольцо (фенольные кислоты: кофейная, коричная, кумаровая; кумарин), 2 бензольных кольца (например флавоноиды) или много (лигнин, таннин).

Фенольные соединения встречаются у всех растений, но они различны у растений разных видов. Известно 8 000 фенолов.

Антоцианы – главные в окраске цветков, плодов, придают цвет от розового до черно-фиолетового. Окраска зависит в частности от рН и групп-заместителей R, содержат О+ (четырехвалентного; оксония). Заместители R: — ОН, — ОСН3. Антоцианы поглощают свет (280 – 320 нм), защищают от УФ-лучей, благодаря антоцианам клетки эпидермы листьев задерживают до 95% УФ-лучей.

Читайте также:  Способы размножения растений 6 класс примеры

Катехины содержатся в листьях чайного куста, бесцветны, обладают Р-витаминной активностью.

Таннины – полимеры фенольных соединений, их молекулярная масса 600 – 3000 Да. Они защищают от животных, так как могут превращаться в токсичные хиноны. Содержатся в чае, вине, яблоках, смородине. Дубильные вещества по химической природе – таннины или катехины (?). Их много в галлах, коре и корке, особенно тропических пород. В коре эвкалипта – 20 – 40%.

К этой группе относятся фитоалексины, образующиеся при инфицировании клеток.

Лигнин – полимер фенольной природы (С6 – С3)n. Он обусловливает одревеснение тканей, что способствует образованию сосудов и клеток механических тканей, выполняющих опорную функцию. Лигнин всегда располагается между фибриллами целлюлозы разветвленно, подобно деревцу. Одревеснение тканей блокирует распространение патогена. При окислении с помощью нитробензола образует ванилин, сиреневый альдегид.

Фенолы находятся в вакуолях, пластидах (хлоропластах и хромопластах), в лепестках цветков, в плодах, в клеточных стенках (лигнин).

Шикимовая кислота – в хвое ели обыкновенной ее содержится до 15%.

— участвуют в транспорте электронов при фотосинтезе и дыхании (пластохинон, убихинон),

— влияют на окраску растений (антоцианы в листьях, корнеплодах, цветках); привлекают насекомых и птиц, опыляющих цветки или переносящих семена;

— на образование в клетках гормонов (этилена, подавляют синтез ИУК);

— тормозят ризогенез и растяжение клеток;

— являются фитотоксинами (оказывают антимикробное действие);

— с их помощью одно растение может действовать на другое,

— дубильные вещества повышают устойчивость деревьев к грибным поражениям.

Используются в медицине для стерилизации, лекарства (салициловая кислота), в промышленности как красители.

5.2. Алкалоиды – гетероциклические соединения, содержащие в молекуле один или несколько атомов азота. Известно около 10 000 алкалоидов. Они найдены у 20% растений, наиболее распространены среди покрытосеменных (цветковых) растений. В моховидных и папоротниковидных алкалоиды встречаются редко.

Алкалоиды синтезируются из аминокислот: орнитина, тирозина, лизина, триптофана, фенилаланина, гистидина, атраниловой кислоты.

Они накапливаются в активно растущих тканях, в клетках эпидермы и гиподермы, в обкладках проводящих пучков, в млечниках. Они могут накапливаться не в тех клетках, где образуются, а в других. Например, никотин образуется в корнях, а накапливается в листьях. Обычно их концентрация составляет десятые или сотые доли процента, но хинное дерево содержит 15 – 20 % алкалоидов. Разные растения могут содержать различные алкалоиды. Алкалоиды находятся в листьях, коре, корнях, древесине.

регулируют рост растений (ИУК), защищают растения от поедания животными.

в качестве лекарств: кодеин (от кашля), морфин (болеутоляющее), кофеин (при нервных и сердечно-сосудистых заболеваниях), хинин (от малярии). Атропин, пилокарпин, стрихнин, эфедрин ядовиты, но в малых дозах могут применяться как лекарства.;

никотин, анабазин используются для борьбы с насекомыми.

5.3. Изопреноиды (терпеноиды) – соединения, составленные из нескольких изопреновых единиц (С5Н8 – изопрен) и имеющие общую формулу (С5Н8)n. Благодаря дополнительным группам (радикалам) изопреноиды могут иметь число атомов углерода в молекуле и некратное 5. К терпенам относятся не только углеводороды, но и соединения со спиртовыми, альдегидными, кето-, лактон- и кислотными группами.

Политерпены – каучук, гутта.

Терпеноидами являются гибберелловая кислота (гиббереллины), абсцизовая кислота, цитокинины. Они не растворяются в воде. Находятся в хлоропластах, в мембранах.

Каротиноиды окрашены от желтого до красно-фиолетового цвета, образуются из ликопина, растворимы в жирах.

в состав масла хвои, шишек, цветков, плодов, древесины;

смол, латекса, эфирных масел.

— защищают растения от бактерий, насекомых и животных; некоторые из них участвуют в закрытии ран и защищают от насекомых.

— к ним относятся гормоны (цитокинины, гиббереллины, абсцизовая кислота, брассиностероиды);

— каротиноиды участвуют в световой фазе фотосинтеза, входя в ССК, и защищают хлорофилл от фотоокисления;

— стеролы входят в состав мембран, влияют на их проницаемость.

Используют как лекарства (камфора, ментол, сердечные гликозиды), витамин А. Они являются основными компонентами эфирных масел, поэтому их используют в парфюмерии, содержатся в репелентах. Входят в состав каучука. Спирт гераниол входит в состав розового масла, масла лавровых листьев, в масла цветков апельсина, жасмина, масла эвкалипта).

5.4. Синтез вторичных метаболитов

характеризуется некоторыми особенностями:

1) предшественниками для них служит небольшое количество первичных метаболитов. Например, для синтеза алкалоидов необходимы 8(?) аминокислот, для синтеза фенолов – фенилаланин или тирозин, для синтеза изопреноидов – мевалоновая кислота;

2) многие вторичные метаболиты синтезируются разными путями;

3) в синтезе участвуют специальные ферменты.

Вторичные метаболиты синтезируются в цитозоле, эндоплазматическом ретикулуме, хлоропластах.

5.5. Локализация вторичных метаболитов

Накапливаются в вакуолях (алкалоиды, фенолы, беталаины, цианогенные гликозиды, глюкозинолаты), в периплазматическом пространстве (фенолы). Изопреноиды после синтеза выходят из клетки.

Вторичные метаболиты редко распространены в тканях равномерно. Часто они накапливаются в идиобластах, млечниках, специальных каналах и ходах.

Идиобласты (от греч. Idios своеобразный) – одиночные клетки, относящиеся к выделительным тканям и отличающиеся от соседних клеток формой, строением. Находятся они в эпидерме стеблей или листьев (только в эпидерме?).

Места синтеза и локализации часто разделены. Например, никотин синтезируется в корнях, а накапливается в листьях.

Вторичные метаболиты выделяются во внешнюю среду с помощью выделительных тканей ( железистых клеток, железистых волосков – трихом).

Для алкалоидов выделение нехарактерно.

Синтез и накопление в тканях вторичных метаболитов зависит главным образом от вида растения, иногда от этапа онтогенеза или возраста, от внешних условий. Распределение в тканях зависит от вида растения.

5.6. Функции вторичных метаболитов

В процессе открытия вторичных метаболитов существовали разные мнения об их значении в жизни растения. Их считали ненужными, отбросами, (их синтез) тупиком метаболизма, продуктами детоксикации ядовитых первичных метаболитов, например свободных аминокислот.

В настоящее время уже известны многие функции этих соединений, например запасающая, защитная. Алкалоиды — это запас азота для клеток, фенольные соединения могут быть дыхательным субстратом. Вторичные метаболиты защищают растения от биопатогенов. Эфирные масла, представляющие собой смесь вторичных метаболитов, обладают антимикробными и антифунгицидными свойствами. Некоторые вторичные метаболиты, распадаясь при гидролизе, образуют яд – синильную кислоту, кумарин. Вторичными метаболитами являются фитоалексины, вещества, образующиеся в ответ на инфекцию и участвующие в реакции сверхчувствительности.

Антоцианы, каротиноиды, беталаины, обеспечивающие окраску цветков и плодов, способствуют размножению растений и распространению семян.

Вторичные метаболиты останавливают прорастание семян конкурирующих видов.

1. Мерсер Э. Введение в биохимию растений. Т. 2. – М. «Мир»,1986.

2. (ред.). Физиология растений. – М. «Академия», 2005. С. 588 – 619.

3. Харборн дж. Введение в экологическую биохимию. – М. «Мир», 1985.

4. Л. Биохимия растений. – М. «Высшая школа», 1986. С. 312 – 358.

5. , -И. Физиология древесных растений. – М. «Лесная промышленность», 1974. 421 с.

6. Л. Биохимия растений. – М. ВШ. 1986. 502 с.

Источник