12. Обмен липидов
12. Обмен липидов
1. Общие сведения
Запасные жиры растений представляют собой смесь разнокислотных триацилглицеролов, содержащих в одной молекуле, как правило, остатки разных жирных кислот.
Триацилглицеролы (ТАГ) — важнейший источник энергии. Среди главных питательных веществ они являются самыми малоокисленными соединениями, поэтому при их окислении в клетке выделяется наибольшее количество энергии — 38 кДж/г. Около 95 % всей биологически доступной энергии в молекуле ТАГ содержат в себе остатки трех жирных кислот, как правило, с длинной цепью углеродных атомов, глицерин — остальные 5 % энергии.
2. Биосинтез липидов
Биосинтез запасных липидов ТАГ в созревающих семенах масличных растений тесно связан с обменом углеводов. Для протекания этого процесса необходим доступ кислорода и сопровождается затратой значительного количества энергии. Дыхательный коэффициент у созревающих масличных семян, синтезирующих жир из углеводов, значительно превышает 1. На ранних стадиях созревания клетки основных тканей семян — семядолей и эндосперма — заполнены крахмальными зернами. Только потом, на более поздних стадиях созревания, крахмальные зерна замешаются липидами, основным компонентом которых является ТАГ.
Основные этапы синтеза ТАГ в растениях включают образование глицерол-3-фосфата и жирных кислот, а затем сложноэфирных связей между спиртовыми группами глицерола и карбоксильными группами жирных кислот:
3. Гидролиз триацилглицерилов
3.1 Характеристика липаз
Гидролиз ТАГ происходит под действием фермента липазы. Так как ТАГ нерастворимы в воде, фермент липаза действует на границе раздела фаз вода — липиды и является липопротеином с гидрофильно-гидрофобными группами.
Полный гидролиз ТАГ катализируется тремя липазами, первая из которых гидролизует 1,3-связи триацилглицероллипаза. Затем вступает в действие диацилглицероллипаза и, наконец, моноацилглицероллипаза, катализирующая гидролиз сложноэфирной связи в моноацилглицеролах.
Схематически это можно представить в следующем виде:
ТАГ + Н2О ДАГ + Анион жирной кислоты + Н+;
ДАГ + Н2О МАГ + Анион жирной кислоты + Н+;
МАГ + Н2О Глицерол + Анион жирной кислоты + Н+.
3.2 Локализация липаз
Липазы это ферменты, относящиеся к классу гидролаз, подклассу эстераз. Локализация указанных липаз в органоидах клетки различна. Триацилглицероллипаза локализована в мембране липидных сферосом. Липаза, гидролизующая моноацилглицеролы, локализована в мембранах глиоксисом прорастающих семян. Установлено, что указанные липазы отличаются не только по характеру субстрата, но и по оптимуму рН и температуре максимальной активности.
3.3 Активность и характер действия липаз
Имеют важное значение в процессе подготовки к хранению и хранения масличных семян. При повышении влажности семян и повышенной температуре их хранения липазы быстро расщепляют ТАГ, что приводит к повышению кислотного числа масла в семенах и ухудшению его качества.
Следует отметить, что оптимум действия липаз значительно меняется в зависимости от физиологического состояния семян. Так, у семян сои, находящихся в состоянии покоя, оптимальный рН 5, а у прорастающих семян — рН 7. Эта зависимость также установлена для липаз, полученных из семян конопли, хлопчатника, тунга и льна.
Липаза сухих масличных семян устойчива к действию высоких температур, тогда как влажный фермент быстро инактивируется. Влияет и жирнокислотный состав ТАГ-субстрата. Так, липаза клещевины быстрее расщепляет ТАГ, содержащие остатки ненасыщенных жирных кислот, чем насыщенных.
Газовая среда заметно влияет на активность липаз. При понижении содержания кислорода в газовой среде, окружающей семена, до 1...2 %, например при хранении зерна, семян и продуктов их переработки в низкокислородных газовых средах, каталитическая активность липаз снижается аналогично снижению в этих условиях активности других ферментов семян.
Влияние обезжиривания семян на активность фермента зависит от полярности применяемого растворителя, особенно от степени его обезвоживания. Использование высушенного малополярного растворителя — бензина и гексана почти не снижает активности липазы в обезжиренных семенах.
Липазы — это однокомпонентные ферменты, содержащие в активном центре —SH-группу и ионы кальция. По растворимости белковой части фермента липазы различают нерастворимую и растворимую липазы. Нерастворимая содержится в семенах клещевины. Ее оптимальная рН 3,6. для извлечения нерастворимой липазы используют водный раствор NaCl. Растворимая же липаза содержится в семенах злаковых и многих масличных культур, ее оптимальная рН равна 8.