Лекция 3. Обмен и транспорт органического вещества в растениях. Рост и развитие растений. Приспосабливаемость и устойчивость растений

3.1. Обмен и транспорт органических веществ в растениях

Растительный организм представляет собой сложную самоорганизующуюся и саморегулирующуюся биологическую систему, в которой постоянно происходят процессы синтеза, распада и превращения органических веществ, направленные на поддержание его жизненных функций при изменяющихся условиях внешней среды. Главная особенность растений – способность синтезировать огромный набор простых и сложных органических соединений из воды, диоксида углерода и минеральных веществ, используя при этом в качестве первоисточника энергии кванты света, т.е. для них характерен автотрофный (фототрофный) тип питания. Однако следует отметить, что автотрофно питаются лишь те клетки, в которых происходит фотосинтез; остальные клетки питаются гетеротрофно, синтезированными органическими веществами. Связь между этими клетками осуществляется специальными транспортными системами.

Всю совокупность биохимических реакций, происходящих в процессе жизнедеятельности организма, называют метаболизмом, или обменом веществ, а полученные продукты – метаболитами; последовательность биохимических реакций – метаболическими путями.

3.2. Общие закономерности обмена веществ в растительном

организме

В любом живом организме обмен веществ складывается из двух противоположно направленных процессов, идущих с поглощением энергии – анаболизм или выделением энергии – катаболизм. При анаболических процессах происходит синтез сложных органических веществ из более простых соединений; энергия высвобождается при катаболических процессах, при распаде крупных молекул и последующим окислением метаболитов. Эта энергия не теряется, большая ее часть используется для образования АТФ и восстановленных форм нуклеотидов НАД·Н, ФАД·Н₂, НАДФ·Н, которые потом участвуют в анаболических процессах синтеза новых органических веществ.

На первых этапах распада веществ преимущественно происходят гидролитические процессы, в результате которых из сложных углеводов – олиго- и полисахаридов, - образуются моносахариды, белки гидролизуются до аминокислот, жиры превращаются в глицерин и жирные кислоты. Все эти реакции катализируются соответствующими гидролитическими ферментами и сопровождаются сравнительно небольшим изменением свободной энергии.

На следующей стадии в результате окисления моносахаридов, жирных кислот, глицерина, аминокислот, образуются три важных метаболита, занимающих центральное место в обмене веществ, - ацетилкофермент А, щавелеуксусная и а-кетаглутаровая кислоты. Через эти метаболиты осуществляется взаимопревращение многих органических веществ в организмах, в т.ч. белков, липидов, углеводов.

Большая часть моносахаридов, образующихся в результате гидролиза олиго- и полисахаридов, окисляется в реакциях анаэробной фазы дыхания (гликолиза), и конечный продукт этой фазы – пировиноградная кислота – далее путем окислительного декарбоксилирования превращается в ацетилкофермент А. Образуются также восстановленные нуклеотиды НАД·Н. Ацетилкофермент А, ЩУК и а-кетаглутаровая кислота включаются в реакции цикла Кребса и полностью окисляются до оксида углерода и воды. Однако отмечают, что в ходе обмена веществ часто трудно определить, на каком этапе заканчивается синтез веществ и начинается их биологический распад, что составляет задачу продолжающихся исследований в области обмена и транспорта органических веществ в растениях.