33. Органические кислоты растений алифатического ряда: их распространение у растений и значение для жизнедеятельности.
В плодах растений органические кислоты преимущественно находятся в свободном виде, в листьях же и других органах растений преобладают их соли.
Летчие и нелетучие органические кислоты
Органические кислоты делят на две группы - летучие и нелетучие. К летучим относят муравьиную, уксусную, пропионовую, масляную, валериановую, изовалериановую и др.
ОКсодержатся в растениях, как в свободном
виде, так и в виде солей и эфиров.
Летучие ОКв соединении с эфиром обуславливают аромат.
ОКдстрого локализованы по отдельным тканям плодов. Их больше в мякоти, гораздо меньше в кожуре и еще меньше в семенах.
ФункцииОК:
являются исходным материалом для ресинтеза углеводов, аминокислот, жиров и др.;
представляют собой важнейший промежуточный продукт процессадыхания (цикл трикарбоновых кислот);
обеспечивают взаимосвязь превращения углеводов, белков и жиров(глиоксилатный цикл);
участвуют в создании рН и поддержании буферных свойств клеточного сока;
обеспечивают набухание биокаллоидов и поступление воды в незрелые плоды;
у некоторых растений являются запасной и транспортной формойфотоассимилятов;
обеспечивают устойчивость растений к физиологическим заболеваниям;
участвуют в создании вкусовых качеств продукции.
Изменение содержания органических кислот при созревании и хранении плодов и овощей.
У кислых листовых овощей (ревень, щавель) кислотность достигает максимума в молодых листьях, а затем постепенно падает при старении. У листьев табака, где кислоты находятся главным образом в связанном состоянии, обнаружены обратные отношения.
Наряду с изменением кислотности в процессе онтогенеза в растении происходят важные изменения составаок. Например, в молодых листьях ревеня преобладают яблочная и лимонная кислоты, в старых – щавелевая. Максимальная концентрация лимонной кислоты в листьях наблюдается весной, яблочной – летом и щавелевой – осенью.
Весной прорастание корневища сопровождается перемещением щавелевой кислоты в молодые листья.
Она служит исходным материалом дляресинтеза углеводов(1 ф-ия). Затем начинается активное новообразование окглавным образом яблочной. Осенью происходит отток щавелевой кислоты из листьев в корневище. Следовательно, щавелевая кислота является важной запасной и транспортной формой фотоассимилятов у растений (пример-ревень).(6 ф-ия)
Вновь образовавшиеся плоды почти не отличаются по химическому составу от зеленых листьев. Только через некоторое время, с увеличением размеров плодов, в них накапливаются ОК, и плоды приобретают кислый вкус. В этот начальный период жизни плода до наступления созревания накапливаются главным образом свободные кислоты, в связи с чем увеличивается концентрация водородных ионов и уменьшается рН.(4 ф-ия)
Быстрое возрастание концентрации протонов в растущих плодах тесно связано с непрерывным увеличением содержания в них воды. Поступление воды в растущие плоды происходит главным образом путем набухания гидрофильных каллоидов, содержащихся в клеточных стенках,так как вакуоли в клетках еще не развиты и растущие плоды обладают достаточно низким осмотическим давлением. Следовательно, повышенная концентрация водородных ионов в незрелых плодах увеличивает набухание биокаллоидов и тем самым облегчает поступление воды в растущих плод.(5-я ф-ия).При замедлении роста плодов концентрация протонов падает, и способность коллоидов поглощать воду уменьшается.
Наступающее созревание плода сопровождается постепенным уменьшением содержания воды, несмотря на происходящее при этом накопление сахаров и увеличение осмотического давления сока.
Созревающие плоды постепенно теряют резкий кислый вкус, что обусловлено несколькими причинами:
- накоплением сахаров и повышением соотношения сахар/кислота;
- уменьшением концентрации водородных ионов вследствие увеличения доли связанных кислот.
Таким образом, при созревании плодов абсолютное содержание ОКв плодах обычно мало изменяется. Только в последние фазы созревания происходит распадОК,потребляемых в процессе дыхания и для ресинтеза углеводов. Происходящие при созревании плодов изменения в содержании ОКтесно связаны с изменением дыхательного газообмена.
*(С момента уборки плодов уровень кислот непрерывно уменьшается, причем чаще быстрее сахаров. По этой причине увеличение сладости при хранении плодов объясняется не возрастанием содержания сахаров, а снижением уровня кислот. Несмотря на снижение общегоуровня содержания кислот в хранящихся плодах, количество отдельных кислот может одновременно возрастать.
Накопление той или иной кислоты обусловлено главным образом возникновением нарушений отдельных превращений в цикле трикарбоновых кислот.
Обмен органических кислот у высших растений
В настоящее время установлено, что ОК образуются в процессе дыхания растений и представляют собой продукты неполного окисления сахаров. Имеются весьма убедительные данные,
свидетельствующие о том, что источником образования ОКу высших растений являются сахара. Вместе с тем ОК– исходный строительный материал для синтеза самыхразличных соединений – углеводов, аминокислот, жиров. Кроме того в растении отдельные ОКмогут легко превращаться друг в друга.
У суккулентов происходят весьма существенные изменения в содержании ОКв течение суток. В этом отношении особенно ярким примером являются изменения, наблюдаемые у Bryophyllumcalycinum. Утром листья этого растения содержат наибольшееколичество ок чем свидетельствует их кислыйвкус; к полудню содержание к-т резко снижается илистья становятся безвкусными, а вечером – даже горькими.
Эти изменения в содержании кислот зависят от фотосинтетической деятельности листа и поэтому тесно связаны с изменениями в содержании углеводов, прежде всего крахмала. Уменьшение содержанияОК в растении сопровождается накоплением крахмала, и обратно. То есть у растений Bryophyllum наблюдается теснейшая взаимосвязь между содержанием ОКи углеводов, чтосвидетельствует об общности их обмена.
В образовании и взаимопревращении ОКв растениях первостепенную роль играют ферментативные реакции циклатрикарбоновых кислот (цикл Кребса).
В норме в растительных тканях пировиноградная кислота (ПВК),
образовавшаяся в процессе гликолиза, диффундирует в митохондриии в результате окислительного декарбоксилирования превращается вацетил-СоА. Жирные кислоты в результате β-окисления также образуют ацетил-СоА. Цикл трикарбоновых кислот начинается с конденсации ацетильного остатка ацетил-СоА со щавелево-уксусной кислотой (ЩУК) с образованием трикарбоновой лимонной кислоты
Вторая важная сторона цикла Кребса – синтез и взаимопревра-щения ОК. С этими взаимопревращениями связано созревание плодов, а также возникновение некоторых функциональных растройств – побурение тканей. Так, А. Хьюм в исследованиях на яблоках показал, что щавелевоуксусная кислота, образующаяся в цикле Кребса, тормозит скорость окисления яблочной и янтарной кислот. Как только плоды достигают определенной степени зрелости, появляются новые ферментативные системы, не связанные с циклом Кребса, превращающие щавелевоуксусную кислоту в аспарагиновую кислоту. При этом возрастает окисление яблочной кислоты, как в процессе дыхания, так и в результате декарбоксилирования, при котором происходит ее распад до углекислого газа и ацетальдегида. С образование ацетальдегида многие исследователи связывают возникновение функциональных расстройств, в частности, так называемый загар яблок и коричневую пятнистость цитрусовых плодов. Побурение тканей яблок может быть также следствием накопления некоторых кетокислот – α-кетоглутаровой, щавелевоуксусной, пировиноградной.