Биохимия растений
.pdfТакие липиды в большом количестве содержатся в мембранах˝
хлоропластов растений и некоторых водорослей. Основной н˝ена-
сыщенной жирной кислотой в галактозилдиацилглицеринах ˝явля-
ется линоленовая.
2.4. СТЕРОИДНЫЕ ЛИПИДЫ
Стероидные липиды, или стеролы, — это полициклические спирты, производные циклопентанопергидрофенантрена, ко˝то-
рые присутствуют в клетках растений в свободном виде или ˝в со-
ставе гликозидов. Образуя с белками сложные комплексы, он˝и
участвуют в построении клеточных мембран. Стероиды хорош˝о
растворяются в органических и жировых растворителях, поэ˝тому содержатся в растительных маслах.
В семенах растений содержание стероидных липидов колебл˝ет-
ся в пределах 0,05—1,5 %, в вегетативных частях — 0,05—0,2 % (в
расчете на сухую массу). Особенно много стеролов в дрожжах˝
(свыше 2 %).
Все растительные стеролы имеют стероидное ядро, к которо-˝ му в положениях 10 и 13 присоединены метильные радикалы, в положении 3 — гидроксильная группа, а в положении 17 — угл˝е-
водородный радикал, строение которого может быть различн˝ым.
В стероидном ядре встречаются разные комбинации двойных˝ связей.
Один из важных представителей стероидных липидов — эрг˝о- стерол, который в значительном количестве содержится в ли˝стьях и
плодах растений. При облучении эргостерола ультрафиолет˝овыми
51
лучами его молекула подвергается структурной модификац˝ии, превращаясь в витамин D2 (эргокальциферол). Препараты этого
витамина получают в большом количестве из эргостерола, об˝разу-
ющегося в клетках дрожжей.
В семенах растений в довольно большом количестве содержа˝т- ся стероидные липиды, не способные превращаться в витамин˝ы.
К ним относятся β-ситостерол, стигмастерол, спинастерол, кампе-
стерол, холестерол и некоторые другие. Все они являются полициклическими спиртами, которые различаются числом двойн˝ых
связей в стероидном ядре и строением боковой цепи. Далее п˝ока-
зано строение некоторых из этих липидов:
Стероидные производные входят в состав многих биологиче˝ски активных соединений (гормоны, сердечные гликозиды, глико˝ал-
калоиды, желчные кислоты, витамины), играющих важную роль в˝
жизнедеятельности как растений, так и животных организмо˝в.
52
2.5.ВОСКИ
Êвоскам относятся сложные эфиры высокомолекулярных од-
ноатомных спиртов и карбоновых кислот, имеющие твердую ил˝и
жидкую консистенцию. В состав таких эфиров очень часто вх˝одят
спирты:
Цетиловый СН3(ÑÍ2)14ÑÍ2ÎÍ
Цериловый СН3(ÑÍ2)24ÑÍ2ОН Мирициловый СН3(ÑÍ2)29ÑÍ2ÎÍ
Из карбоновых кислот в состав эфиров воска входят как обы˝ч-
ные жирные кислоты, так и специфические высокомолекулярн˝ые
карбоновые кислоты. Наиболее часто встречаются следующи˝е кислоты:
Карнаубовая СН3(ÑÍ2)22ÑÎÎÍ
Церотиновая СН3(ÑÍ2)25ÑÎÎÍ
Монтановая СН3(ÑÍ2)27ÑÎÎÍ
Наряду с эфирами в восках содержатся углеводороды, ацилгл˝и-
церины, свободные карбоновые кислоты и спирты, а также тер˝пе-
ны, представляющие собой углеводороды, построенные из не-˝
скольких молекул изопрена (см. гл. 13). Углеводороды могут с˝о- ставлять 20—70 % массы воска.
Твердым воском покрываются листья, стебли, цветки, плоды и˝
семена растений для защиты от воздействия неблагоприятн˝ых
факторов внешней среды: предохранение от излишней потери˝ воды или чрезмерного смачивания, воздействия ультрафиол˝етовых лучей и механических повреждений, поражения вредител˝ями и проникновения бактериальной и грибной инфекции.
Жидкий воск содержится в тканях растений. Особенно много
его в оболочках плодов и семян, где он во взаимодействии с твердым воском образует структурную основу покровной ткани.
Содержание воска в оболочках семян обычно находится в пре˝- делах 0,01—0,2 %, в оболочках плодов — 3—18 % (в расчете на су-
хую массу). При повреждении во время транспортировки и хра˝не-
ния воскового налета на поверхности плодов и овощей они б˝ыстрее поражаются инфекцией и подвергаются порче.
Известны растения (в основном тропического происхожде-
ния), способные накапливать много воска, который использу˝ется
для промышленной переработки (изготовление свечей, масти˝ки, лекарственных средств). Воск может откладываться толстым˝ сло-
ем на поверхности листьев (восконосная пальма карнауба), с˝тво-
лов (пальмы из рода Ceroxylon), плодов (мирика восконосная), а
53
также в тканях стеблей (лангсдорфия подземная). Особой цен˝ностью обладает воск, образующийся в семядолях растений хохо˝бы (симмондсия китайская), который имеет жидкую консистенци˝ю и используется в медицинских целях.
Контрольные вопросы. 1. Каковы основные группы липидов и какие они выполняют функции в организмах? 2. Из каких жирных кислот и ац˝илглицеринов образуются молекулы жиров? 3. В чем состоят особенности тве˝рдых и жидких жиров, а также жиров разных растений? 4. Какие жирные кислоты называют незаменимыми и почему? 5. Для чего и как используются показатели˝, называемые числами жиров? 6. Какие химические изменения происходят в п˝роцессах прогоркания и высыхания жиров? 7. Как классифицируют растительны˝е масла по способности к высыханию? 8. Каковы структурные и функциональн˝ые особенности различных групп фосфолипидов и гликолипидов? 9. Какие изве˝стны разновидности стероидных липидов? 10. В чем состоят химические и биоло˝гические особенности воска у различных видов растений? 11. В каком количест˝ве содержатся различные группы липидов в растительных продуктах? 12. Как влия˝ют липиды на качество растительной продукции?
54
3. АМИНОКИСЛОТЫ
∙
3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АМИНОКИСЛОТ
Аминокислоты — это первичные азотистые вещества растен˝ий, которые синтезируются с использованием минерального аз˝ота,
поступающего главным образом из почвы. В молекулах аминок˝ис-
лот имеются карбоксильные и аминные группы, соединенные с˝
органическим радикалом алифатической, ароматической ил˝и ге-
тероциклической природы. Если аминокислота содержит одн˝у карбоксильную и одну аминную группу, связанную со вторым ˝уг-
леродным атомом (α-положение), строение такой аминокислоты
можно выразить следующей формулой:
Аминокислоты, имеющие одну карбоксильную и одну аминную группу, принято называть моноамuномонокарбоновымu. Ó
большинства из них аминогруппа находится в α-положении по
отношению к атому углерода карбоксильной группы. Однако извест-
ны также некоторые аминокислоты, у которых аминогруппа св˝я- зана с другими углеродными атомами (β, γ, δ è äð., ñì. òàáë. 3.1).
В организмах также синтезируются аминокислоты с двумя ка˝р- боксильными или двумя аминными и другими азотсодержащим˝и
группировками. Аминокислоты, содержащие две карбоксильн˝ые
и одну аминную группы, обычно называют моноамuнодuкaрбоновымu, а имеющие две аминные и одну карбоксильную — диаминомонокарбоновымu. Кроме того, аминокислоты различаются по строению радикала R, который может быть представлен н˝е-
разветвленной, а иногда и разветвленной углеродной цепью˝, аро-
матическими и гетероциклическими производными.
Наряду с аминокислотами важную роль в обмене азотистых ве˝- ществ играют некоторые иминокислоты (пролин, пипеколинов˝ая
кислота и др.), содержащие вторичную аминную группировку
(=NH). Они близки по своим физико-химическим свойствам к истинным аминокислотам и выполняют сходные биологическ˝ие
функции.
55
3.1. Важнейшие аминокислоты растений
|
Сокра- |
|
|
|
|
щенное |
|
|
|
Название |
обозна- |
Строение молекулы |
Биологическая роль |
|
чение |
аминокислоты |
|||
|
|
|||
|
в составе |
|
|
|
|
белков |
|
|
Ì î í î à ì è í î ì î í î ê à ð á î í î â û å ê è ñ ë î ò û
Глицин Gly
|
+ |
Бетаин |
(ÑÍ3)3NCH2COO– |
α-Аланин |
Ala |
β-Аланин
Серин Ser
Цистеин Cys
Оптически неактивен. Входит в состав белков, участвует в формировании их β-структуры. Используется для синтеза пуриновых нуклеотидов и глутатиона Продукт азотного
обмена некоторых растений, донор метильных групп Входит в состав белков, продукт восстановительного аминирования пировиноградной кислоты Входит в состав
пантотеновой кислоты, кофермента А и ацилпереносящих белков (АПБ) Входит в состав белков, влияет на их гидрофильность, способность к фосфорилированию Входит в состав белков, участвует в образовании дисульфидных связей
S-Метил- |
Продукт азотного |
цистеин |
обмена, донор ме- |
|
тильных групп |
Гомосерин |
Промежуточный |
|
продукт в биосин- |
|
тезе треонина |
Гомоцистеин |
Промежуточный |
|
продукт в биосин- |
|
тезе метионина |
56
|
|
|
Продолжение |
|
|
|
|
|
|
|
Сокра- |
|
|
|
|
щенное |
|
|
|
Название |
обозна- |
Строение молекулы |
Биологическая роль |
|
чение |
аминокислоты |
|||
|
|
|||
|
в составе |
|
|
|
|
белков |
|
|
|
γ-Амино- |
|
|
Продукт распада |
|
масляная |
|
|
глутаминовой |
|
кислота |
|
|
кислоты |
|
Треонин |
Thr |
|
Незаменимая ами- |
|
|
|
|
нокислота, влияет |
|
|
|
|
на гидрофильность |
|
|
|
|
белков |
|
Метионин |
Met |
|
Незаменимая ами- |
|
|
|
|
нокислота, донор |
|
|
|
|
метильных групп |
|
S-Метил- |
|
|
Донор метильных |
|
метионин |
|
|
групп, витамин U |
|
Валин |
Val |
|
Незаменимая ами- |
|
|
|
|
нокислота, влияет |
|
|
|
|
на гидрофобность |
|
|
|
|
белков |
|
Лейцин |
Leu |
|
Òî æå |
|
Изолейцин |
Ile |
|
» |
|
Фенилаланин |
Phe |
|
» |
|
Тирозин |
Tyr |
|
Входит в состав бел- |
|
|
|
|
ков, при окислении |
|
|
|
|
образует темно- |
|
|
|
|
окрашенные веще- |
|
|
|
|
ства — меланины |
57
|
|
|
Продолжение |
|
|
|
|
|
|
|
Сокра- |
|
|
|
|
щенное |
|
|
|
Название |
обозна- |
Строение молекулы |
|
Биологическая роль |
чение |
|
аминокислоты |
||
|
|
|
||
|
в составе |
|
|
|
|
белков |
|
|
|
|
Ì î í î à ì è í î ä è ê à ð á î í î â û å ê è ñ ë î ò û |
|||
Аспараги- |
Αsp |
|
Входит в состав |
|
новая |
|
|
белков, участвует |
|
кислота |
|
|
в формировании |
|
|
|
|
заряда белковой |
|
|
|
|
молекулы, пред- |
|
|
|
|
шественник в син- |
|
|
|
|
тезе многих амино- |
|
|
|
|
кислот и нуклеоти- |
|
|
|
|
äîâ |
|
Глутамино- |
Glu |
|
Входит в состав |
|
вая кислота |
|
|
белков, участвует |
|
|
|
|
в формировании |
|
|
|
|
заряда белковой |
|
|
|
|
молекулы, пред- |
|
|
|
|
шественник в син- |
|
|
|
|
тезе многих амино- |
|
|
|
|
кислот, глутатиона, |
|
γ-Метилен- |
|
|
фолиевой кислоты |
|
|
|
Продукт азотного |
||
глутамино- |
|
|
обмена некоторых |
|
вая кислота |
|
|
видов растений |
|
|
Ä è à ì è í î ì î í î ê à ð á î í î â û å ê è ñ ë î ò û |
|||
Орнитин |
|
|
Продукт орнитино- |
|
|
|
|
вого цикла и распа- |
|
|
|
|
да аргинина |
|
Цитруллин |
|
|
Продукт орнитино- |
|
|
|
|
вого цикла |
Аргинин |
Αrg |
Продукт орнитино- |
|
|
вого цикла, входит |
|
|
в состав белков, |
|
|
участвует в форми- |
|
|
ровании заряда бел- |
|
|
ковой молекулы |
Лизин |
Lys |
Незаменимая ами- |
|
|
нокислота, участву- |
|
|
ет в формировании |
|
|
заряда белковой |
58
|
|
|
|
Продолжение |
|
|
|
|
|
|
|
Сокра- |
|
|
|
|
щенное |
|
|
Название |
|
обозна- |
Строение молекулы |
Биологическая роль |
|
чение |
аминокислоты |
||
|
|
|
||
|
|
в составе |
|
|
|
|
белков |
|
|
|
|
|
|
молекулы, пред- |
|
|
|
|
шественник в син- |
|
|
|
|
тезе некоторых ал- |
|
|
|
|
калоидов |
|
|
Ä è à ì è í î ä è ê à ð á î í î â û å ê è ñ ë î ò û |
||
α,ε-Диами- |
|
|
Предшественник |
|
нопимели- |
|
|
|
в синтезе лизина |
новая кислота |
|
|
|
|
|
|
à å ò å ð î ö è ê ë è ÷ å ñ ê è å à ì è í î ê è ñ ë î ò û |
||
Гистидин |
|
His |
|
Входит в состав |
|
|
|
|
белков, участвует |
|
|
|
|
в формировании |
|
|
|
|
заряда белковой |
|
|
|
|
молекулы |
Триптофан |
|
Trp |
|
Незаменимая ами- |
|
|
|
|
нокислота, пред- |
|
|
|
|
шественник в син- |
|
|
|
|
тезе никотиновой |
|
|
|
|
кислоты |
|
|
|
È ì è í î ê è ñ ë î ò û |
|
Пролин |
|
Pro |
|
Входит в состав бел- |
|
|
|
|
ков, участвует |
|
|
|
|
в формировании |
|
|
|
|
β-структуры белков, |
|
|
|
|
накапливается |
|
|
|
|
в клетках растений |
|
|
|
|
при вододефицит- |
|
|
|
|
ном стрессе |
Оксипролин |
|
|
|
Содержится в лис- |
|
|
|
|
тьях некоторых рас- |
|
|
|
|
тений, образуется |
|
|
|
|
в белковой молеку- |
|
|
|
|
ле в результате мо- |
|
|
|
|
дификации проли- |
Пипеколино- |
|
|
|
íà |
|
|
|
|
|
вая кислота |
|
|
Промежуточный |
|
|
|
|
|
продукт в синтезе |
некоторых алкалоидов
59
|
|
|
Продолжение |
|
|
|
|
|
|
|
Сокра- |
|
|
|
|
щенное |
|
|
|
Название |
обозна- |
Строение молекулы |
Биологическая роль |
|
чение |
аминокислоты |
|||
|
|
|||
|
в составе |
|
|
|
|
белков |
|
|
|
|
|
À ì è ä û à ì è í î ê è ñ ë î ò |
|
|
Аспарагин |
Αsn |
|
Продукт ассимиля- |
|
|
|
|
ции аммонийного |
|
|
|
|
азота, входит в со- |
|
|
|
|
став белков |
|
Глутамин |
Gln |
|
Òî æå |
|
γ-Метилен- |
|
|
Продукт ассимиля- |
|
глутамин |
|
|
ции аммонийного |
|
|
|
|
азота у некоторых |
|
|
|
|
растений |
Важную роль в растительном организме играют производные˝
аминокислот — амиды и бетаины, из которых наиболее хорош˝о
изучены аспарагин, глутамин и гликоколбетаин. Аспарагин и˝ глу-
тамин участвуют в построении белковых молекул, являются п˝ро-
дуктами обмена многих азотистых веществ. Гликоколбетаин˝ — продукт азотного обмена у некоторых растений, служит акти˝вным
донором метильных групп.
Âñå α-аминокислоты, за исключением глицина, содержат асим-
метрические атомы углерода и проявляют оптическую актив˝ность.
D- и L-формы аминокислот различают по положению водоро-
да и аминогруппы у α-углеродного атома. За эталон сравнения принимаются конфигурации молекул L- и D-серина. Изомеры
аминокислот, имеющие расположение в пространстве водоро˝да и
аминогруппы у α-углеродного атома такое же, как у L- или D-се- рина, относят соответственно к L- или D-ряду.
Направление и угол вращения плоскости поляризации света˝ у
разных аминокислот и их оптических изомеров зависят от ст˝рое-
ния радикала R, реакции среды (рН), природы растворителя и ра˝- створенных в нем веществ.
60