Лекции биохимия 2. Резюме по модульной единице 4

• Название: Резюме по модульной единице 4
• Анкор: Лекции биохимия 2.doc
• Дата: 05.03.2018
• Размер: 2.84 Mb.
• Имя файла: Лекции биохимия 2.doc
• Тип: Документы; #16270
• страница: 14 из 14

Затем под действием фермента сахарозо-УДФ-глюкозилтрансферазы остаток глюкозы от УДФ-глюкозы переносится на фруктозу с образованием сахарозы:

УДФ-глюкоза + фруктоза D сахароза + УДФ

Совершенно очевидно, что в результате обращения указанных выше двух реакций возможно также превращение сахарозы в крахмал.

Синтез и распад полифруктозидов. В растениях найдены ферменты, катализирующие превращения сахарозы в полифруктозиды и свободную глюкозу. У некоторых растительных видов (мятликовые, лилейные, астровые, колокольчиковые) образовавшиеся при фотосинтезе углеводы превращаются во фруктозиды, которые затем поступают в созревающие семена или другие запасающие органы. Схематически превращение сахарозы в полифруктозиды можно представить следующим образом:

n сахароза ¾® n глюкоза + [фруктоза]ո

Ф
ерменты, катализирующие указанные превращения содержатся также в клетках бактерий. Донором фруктозных остатков при синтезе полифруктозидов служит УДФ-фруктоза:

При биосинтезе инулина остатки фруктозы присоединяются от УДФ-фруктозы к молекуле сахарозы, включающей остатки глюкозы и фруктозы:

глюкозо-О-фруктоза + УДФ-фруктоза ¾®глюкозо-О-фруктоза-О-фруктоза + УДФ

сахароза

В ходе реакции между остатками фруктозы образуется b(1®2)-связь. В дальнейшем к полученному продукту вновь осуществляется перенос остатка фруктозы от УДФ-фруктозы с образованием новой b(1®2)-связи. Удлинение полифруктозной цепи по указанному механизму будет продолжаться до тех пор, пока полностью не закончится синтез молекулы инулина. Распад молекулы инулина происходит гидролитическим путём под действием фермента инулазы (3.2.1.7) с образованием свободной фруктозы и сахарозы. Другие полифруктозиды гидролизуются соответствую-щими гликозидазами до свободной фруктозы.

Синтез и распад целлюлозы. Молекулы целлюлозы построены из остатков b-D-глюкозы, соединённых b(1®4)-связями. В опытах in vitro с использованием бесклеточных ферментных экстрактов, выделенных из растений, показано, что синтез клетчатки может осуществляться из УДФ-глюкозы или ГДФ-глюкозы (гуанозиндифосфатглюкозы), а также фрагментов целлюлозы (целлодекстринов), выполняющих роль акцепторов остатков b-глюкозы.

Содержащийся в составе этих экстрактов фермент целлюлозосинтетаза (2.7.7.34) катализирует синтез молекул целлюлозы по схеме:

[b-глюкоза]_n + ГДФ-b-глюкоза ¾® [b-глюкоза]_n+1 + ГДФ

Молекулы фермента образуют полиферментный комплекс, который катализирует одновременный синтез многих молекул целлюлозы, формирующих микрофибриллу. В микрофибриллах полимерные цепи из остатков β-глюкозы соединены водородными связями.

Молекулы целлюлозы расщепляются в основном путём гидролиза под действием фермента целлюлазы (3.2.1.4) с образованием целлобиозы. Особенно высокой целлюлазной активностью отличаются клетки многих почвенных микроорганизмов, а также клетки бактерий пищеварительной системы жвачных животных. Имеются также сведения о том, что и в листьях растений при их старении происходит процесс распада целлюлозы и превращения её в растворимые формы, которые затем подвергаются оттоку в созревающее зерно или клубни.

Продукт гидролиза целлюлозы – целлобиоза подвергается гидролитическому расщеплению с участием фермента b-глюкозидазы (3.2.1.21) до свободной b-глюкозы.

Гемицеллюлозы. В биосинтезе гемицеллюлоз также принимают участие ферменты, катализирующие перенос остатков моносахаридов от их нуклиозиддифосфатпроизводных на соответствующий олигосахарид, служащий первичным акцептором при образовании полисахарида. В качестве донора остатков ксилозы для синтеза ксиланов используется УДФ-ксилоза. Донором остатков арабинозы при образовании молекул арабанов служит УДФ-арабиноза. Для синтеза маннанов активированной формой моносахаридных остатков для включения в состав полисахаридной цепи является ГДФ-манноза (гуанозиндифосфатманноза).

Распад гемицеллюлоз происходит в основном гидролитическим путём под действием ферментов гемицеллюлаз. Такие ферменты найдены в клетках бактерий и плесневых грибов, а также в прорастающих семенах растений. Активирование гемицеллюлаз наблюдается в листьях растений в процессе их старения, при этом образующиеся в результате гидролиза гемицеллюлоз растворимые формы углеводов поступают в созревающие семена или клубни (у картофеля). Отмечается распад гемицеллюлоз и при созревании плодов у некоторых плодовых культур.

Пектиновые вещества. Пектины синтезируются из УДФ-галактуроновой кислоты, которая образуется при окислении УДФ-глюкозы или УДФ-галактозы, а также в результате активирования свободной галактуроновой кислоты путём фосфорилирования и взаимодействия с УТФ:
галактуроновая кислота + АТФ ¾® 1-фосфогалактуронова кислота + АДФ

1-фосфогалактуроновая кислота + УТФ ¾® УДФ-галактуроновая кислота + Н₄Р₂О₇

В
ходе образования пектинов остатки a-D-галактуроновой кислоты под действием специфических трансфераз переносятся от УДФ-галактуроновой кислоты на соответствующий акцептор. Одновременно происходят реакции метилирования карбоксильных групп под действием фермента метилтрансферазы, катализирующего перенос метильных радикалов от S-аденозилметионина на полигалактуроновую кислоту:

S-аденозил-

гомоцистеин

полигалактуроновая пектин

кислота
При взаимодействии пектина с галактанами и арабанами осуществляется синтез сложноэфирных связей протопектина с участием карбоксильных групп, содержащихся в молекулах пектина. Эти реакции также катализируют специфические трансферазы, осуществляющие синтез протопектина в клеточных стенках растений или в формирующихся плодах.

Распад протопекина происходит гидролитическим путём под действием ферментов протопектиназ, катализирующих гидролиз сложноэфирных связей, соединяющих полимерные цепи пектина с галактанами и арабанами. Процессы гидролиза протопекинов очень активно протекают в растениях при созревании плодов и старении листьев.

Под действием фермента пектазы (3.1.1.11), катализирующего гидролиз сложноэфирных связей метоксильных групп, пектины превращаются в полигалактуроновую (пектиновую) кислоту и метиловый спирт. Полигалактуроновая кислота в отличие от пектина не обладает способностью образовывать желе, но очень легко взаимодействует с катионами металлов, образуя нерастворимые соли. На этом основано химическое определение пектиновых веществ и происходит их защитное действие в пищеварительной системе человека и животных по связыванию и выведению из организма катионов тяжелых металлов.

Пектиновая кислота подвергается гидролизу с участием фермента полигалактуроназы (3.2.1.15), или пектиназы, действующей на О-глико-зидные связи, соединяющие остатки a-D-галактуроновой кислоты. Комплекс ферментов, гидролизующих пектиновые вещества, особенно активен в препаратах, получаемых из плесневых грибов. В связи с этим указанные препараты применяются для осветления плодовых соков и вин, содержащих растворимый пектин, который является причиной их возможной непрозрачности.
Вопросы для повторения:

1. В какой последовательности происходит синтез гексозы из СО₂ и Н₂О в ходе реакций цикла Кальвина? 2. При каких условиях усиливаются реакции фотодыхания и как они влияют на эффективность процесса фотосинтеза? 3. Как происходит ассимиляция СО₂ у С₄-растений? 4. Какие биохимические реакции происходят в пентозофосфатном цикле и какова его биологическая роль? 5. Как происходит синтез из моносахаридов спиртов? 6. Какие известны взаимные превращения гексоз (глюкозы, фруктозы, маннозы и галактозы)? 7. Каковы механизмы образования в организмах рибозы, ксилозы, арабинозы, эритрозы, глицеринового альдегида и диоксиацетона? 8. Как осуществляются синтез и превращения сахарозы и других олигосахаридов? 9. Какие биохимические реакции лежат в основе синтеза и распада крахмала, полифруктозидов, целлюлозы, гемицеллюлоз, пектиновых веществ? 10. С участием каких ферментов происходят синтез, превращения и распад раличных моносахаридов, сахарозы, крахмала и других полисахаридов?
Резюме по модульной единице. Первичный синтез углеводов в фотосинте-зирующих клетках осуществляется в ходе реакций цикла Кальвина. У С₃-растений эти реакции происходят в тех же клетках, в которых протекают фотохимические реакции усвоения солнечной энергии, а у С₄-растений – в клетках обкладочной паренхимы. В реакциях цикла Кальвина образуются не свободные моносахариды, а их фосфорнокислые эфиры – 3-фосфоглицериновый альдегид, фосфодиоксиацетон, эритрозо-4-фосфат, рибозо-5-фосфат, фруктозо-6-фосфат. В нефотосинтезирующих клетках указанные фосфаты моносахаридов синтезируются в ходе реакций пентозофосфатного цикла. Фосфорнокислые эфиры триоз образуются также в анаэробной стадии дыхания. Фосфаты моносахаридов легко подвергаются взаимопревращениям под действием соответствующих изомераз. Полный распад моносахаридов осуществляется в реакциях дыхания. Ксилоза и арабиноза образуются в результате окислительного декарбоксилирования глюкозы и галактозы.

В синтезе олиго- и полисахаридов важную роль играют нуклеозиддифосфат-производные моносахаридов – УДФ-глюкоза, УДФ-фруктоза, ГДФ-глюкоза, АДФ-глюкоза, УДФ-галактуроновая кислота и др. Они служат донорами моносахаридных остатков при синтезе олиго- и полисахаридов. Активирование молекул моносахаридов происходит путём фосфорилирования, которое катализируют ферменты – киназы (фосфотрансферазы). Синтез сложных углеводов катализируют гликозилтрансферазы, а распад – соответствующие гликозидазы – β-фруктофуранозидаза, α-глюкозидаза, амилазы, инулаза, протопектиназы и пектиназы, целлюлазы и др. В распаде крахмала участвуют также фосфорилазы, под действием которых из крахмала образуется глюкозо-1-фосфат.
Тестовые задания к лекции. Тесты № 115-155.