WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 22 | 23 || 25 | 26 |   ...   | 58 |

Это соединение служит ключевым промежуточным продуктом при биосинтезе изопрена.

Следующий этап состоит в превращении З-окси-3-метилглутарил в мевальдиновую кислоту. Это восстановительный процесс, зависимый от НАДФН. Мевальдиновая кислота далее восстанавливается до мевалоновой кислоты, являющейся первым продуктом в цепи реакций, свойственных исключительно метаболизму изопреноидов. Затем происходит фосфорилирование мевалоновой кислоты с образованием фосфомевалоновой кислоты, которая вновь фосфорилируется и превращается в пирофосфомевалоновую кислоту. Далее карбоксильная группа пирофосфомевалоновой кислоты удаляется в виде CO2, происходит отщепление воды и образование двойной связи. Образуется изопентенил дифосфат (изопентилпирофосфат), который является предшественником изопрена [Cанадзе, 2004;

2010]. Недавно предложен новый путь биосинтеза изопреноидов, где изопрен синтезируется в хлоропластах в деоксиксилозофосфат метилэритритол 4-фосфатном биосинтетическом пути [Lichtenthaler, 1999; Sharkey and Yeh, 2001]. Также выделены ключевой фермент образования изопрена изопренсинтаза и его ген [Sasaki et al., 2005].

В 1990 году обнаружено [Hewitt et al., l990], что листья травянистого растения арундо тростникового Arundo donax выделяют изопрен, причем выделение газа не зависит от фотодыхания, но зависит от фотосинтеза. Это было ранее показано Г.А Санадзе с сотр.

[1975] для других видов растений, поскольку синтез изопрена - светозависимая реакция.

Как источник энергии для этого синтеза также необходим АТФ. Исходным соединением для синтеза изопрена, как и многих других соединений, является ацетил-КоА, который возникает из пирувата (см. раздел 3.6, Рис.55). В хлоропластах, как полагают [Cанадзе и др., 1990в] существует тесная связь между фотосинтетическим метаболизмом углерода и синтезом ряда соединений, образующихся из ацетил-КоА, например жирных кислот, полипренолов, каротиноидов и др. веществ. При ингибировании синтеза этих соединений и фотосинтетического усвоения CO2 возникает временный избыток ацетил-КоА (например, при гликолитическом образовании пирувата), который согласно гипотезе Санадзе [1990] может увеличить скорость образования и выделения изопрена. Однако, еще в 1975 г было показано [Jones and Rassmussen, 1975], что у ряда растений, в том числе Hamamelis и Quercus, интермедиаты фотодыхания гликолат и глицин включаются в изопрен даже в большей степени, чем ацетат или мевалонат. Возможно, что такая же связь между выделением изопрена и фотодыханием существует и у листьев осины Populus tremula и некоторых других видов растений [Monson, Fall, 1989]. Таким образом, синтез изопрена может, по-видимому, происходить как из ацетил-КоА, через мевалонат до изопентилпирофосфата или через гликолат.

Поскольку изопрен - продукт нормального метаболизма фотосинтезирующих тканей, можно полагать, что он присутствует и во внутреннем воздухе ассимилирующих тканей, хотя до последнего времени он был найден только в окружающем растение воздухе. Попытки обнаружить его во внутреннем воздухе, по-видимому, еще не предпринимались. В последние годы двадцатого века появились сведения [Gelmont et al., 1981], что изопрен присутствует в воздухе, выдыхаемом человеком и некоторыми животными. В газах, выделяемых в процессе дыхания, обнаружены также этан и пентан, которые являются продуктами перекисного окисления жирных кислот. Но главным газом все же является изопрен. В сутки один индивидуум выделяет 2 -4 мг изопрена. Таким образом, изопрен выделяется как растительными, так и животными организмами. За исключением транспортных и промышленных выбросов в воздухе, основными источниками этого газа в биосфере являются растения.

Интересные данные о содержании изопрена в атмосфере лесов Амазонки приводят Рассмюссен и Кхахил [Rassmussen and Khahil, 1988]. Изопрен в значитальных количествах выделяется тропическими лесами, и продукция газа осуществляется весь год. Наибольшее количество изопрена по объему содержится под пологом леса, где достигает 8 частей на биллион частей воздуха. С повышением высоты до 300 м над землей концентрация газа составляет всего 1-2 части на биллион. В низких слоях атмосферы концентрация изопрена подвергается сильным изменениям. Больше всего его днем, максимум приходится на середину дня, и очень мало содержится ночью. Глобальное выделение изопрена рассчитанное по выделению этого газа листьями растений составляет 3,5х 10 14 т углерода в год.

Интерес к выделению изопрена растениями обусловлен тем, что этот углеводород играет главную роль в фотохимическом образовании озона в тропосфере урбанизированных районов [Trainer et al., 1987, Chameides et al., 1988]. Кроме того изопрен участвует в образовании СО, оксигенированных углеводородов и органических кислот [Jacob, Wofsy 1988]. Оцениваемая глобальная эмиссия изопрена очень велика порядка 350-400 х 10 т углерода в год. Эта величина сопоставима с величинами для метана 300-400 х 10 12 т углерода в год [Zimmerman et al., 1978; Rassmussen, Khahil, 1988;

Cicerone, Oremland, 1988]. Оценка влияния изопрена на атмосферный состав газов также проведена в модельных системах [Grote and Niinemets, 2008].

Терпеноиды. Широко распространены в природе и производные изопентилпирофоcфата - терпеноиды, составляющие основную часть летучих выделений хвойных растений [Степанов, 1972; Yokouchi, Ambe, 1984; Степень, Сухинин, 1985], эфирного масла шалфея Salvia leucophylla и полыни Аrtemisia californica (Muller, 1965]. Полагают, что терпеноиды являются нормальными компонентами растительных клеток и что синтез терпенов могут осуществлять обычные неспециализированные клетки. Последнее подтверждается опытами на культурах изолированных тканей. Сообщается [Berlin et al.,1984], что клетки культуры тканей Thuya occidentalis выделяют большое количество монотерпенов (до 3 мг на l г сухого веса за сутки).



В составе выделений были обнаружены -пинен, -пинен, мирцен, лимонен и терпинолен. Продукция монотерпенов тканями розмарина и лаванды показана в табл. 20. Ее данные подтверждают видовую специфику состава монотерпенов и зависимость их содержания от степени дифференцировки ткани. Наиболее интенсивно продукция монотерпенов осуществляется зрелыми листьями по сравнению с культурой ткани и проростками.

Таблица 20. Содержание монотерпенов в разных тканях растений [Webb et al., 1984].

Ткань Монотерпены, мкг/г сырой массы -пинен -пинен 1,8-цинеол -оцимен Rosmarinus officinalis Культура ткани 0,18 0,3 6,2 — Проростки, 5 дней 4,90 24,Лист зрелый 140,00 150,0 690,0 — Lavandula angustifolia Культура ткани — 0,7 — 0,Проростки — 5,0 67,0 — Листья 60,0 85,0 Примечание: (—) - < 10-4 мкг/г.

Синтез терпенов происходит в пластидах. В железках экзокарпия фруктов Poncirus trifoliata он осуществляется в хлоропластах (Heinrich et al., 1980]. Лейкопласты также способны к синтезу монотерпеновых углеводородов, поскольку обладают полной ферментативной системой для синтеза изопентилпирофосфата — предшественника терпенов [Gleizes et al.,1983]. Выделенные из экзокарпа Citofortunella mitis лейкопласты были способны синтезировать предшественники терпенов. Процесс начинался с ацетилКоА и до образования мевалоновой кислоты проходит те же этапы, что и изопрен (см. Рис.

79). Затем продолжается обычным для терпеноидов путем (см. Рис. 55). В цветках синтез монотерпенов происходит в хромопластах. Об этом свидетельствуют опыты с хромопластами, выделенными из цветков нарцисса желтого Narcissus pseudonarcissus, которые синтезировали из меченого [1-14C] изопентилдифосфата и [1-2H2] изопентенилдифосфата -пинен (2,8 %), мирцен (56,4 %), линалоол (22,9 %), Е-оцимен (17, 1 %) [Gleizes et al., 1983].

Терпеноиды составляют основную массу летучих выделений хвойных растений и легко обнаруживаются в воздухе вблизи них. Насыщение воздуха терпенами зависит от ряда факторов и при определенных условиях может достигать значительных величин [Степанов, 1972; Yokouchi, Ambe,1984; Степень, Сухинин, 1985]. Выявлена зависимость продукции терпенов от видового состава насаждений.

Исследования, проведенные в Сибири [Степень, Сухинин, 1985], показали, что количество терпеновых производных снижается в ряду кедр Cedrus > сосна Pinus > пихта Abies > ель Picea. Максимальное количество соединений найдено под пологом молодняков, минимальное — в спелых насаждениях. Среди терпенов идентифицировано 15 компонентов, которые содержались под пологом всех изученных растений.

Доминирующим соединением был -пинен. В то же время отдельные компоненты были характерны только для определенных видов: туйен, -фенхен, -фелландрен характерны лишь для ели Picea, трициклен — для сосны Pinus. Таким образом, существует возможность значительного насыщения воздушной среды хвойных пород летучими терпеновыми соединениями, среди которых имеются и видоспецифические вещества.

Ароматы цветков растений чаще всего характерны для выделений эфирных масел, обогащенных терпеноидами, преимущественно монотерпенами (см. Главу 3). Но при цветении некоторые представители семейства кактусовых (Cactaceae) обладают запахом земли или плесени, обусловленным выделением сесквитерпеноида дегидрогеосмина [Schlumpberger et al., 2004].

Поскольку выделение монотерпенов зависит от температуры и освещенности (Yokouchi, Ambe, 1984; Yokouchi et al., 1983], в сосновом лесу наблюдаются сезонные изменения концентрации монотерпенов: ниже зимой и выше летом и осенью. Небольшие колебания зависят от изменения температуры. Наиболее высокое количество -пинена наблюдалось в августе, октябре и ноябре. Средняя концентрация в мае составляла 0,частей на миллион [Yokouchi et al., 1983]. Выделение монотерпенов изменяется и в зависимости от освещенности [Yokouchi, Ambe, 1984]. Основная масса монотерпенов, выделяемых 2-летними саженцами Pinus, состояла из - и -пинена, мирцена и фелландрена. Максимум выделения приходился на полуденные часы, т. е. зависел от освещенности. Отсюда видно, что в количестве летучих выделений отмечаются суточные и сезонные изменения.

Японские исследователи [Tanaka et al., 1989] обнаружили положительное влияние красного света на накопление терпеновых соединений у этиолированных проростков тимьяна Thymus vulgaris. При этом содержание карвакрола и цимола увеличивалось в раза, а терпинена и тимола в 3-4 раза при облучении проростков в течение 48 часов. По мнению авторов, это наблюдение указывает на рецепторную природу фоторегуляции образования терпеноидных соединений и участия в этом явлении фитохрома.

В ряде работ [Mihaliak, Lincoln, 1989] показана зависимость синтеза терпеноидов от азотного питания растений. Концентрация моно- и сеcквитерпенов в растениях Heterotheca subaxillaris, выросших в условиях недостатка азота выше, чем у азот обогащенных образцов. Углерод для синтеза терпеноидов происходит в процессе фотосинтеза из СО2 или и из фотосинтетата при транспорте его к молодым листьям из старых. На этом основании авторы построили гипотезу, согласно которой углеродсодержащие терпены образуются при ограничении азотного питания.





У ряда хвойных растений была определена скорость выделения монотерпенов [Evans et al., 1982]. Она составляла от 0,01 до 3,53 % мкг С на г-1ч-1. По данным Циммермана [Zimmerman et al., 1978] продукция терпенов растительностью в США составляет 4, 8 х 10 14 т углерода в год.

4.3.3. Альдегиды и кетоны Обширной, хотя еще и малоизученной группой растительных экскретов являются альдегиды. Поскольку альдегиды, как и другие летучие вещества выделяются из растения в очень малых количества, то для их разделения я идентификации используются высокочуствительные методы газовой хроматографии и функционального качественного анализа. С помощью этих методов обнаружено присутствие альдегидов в воздухе, окружающем растения при выращивании их в замкнутых камерах [Санадзе, 1961б;

Дадыкин и др., 1967]. Продукты внутриклеточного метаболизма могут перегоняться с водяным паром, что относится и к альдегидам. В составе транспирационной воаи, собранной в природных условиях со взрослых деревьев, обнаружены этаналь и пропаналь [Рощина, 1971]. Во внутреннем воздухе растений обнаружен масляный альдегид [Рощина, 1974]. Валерьяновый и масляный альдегиды найдены в конденсатах листьев брусники Vaccinium vitis idaea [Скворцов, Смирнова, 1972]. Ацетальдегид, ацетон, пропаналь, гексаналь, бензальдегид идентифицированы в составе летучих веществ сои Glycine soja [Nunomura et al., 1976]. Стерильные прорастающие семена гороха Pisum sativum, фасоли Phaseolus vulgaris, кукурузы Zea mays, сосны болотной Pinus palustris выделяют этаналь и формальдегид [Vancura, Stotzky, 1976]. Выделение альдегидов семенами начинается с появлением первого корешка (табл. 21), и наибольшая скорость выделения наблюдается;

от 24 до 48 ч.

Таблица 21.Альдегиды, выделяющиеся прорастающими семенами (в мкг/1000 семян [Vancura, Stotzky, 1976].) Дни после посева Pisum sativum Сucumis sativus Pinus palustris Pinus caribaea 1 2267, 9 205,4 46,4 25,2 8507,1 530,4 9,7 6,3 3839,4 0,0 0,9 0,4 228,5 0,0 0,0 0,5 35,6 0,0 0,0 0,6 30,2 0,0 0,0 0,7 0,0 0,0 0,0 0, Альдегиды, по-видимому, могут образовываться неспециализированными клетками растений, поскольку они обнаруживаются в газовой фазе тканевых культур. Ацетальдегид был найден в тканевых культурах 25 видов растений [Thomas et al., 1979]. При анализе летучих выделений 3-недельной культуры каллюса табака Nicotiana tabacum среди других соединений найдены формальдегид и ацетальдегид [Gaal, 1984].

Пути синтеза альдегидов в растениях мало изучены. Известны лишь общие направления, представленные на картах-схемах Дегли и Никольсона [Дегли, Никольсон, 1973]. На Рис. 80 показано, что субстратами для образования низкомолекулярных альдегидов могут быть соединения, содержащие аминогруппы, - амины и аминокислоты.

Реакция протекает по уравнению R — CH2NH2 + Н2О+ О2 = R — СНО + NНз + Н2О и ее катализируют аминооксидазы или аминоксидоредуктазы (КФ 1.4.3.4) и (КФ 1.4.3.6), содержащие в активном центре соответственно флавин и пиридоксаль. Например, в присутствии полифенолоксидазы (КФ 1.14.18.1) в экстрактах из зеленых листьев чая Thea sinensis, бобов кофе Coffea arabica и какао Theobroma cacao из аланина, валика, лейцина, изолейцина, метионина образуются ацеталь, изомасляный альдегид, изовалерьяновый альдегид, 2-метилбутаналь, метиональ, фенилуксусный альдегид [Motoda, 1979].

Поскольку некоторые аминокислоты могут использоваться для образования альдегидов, последние могут рассматриваться как продукты белкового распада. Есть данные, что в семенах альдегиды специфически связаны с белком и при нагревании выделяются из них Рис.80. Пути синтеза альдегидов [Рощина В.Д., Рощина В.В., 1983] [Chiba et al., 1979]. Субстратом для образования альдегидов могут служить также спирты R -СН2OН + НАД(Ф) = R-СНО + НАД(Ф)Н + Н+ при участии ферментов алкогольдегидрогеназ или алкоголь НАД (НАДФ) окcидоредуктаз (КФ 1.1.1.1, КФ 1.1.1.2 и КФ 1.1.7.1), катализирующих эту реакцию. Два первых фермента универсальны, третий — более активно катализирует образование альдегидов с числом атомов углерода > 4. Образование альдегидов из спиртов может также катализировать фермент алкогольдегидрогеназа (КФ 1.1.9.9.8), в котором, вместо НАД (НАДФ), принимают участие другие акцепторы электронов.

Некоторые авторы [Hatanaka et al., 1978a,b; 1989] полагают, что, кроме указанных путей, образование альдегидов возможно из органических кислот, при этом процесс катализируется специальной ферментной системой (Рис.81). Так в побегах райграса Lolium регеnne обнаружены альдегиды p-оксибензойной. ванилиновой, сиреневой кислот [Hartley, Buchan, 1979].

Субстратом для образования альдегидов и спиртов при повреждении мембран служат линолевая и линоленовая кислоты, как видно на рис.81 [Hatanaka et al., 1978].

Кроме того, показано неэнзиматичеекое образовавке альдегидов n-гексаналя к 12 гидрокси–2Е-додеценаля фракпней изолированных хлоропластов чая Thea sinensis из Рис.81. Биосинтез С6 - альдегидов и спиртов из линолевой и линоленовой кислот [Hatanaka et al., 1978]: Е1 - липолитическая ацилгидролаза, Е2 – 1- энзиматическая система, продуцирующая С6 – альдегиды, Е3 – ферменты и или неэнзиматические факторы, Е4 – алкогольдегидрогеназы ненасыщенных алкоголей С18 путем изомеризации [Hatanaka et а1., 1989]. Образование С -ненасыщенных альдегидов типа гексеналей доходит до 208-I524 мкг/г сырой массы ткани и выше в зеленых тканях.

Pages:     | 1 |   ...   | 22 | 23 || 25 | 26 |   ...   | 58 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.