Proces wtórnego metabolizmu w roślinach

Proces wtórnego metabolizmu w roślinach!

Rośliny nie posiadają żadnego mechanizmu usuwania ich odpadów metabolicznych. Te odpady gromadzą się w komórkach i często służą jako punkty wyjścia dla wielu procesów transformacyjnych.

Takie szlaki, wytwarzające substancje nie mające znaczenia dla utrzymania głównej drogi metabolicznej, stanowią tak zwany metabolizm wtórny.

Wtórny metabolizm prowadzi do tworzenia produktów wtórnych. Wtórne szlaki metaboliczne są regulowane genetycznie i enzymatycznie. Wtórne produkty lub metabolity wtórne obejmują niektóre polisacharydy, wiele antybiotyków, steroidy, karotenoidy, flawonoidy alkaloidów itp.

Wyróżnia się trzy rodzaje produktów wtórnych pod względem stabilności metabolicznej:

(1) prawdziwie metabolicznie obojętne produkty końcowe,

(2) produkt, którego stabilność dotyczy stanu fizjologicznego lub rozwojowego oraz

(3) osoby z ciągłym obrotem. W trakcie metabolizmu tych produktów powstaje kilka produktów polimerycznych: na przykład guma, sporopolleniny, ligniny.

Tworzenie tych substancji jest katalizowane przez fenoloksydazy i peroksydazy i dość często ścianka komórkowa jest korzystnym miejscem tworzenia tych makrocząsteczek. Degradacja produktów ubocznych do pierwotnych substratów metabolicznych jest dokonywana przez grupę enzymów, które mają niską specyficzność substratową, taką jak metylowanie monooksygenaz i glukozydaz.

Ilości produktów wtórnych zmieniają się wraz ze stanem rozwojowym rośliny, porą roku, klimatem, a nawet porą dnia. Dzieje się tak dlatego, że metabolizm wtórny podlega wpływowi kilku czynników regulacyjnych.

Znaczenie tworzenia się produktów ubocznych nie polega na tym, że służą one jako materiał źródłowy do regeneracji związków potrzebnych do pierwotnego metabolizmu. Nawet jeśli tak się dzieje, wkład jest tak niewielki, że nie ma żadnego wpływu na metabolizm jako całość.

Ale tworzenie się produktów wtórnych pozwala na kontynuację pierwotnego zdarzenia metabolicznego, poprzez usunięcie produktów z danej drogi syntezy z miejsca reakcji i ma to o wiele większe znaczenie.

Produkty wtórne: Znaczenie ekologiczne:

Produkty wtórne mają szczególne znaczenie dla zachowania równowagi ekologicznej. Wzajemny wpływ między członkami ekosystemu jest w dużej mierze identyfikowalny z produktami wtórnymi generowanymi przez składniki tego systemu.

Allelopatyczne relacje między jedną rośliną a drugą są w pewnym stopniu zdeterminowane charakterem produktów wtórnych. Na przykład monoterpeny uwolnione z liści Salvia teucophylla i Artemisia californica spowodowałyby, że gleba, która pochłonęła te substancje, nie nadawała się do generowania nasion rocznych roślin.

Produkty wtórne: Relacje roślina - zwierzę:

Wtórne produkty roślinne mają decydujący wpływ na relacje roślina-zwierzę. Podają końce drapieżnictwa, zapylania i rozpraszania nasion. Zapach odgrywa ważną rolę w przyciąganiu owadów zainteresowanych zapylaniem.

Do substancji zaangażowanych należą monoterpeny, takie jak limonen z owoców cytrusowych i geranioli z róż; aminy takie jak monoaminy arumu i pochodne kwasu benzoesowego, takie jak wanilina wanilii. Kolor kwiatu jest wyrazem pigmentów, które są również produktami ubocznymi.

Na przykład biały kolor niektórych kwiatów wynika z obecności flawonów, takich jak luteoliny; żółte kwiaty są powodowane przez karotenoidy, betaksantyny i żółte flawonole, a czerwone i fioletowe kolory są powodowane przez betacyaniny i antocyjany. Dojrzałe owoce mają jasne powłoki i emitują charakterystyczne zapachy.

Obie odgrywają istotną rolę w przyciąganiu zwierząt i ptaków oraz ewentualnym rozprzestrzenianiu się owoców i nasion. Kolor i zapach pochodzą z produktów wtórnych. Wiele produktów roślinnych ma swój smak i smakowitość, zdeterminowane obecnością produktów ubocznych. Odgrywa to rolę w przyciąganiu lub odpychaniu roślinożerców.

Produkty wtórne: odporność na choroby i występowanie:

Wtórne produkty stanowią część ogólnego systemu obronnego roślin wyższych przeciwko infekcjom drobnoustrojowym. Odwrotnie, pasożyty tworzą produkty wtórne, które pomagają przezwyciężyć oporność rośliny żywicielskiej.

Produkty wtórne w stosunku do człowieka:

Smak, smak, kolor i walory smakowe żywności i napojów wynikają z chemicznego charakteru produktów wtórnych. Wiele leków, których używa również człowiek, jest produktami wtórnego metabolizmu u roślin.

Na przykład D. Sorbital jest alkoholem cukrowym stosowanym przez diabetyków; rezerpina, lek anty-nadwrażliwy, strychnina, która służy jako środek pobudzający i chinina, która jest lekiem przeciwko malarii, są pochodnymi indolu. Narkotykami takimi jak haszysz i marihuana są monoterpeny z Cannabis sativa.

Napoje z kawy, herbaty, kakao zawierają kofeinę, teobrominę i teofilinę, wszystkie purynki. Nikotyna z tytoniu i arekaidyny z Areca catechu to pochodne kwasu nikotynowego. Wartość lekowa roślin psiankowatych, takich jak Datura i Atropa, wynika z obecności w nich skopolaminy i innych alkaloidów.

Duża różnorodność produktów wtórnych służy jako surowiec przemysłowy. Oleje lniane stosowane w przemyśle farbiarskim, olej rycynowy stosowany do produkcji środków poślizgowych i mydeł, woski stosowane w produkcji past i lakierów, suberyna, składnik korka stosowany do produkcji materiałów izolacyjnych, zatyczki i filtry, są wszystkie pochodnymi kwasów tłuszczowych.

Garbniki, które mają ważne zastosowanie w przemyśle skórzanym, to polifenole. Guma jest politerpenem produkowanym przez Ficus elastica, Hevea brasiliensis, itp. Olejek eteryczny szeroko stosowany w przemyśle perfumeryjnym, kosmetycznym i preparatach rozpuszczalników to terpenoidy.

Mechanizm ruchu stomatologicznego:

Stomata działa jak zawory sterowane turbinami, ponieważ ich ruch otwierania i zamykania regulują zmiany turbin w ogniwach ochronnych. Kiedy komórki straży puchną z powodu zwiększonej turgor, powstaje między nimi por. Wraz z utratą turgora, pory szparkowe są zamknięte. Stomaty zazwyczaj otwierają się w ciągu dnia i zamykają się w nocy z kilkoma wyjątkami.

Ważnymi czynnikami, które rządzą otwarciem aparatów szparkowych są lekkie, wysokie pH lub zmniejszony poziom CO2 i dostępność wody. Przeciwne czynniki decydują o zamknięciu aparatów szparkowych, a mianowicie o ciemności, niskim pH lub wysokim poziomie CO ₂ i odwodnieniu. Istnieją trzy główne teorie dotyczące mechanizmu ruchów szparkowych:

1. Hipoteza fotosyntezy komórki strażniczej (Schwendener, 1881):

Komórki strażnicze zawierają chloroplasty. W dzień chloroplasty wykonują fotosyntezę i produkują cukier. Cukier zwiększa osmotyczne stężenie komórek strażniczych. Powoduje wchłanianie wody z pobliskich komórek naskórka. Stwardniałe komórki straży wyginają się na zewnątrz i tworzą poświatę pomiędzy nimi. Jednak aktywność fotosyntetyczna chloroplastów komórek strażniczych wydaje się być nieistotna.

2. Klasyczna teoria hydrolizy skrobi:

Główne cechy teorii zostały sformułowane przez Sayre (1923). Został zmodyfikowany przez Stewarda (1964). Komórki strażnicze zawierają skrobię. Przy niskim stężeniu dwutlenku węgla (rano osiągniętego dzięki fotosyntezie przez mezofil i komórki ochronne) wzrasta pH komórek strażniczych. Stymuluje fosforylazę enzymu. Fosforylaza przekształca skrobię w 1-fosforan glukozy. Ten ostatni zmieniono na glukozo-6-fosforan, który ulega hydrolizie w celu wytworzenia glukozy i kwasu fosforowego.

Glukoza zwiększa osmotyczne stężenie komórek strażniczych. Z tego powodu komórki strażnicze pochłaniają wodę z sąsiednich komórek, pęcznieją i tworzą między nimi por. Wieczorowe zamknięcie aparatów szparkowych spowodowane jest zwiększoną zawartością dwutlenku węgla (z powodu zatrzymania fotosyntezy) liści. Zmniejsza pH komórek ochronnych i powoduje fosforylację glukozy. W obecności fosforylazy, glukozo-1-fosforan zamienia się w skrobię.

W rezultacie stężenie osmotyczne komórek strażniczych spada. Tracą wodę na sąsiadujące komórki naskórka. Wraz z utratą jędrności, komórki strażnicze kurczą się i zamykają pomiędzy nimi por.

Zastrzeżenia, (i) Glukozy nie znaleziono w komórkach straży w momencie otwarcia szparkowego, (ii) Skrobia Zmiany cukru są chemicznie wolne podczas otwierania i zamykania aparatów szparkowych są dość szybkie. (iii) Szerokie zmiany pH komórek osłonowych nie mogą być wyjaśnione na podstawie stężenia dwutlenku węgla. (iv) Cebula i niektórzy jej krewni nie mają skrobi ani pokrewnego polisacharydu, który można zhydrolizować do poziomu glukozy, (v) Stwierdzono, że światło niebieskie jest bardziej skuteczne niż inne długości fal do otwierania aparatów szparkowych. Tego samego nie można wytłumaczyć teorią hydrolizy skrobi, (vi) Hydroliza teorii skrobi nie może odpowiadać za wysoki wzrost ciśnienia osmotycznego znajdującego się w komórkach strażniczych.

3. Hipoteza pompy jonowej lub K ⁺ jonów (teoria nowoczesna):

Główne cechy tej teorii wysunął Levitt (1974). Zgodnie z tą teorią pH komórki ochronnej może wzrosnąć z powodu aktywnego wychwytu H ⁺ przez chloroplasty komórek ochronnych lub mitochondria, asymilację C0 ₂ przez komórki mezofilu i komórki ochronne. Wzrost pH powoduje hydrolizę skrobi w celu wytworzenia kwasów organicznych, zwłaszcza pirogronianu fosfoenolu. Fosforan heksozowy -> Kwas fosfoglicerynowy -> Pirogronian fosfoenolu.

Pirogronian pirofenolu można również wytworzyć kwasem pirogronowym ze ścieżki oddechowej. Przy pomocy karboksylazy PEP (skrzynka PEP) łączy się z dostępnym CO _2, aby wytworzyć kwas szczawiowy, który zamienia się w kwas jabłkowy. Kwas jabłkowy dysocjuje na H ⁺ i jabłczan.

Jony H ⁺ znikają z komórek strażnika w zamian za jony K ⁺ . Niektóre jony K ⁺ (wraz z jonami CI) są również absorbowane aktywnie z sąsiednich komórek naskórka za pomocą cAMP, ATP i cytokinin. Komórki strażnicze zachowują swoją elektroobojętność przez równoważenie K ⁺ z jabłczanem i CI ^- .

W stanie złożonym przechodzą do małych wakuoli i zwiększają stężenie osmotyczne komórek strażniczych. W rezultacie komórki ochronne absorbują wodę z pobliskich komórek naskórka poprzez endosmozę, puchną i tworzą między nimi por.

Podczas zamykania szparkowego, jony H ⁺ dyfundują z chloroplastów komórek ochronnych. Zmniejsza pH cytoplazmy komórek ochronnych. Każdy jabłczak obecny w cytoplazmie łączy się z H ^+, tworząc kwas jabłkowy. Nadmiar kwasu jabłkowego hamuje własną biosyntezę.

Wysokie stężenie CO ₂ ma również podobny wpływ. Niezdysocjowany kwas jabłkowy sprzyja wyciekom jonów (Jackson i Taylon, 1970). W rezultacie jony K ⁺ dysocjują z jabłczanu i znikają z komórek strażnika. Tworzenie kwasu abisynowego (jak podczas suszy lub w południe) również sprzyja odwróceniu pompy H ⁺ K ⁺ i zwiększa dostępność H ⁺ wewnątrz cytoplazmy komórki strażniczej.

Utrata jonów K ⁺ zmniejsza osmotyczne stężenie komórek straży w porównaniu do sąsiednich komórek naskórka. To powoduje eksosmozę, a tym samym zmniejsza się turgencja komórek strażniczych. Zamyka por między komórkami strażniczymi. Jednocześnie kwasy organiczne są metabolizowane w celu wytworzenia skrobi.