Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Модульная единица 8. Обмен углеводов




Лекция 5. Обмен углеводов.

Аннотация. Рассматриваются биохимические реакции первичного синтеза углеводов у С₃- и С₄-растений, взаимопревращения моносахаридов – триоз, эритрозы, пентоз и гексоз. Излагаются молекулярные механизмы синтеза и распада олиго- и полисахаридов. Даются необходимые сведения о ферментах, катализирующих реакции синтеза и превращений углеводов.

 

Ключевые слова: цикл Кальвина, цикл Хетча-Слэка, рибулозодифосфат-карбоксилаза, фосфопируваткарбоксилаза, фотосинтетически активная радиация (ФАР), С₃- и С₄-растения, гликолиз, цикл Кребса, пентозофосфатный цикл, фотофосфорилирование, окислительное фосфорилирование, нуклеозиддифосфатпро-изводные моносахаридов (УДФ-глюкоза, УДФ-галактоза и др.), сахарозосинтетаза, гликозилтрансферазы, амилазы, инулаза, целлюлозосинтетаза, пектиназы и пртопектиназы.

 

Рассматриваемые вопросы:

1. Первичный синтез углеводов у С₃- и С₄-растений.

2. Механизмы образования и взаимопревращения триоз, эритрозы, пентоз и гексоз.

3. Синтез и распад олигосахаридов и полисахаридов.

 

 

Цели и задачи изучения модульной единицы. Изучить механизмы синтеза, превращений и распада моносахаридов, олигосахаридов и полисахаридов, а также особенности действия ферментов, катализирующих эти реакции. Научить студентов использовать знания по обмену углеводов для прогнозирования биохимических процессов при обосновании технологий выращивания сельскохозяйственных культур и оценке качества растительной продукции.

 

Первичный синтез углеводов у С₃- и С₄-растений.

В ходе темновых реакций фотосинтеза происходит эндергонический процесс образования углеводов из диоксида углерода (СО2) и воды, в котором в качестве энергетических источников используются продукты световых реакций НАДФ×Н и АТФ. Последовательность химических превращений в темновой стадии фотосинтеза была выяснена американскими биохимиками М Кальвином, А. Бенсоном и Д. Басхемом в 1946-53 г.г. и впоследствии названа циклом Кальвина вследствие того, что открытые ими превращения имели циклический механизм. Все эти реакции протекают в строме – жидкой дисперсионной среде хлоропластов.

Для установления первичных продуктов, которые образуются при фотосинтезе из СО2 и Н2О, М. Кальвин и его сотрудники использовали культуру водорослей хлореллы, в которую вводили на свету меченный 14С СО2 в виде Н214СО3 и через короткие промежутки времени отбирали пробы клеток суспензии водорослей и фиксировали их метанолом. После этого из клеток хлореллы выделяли углеводы и другие органические вещества и в них определяли наличие радиоактивной метки, обусловленной включением в эти продукты 14С. При этом было установлено, что при коротких экспозициях (0,1-5 сек.) клеток водорослей в суспензионной среде, содержащей 14СО2, большая часть радиоактивной метки обнаруживалась в карбоксильной группе 3-фосфоглицериновой кислоты. Последнее свидетельствовало о том, что фосфоглицериновая кислота является первичным продуктом фотосинтеза.

В дальнейшем с использованием радиоактивной метки в виде 14С и 32Р было показано, что первичным акцептором, с которым взаимодействует СО2 служит рибулозо-1,5-дифосфат. И эту реакцию катализирует фермент рибулозодифосфаткарбоксилаза (4.1.1.39). Учитывая, что для образования карбоксильной группы кроме СО2 требуется еще молекула воды, первую реакцию цикла Кельвина можно записать следующим образом:

 
 
СН2О(Р) СН2О(Р) СООН (1) | | | С=О НО-С-Н + Н-С-ОН | + *СО2 + Н2О ¾¾® | | Н-С-ОН à СН2О(Р) *СООН СН2О(Р) | Ý | 2 молекулы Н-С-ОН С-ОН 3-фосфоглицериновой | || кислоты СН2О(Р) С-ОН рибулозо-1,5- | дифосфат Н-С-ОН | СН2О(Р) енольная форма     2 молекулы 3-фосфоглицериновой рибулозо-1,5- енольная форма кислоты дифосфат

 


Диоксид углерода в ходе реакции взаимодействует с енольной формой рибулозо-1,5-дифосфата, при этом образуется неустойчивый продукт – β–кетокислота, который под действием фермента гидролизуется, превращаясь в 3-фосфоглицериновую кислоту. При этом радиоактивный углерод обнаруживается в карбоксильной группе одной из двух синтезирующихся молекул 3-фосфоглицериновой кислоты.

Фермент рибулозодифосфаткарбоксилаза в большом количестве содержится в хлоропластах растений (до 16 % от общего количества белков), а также в клетках зелёных и пурпурных бактерий. Он состоит из восьми пар неидентичных субъединиц и имеет большую молекулярную массу (560000). Для проявления каталитической активности этого фермента необходимо присутствие катионов Mg2+.

Рибулозодифосфаткарбоксилаза аллостерически активируется фруктозо-6-фосфатом и аллостерически ингибируется фруктозо-1,6-дифос-фатом, которые образуются при последующих превращениях в цикле Кальвина 3-фосфоглицериновой кислоты, являющейся продуктом действия данного фермента. Образовавшаяся под действием рибулозодифосфаткарбоксилазы 3-фосфоглицериновая кислота в последующих реакциях восстанавливается до альдегида.

Вначале молекула 3-фосфоглицериновой кислоты активируется путём фосфорилирования с участием АТФ. Эту реакцию катализирует фермент фосфоглицераткиназа (2.7.2.3), включающий 355 аминокислотных остатков и активируемый катионами Мg2+:

СООН О

½ фосфоглицерат- ‖ (2)

Н–С–ОН + АТФ ¾¾¾¾¾® С– О~(Р) + АДФ

½ киназа |

СН2О(Р) Н–С–ОН

|

СН2О(Р)

3-фосфоглицериновая 1,3-дифосфоглицериновая

кислота кислота

Продукт реакции 1,3-дифосфоглицериновая кислота представляет собой макроэргическое соединение, имеющее высокое значение потенциала переноса фосфатной группы (при гидролизе DGºˈ= -49 кДж×моль-1), в связи с чем оно уже легко подвергается восстановлению в следующей реакции под действием фермента триозофосфат-дегидрогеназы (1.2.1.9) с участием восстановленной формы динуклеотида НАДФ×Н:

О О (3)

‖ триозофосфат- ‖

С–О~(Р) дегидрогеназа С–Н

½ + НАДФ·Н + Н+ ¾¾¾¾¾® ‌ + НАДФ+ + Н3РО4

Н–С–ОН Н–С–ОН

| ½

СН2О(Р) СН2О(Р)

1,3-дифосфоглице- 3-фосфоглице-

риновая кислота риновый альдегид

 

В ходе восстановительной реакции происходит синтез 3-фосфоглицерино-вого альдегида и отщепление от 1,3-дифосфоглицериновой кислоты минерального фосфата. Участвующие в синтезе 3-фосфоглицеринового альдегида АТФ и НАДФ×Н являются продуктами световой стадии фотосинтеза.

Как было показано ранее, в результате связывания одной молекулы СО2 в первой реакции цикла Кальвина образуются 2 молекулы 3-фосфо-глицериновой кислоты, которые в ходе реакций 2 и 3 превращаются в две молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида, а последние довольно легко изомеризуются в фосфодиоксиацетон. Реакцию изомеризации катализирует фермент триозофосфатизомераза (5.3.1.1):

 

 

Н

½

С=О триозофосфат- СН2ОН (4)

| ¾¾¾¾® |

Н–С–ОН ¬¾¾¾¾ С=О

| изомераза |

СН2О(Р) СН2О(Р)

3-фосфоглице- фосфодиокси-

риновый альдегид ацетон

 

Представленная реакция легко обратима, так как сопровождается небольшим изменением свободной энергии. Фермент триозофосфатизомераза отличается высокой молярной активностью (2800 кат×моль-1 фермента для превращения в фосфодиоксиацетон).

Образовавшиеся триозофосфаты не накапливаются в хлоропластах. Под действием фермента альдолазы (4.1.2.13) они конденсируются, превращаясь во фруктозо-1,6-дифосфат:

Н СН2О(Р)

‌ ‌ (5)

СН2ОН С=О С=О

| | альдолаза ½

С=О + Н–С–ОН ¾¾® НО–С–Н

| | |

СН2О(Р) СН2О(Р) Н–С–ОН

фосфодиокси- 3-фосфоглицери- |

ацетон новый альдегид Н–С–ОН

|

СН2О(Р)

фруктозо-1,6-дифосфат

 

После этого от фруктозо-1,6-дифосфата происходит гидролитическое отщепление остатка фосфорной кислоты. Реакцию катализирует фермент фруктозо-1,6-дифосфатаза (3.1.3.11). В ходе этой реакции фруктозодифосфат превращается во фруктозо-6-фосфат:

СН2О(Р) СН2ОН (6)

| |

С=О фруктозо- С=О

| 1,6-дифос- |

НО–С–Н + Н2О ¾¾¾® НО–С–Н + Н3РО4

| фатаза |

Н–С–ОН Н–С–ОН

| |

Н–С–ОН Н–С–ОН

| |

СН2О(Р) СН2О(Р)

фруктозо-1,6-дифосфат фрутозо-6-фосфат

 

Фруктозо-1,6-дифосфатаза – активируемый светом фермент. Его активирование происходит с участием восстановленного под действием света ферредоксина, который совместно со специфическим белком переводит фруктозо-1,6-дифосфатазу в активное состояние. От действия этого фермента зависит интенсивность включения СО2 в первой реакции цикла Кальвина. Если активность фруктозо-1,6-дифосфатазы низкая, то повышается концентрация фруктозо-1,6-дифосфата, который аллостерически ингибирует фермент рибулозодифосфаткарбоксилазу, вследствие чего понижается скорость первой реакции цикла Кальвина, катализируемой данным ферментом. А если фруктозо-1,6-дифосфатаза находится в активной форме, то повышается концентрация фруктозо-6-фосфата, являющегося аллостерическим активатором рибулозодифосфаткарбоксилазы. При таких условиях связывание СО2 проходит с максимальной скоростью.

На следующем этапе фотосинтеза фермент транскетолаза (2.2.1.1) катализирует перенос концевого двууглеродного радикала, содержащего кетонную группу, от фруктозо-6-фосфата на 3-фосфоглицериновый альдегид, который образуется в результате присоединения к рибулозо-1,5-дифосфату ещё одной молекулы СО2 и повторения реакций 2 и 3. В результате взаимодействия гексозы и триозы синтезируются новые углеводные продукты – эритрозо-4-фосфат и ксилулозо-5фосфат:

Н (7)

СН2ОН Н ½

| ½ С=О СН₂ОН

С=О С=О | |

| | транскето- Н–С–ОН + С=О

НО–С–Н + Н–С–ОН ¾¾® | |

| | лаза Н–С–ОН НО–С–Н

Н–С–ОН СН2О(Р) | |

| СН2О(Р) Н–С–ОН

Н–С–ОН 3-фосфоглицери- эритрозо-4- |

| новый альдегид фосфат СН2О(Р)

СН2О(Р) ксилулозо-5-

фруктозо-6-фосфат фосфат

 

Ещё одна молекула 3-фосфоглицеринового альдегида, синтезированная в результате связывания второй молекулы СО2, изомеризуется далее в реакции 4 в фосфодиоксиацетон, который затем соединяется с эритрозо-4-фосфатом, образуя седогептулозо-1,7-дифосфат. Эту реакцию катализирует фермент трансальдолаза (2.2.1.2):

Н СН2О(Р) (8)

½ |

СН2О(Р) С=О С=О

| | трансальдо- |

С=О + Н–С–ОН ¾¾¾® НО–С–Н

| | лаза |

СН2ОН Н–С–ОН Н–С–ОН

фосфодиоксиацетон | |

СН2О(Р) Н–С–ОН

эритрозо-4-фосфат |

Н–С–ОН

|

СН2О(Р)

седогептулозо-

1,7-дифосфат

В следующей реакции происходит гидролиз седогептулозо-1,7-ди-фосфата, который катализирует специфическая фосфатаза. В ходе реакции

 

от седогептулозо-1,7-дифосфата отщепляется остаток фосфорной кислоты и таким образом осуществляется синтез седогептулозо-7-фосфата:

СН2О(Р) СН2ОН (9) | | С=О С=О | фосфатаза | НО-С-Н + Н2О ¾¾¾® НО-С-Н + Н3РО4 | | Н-С-ОН Н-С-ОН | | Н-С-ОН Н-С-ОН | | Н-С-ОН Н-С-ОН | | СН2О(Р) СН2О(Р) седогептулозо-1,7- седогептулозо-7- дифосфат фосфат

 


После этого снова вступает в действие фермент транскетолаза, катализирующий перенос двууглероного радикала с кетогруппой от седогептулозо-7-фосфата на 3-фосфоглицериновый альдегид, который синтезируется за счёт связывания в первой реакции цикла Кальвина уже третьей молекулы СО2. Продукты реакции, катализируемой транскетолазой, – пятиуглеродные производные моносахаридов ксилулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат:

 

 

(10)

Н

СН2ОН Н ½

| ½ СН2ОН С=О

С=О С=О | |

| | транскетолаза С=О Н–С–ОН

НО–С–Н + Н–С–ОН ¾¾¾® | + |

| | НО–С–Н Н–С–ОН

Н–С–ОН СН2О(Р) | |

| 3-фосфоглицери- Н–С–ОН Н–С–ОН

Н–С–ОН новый альдегид | |

| СН2О(Р) СН2О(Р)

Н–С–ОН ксилулозо-5- рибозо-5-

| фосфат фосфат

СН2О(Р)

седогептулозо-7-

фосфат

 

В последующих реакциях цикла Кальвина осуществляется изоме-ризация фосфорнокислых производных пентоз, которая обеспечивает регенерацию первичного акцептора СО2 – рибулозо-1,5-дифосфата. Образовавшиеся в реакциях 7 и10 молекулы ксилулозо-5-фосфата превращаются в рибулозо-5-фосфат под действием фермента рибулозофосфатэпимеразы (5.1.3.1), который способен изменять на противоположную пространственную ориентацию водорода и гидроксильной группы у третьего углеродного атома пентозы:

 
 
СН2ОН СН2ОН (11) | | С=О ¾¾¾® С=О | ¬¾¾¾ | НО-С-Н Н-С-ОН | | Н-С-ОН Н-С-ОН | | СН2О(Р) СН2О(Р) ксилулозо-5- рибулозо-5-фосфат фосфат

 

 


  Н (12) ‌ С=О СН2ОН | рибозофосфат- | Н-С-ОН ¾¾¾® С=О | ¬¾¾¾ | Н-С-ОН изомераза Н-С-ОН | | Н-С-ОН Н-С-ОН | | СН2О(Р) СН2О(Р) рибозо-5-фосфат рибулозо-5-фосфат
Превращение рибозо-5-фосфата в рибулозо-5-фосфат катализирует фермент рибозофосфатизомераза (5.3.1.6):

 

 

СН2ОН СН2О(Р) (13) | | С=О С=О | фосфорибулокиназа | Н-С-ОН + АТФ ¾¾¾® Н-С-ОН + АДФ | | Н-С-ОН Н-С-ОН | | СН2О(Р) СН2О(Р) рибулозо-5-фосфат рибулозо-1,5-дифосфат    
Окончательную регенерацию первичного акцептора СО2 осуществляет фермент фосфорибулокиназа (2.7.1.19), катализирующий фосфорилирование от АТФ рибулозо-5-фосфата:

 

 

В ходе указанных выше тринадцати реакций происходит включение в состав углеводных производных трёх молекул СО2 и потребление трёх молекул первичного акцептора рибулозо-1,5-дифосфата, при этом осуществляется синтез шести молекул 3-фосфоглицеринового альдегида, из которых пять затрачиваются на регенерацию трёх молекул рибулозо-1,5-дифосфата и одна молекула 3-фосфоглицеринового альдегида остаётся как продукт темновой стадии фотосинтеза. Её синтез сопряжён с использованием биоэнергетических продуктов световой стадии фотосинтеза АТФ и НАДФ×Н.

Восстановленные динуклеотиды НАДФ×Н участвуют в реакции 3 цикла Кальвина, которая в ходе синтеза 6 молекул 3-фосфоглицери-нового альдегида повторяется 6 раз и, следовательно, в этих реакциях потребляются 6 молекул восстановленных динуклеотидов НАДФ×Н. АТФ участвует в реакции 2, которая, как и реакция 3, повторяется 6 раз, и в реакции 13, которая при синтезе 3 молекул первичного акцептора СО2 рибулозо-1,5-дифосфата повторяется 3 раза. Всего при связывании 3 молекул СО2 и восстановлении их до уровня 3-фосфоглицеринового альдегида потребляется 9 молекул АТФ.

Однако 3-фосфоглицериновый альдегид не накапливается в хлоропластах, он используется для синтеза гексозы. Часть молекул 3-фосфогли-церинового альдегида изомеризуется в фосфодиоксиацетон, который далее под действием альдолазы конденсируется с оставшимися молекулами 3-фосфоглицеринового альдегида и, таким образом, осуществляется синтез фруктозо-1,6-дифосфата. После гидролиза фруктозодифосфата с участием фруктозо-1,6-дифосфатазы образуется фруктозо-6-фосфат. Если учесть, что для синтеза фруктозо-6-фосфата потребуется связывание 6 молекул СО2 в первой реакции цикла Кальвина и все выше указанные превращения, связанные с синтезом одной молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида, должны повториться еще раз, суммарное уравнение темновой стадии фотосинтеза может быть записано в следующем виде:

ферменты

6СО2 + 11Н2О + 18АТФ + 12НАДФ×Н + 12Н+ ¾® фруктозо-6-фосфат + 18АДФ +

+ 12НАДФ+ + 17Н3РО4 цикла Кальвина

 

В опытах с использованием СО2, меченного 14С, было показано, что в течение 1-3 минут после экспозиции растений в атмосфере 14СО2 все промежуточные продукты цикла Кальвина насыщаются меченым углеродом, а при более длительных экспозициях 14С обнаруживается уже в составе сахарозы, крахмала, органических кислот, аминокислот, липидов, белков и других органических веществ хлоропластов.

Следует отметить, что из всех реакций цикла Кальвина только первая и последняя (13) специфичны для фотосинтезирующих клеток, тогда как другие реакции могут протекать в любых других клетках и тканях фотосинтезирующих организмов в ходе синтеза, распада и превращений углеводов. При этом промежуточные метаболиты, образующиеся в цикле Кальвина, выводятся из этого цикла и потребляются для синтеза различных органических веществ в хлоропластах и листьях растений. Конечный продукт цикла Кальвина фруктозо-6-фосфат также включается в биосинтетические реакции, происходящие в фотосинтезирующих тканях, или превращается в транспортные формы, которые по сосудам флоэмы поступают в акцепторные органы растений.

Фотодыхание. Изучение механизма действия фермента рибулозоди-фосфаткарбоксилазы показало, что конкурентным ингибитором этого фермента является кислород, который конкурирует с СО2 при взаимодействии последнего с каталитическим центром ферментного белка. Поэтому при высокой концентрации кислорода и низкой концентрации СО2 в воздухе карбоксилирующая активность рибулозодифосфат-карбоксилазы понижается, но усиливается её оксигеназная способность, вследствие чего к рибулозо-1,5- дифосфату присоединяется не СО2, а кислород, в результате происходит расщепление рибулозо-1,5-дифосфата на 3-фосфоглицериновую и фосфогликолевую кислоты:

СН2О(Р) СООН | | С-ОН СН2О(Р) Н-С-ОН || | + | С-ОН + О₂ ¾¾® СООН СН2О(Р) | 2-фосфогли- 3-фосфоглице- Н-С-ОН колевая кислота риновая кислота | СН2О(Р) енольная форма рибулозо-1,5-ди- фосфата   фосфата  

 

 

Образовавшаяся фосфогликолевая кислота под действием специфической

 
фосфатазы подвергается гидролизу с образованием неорганического фосфата и гликолевой кислоты:

 
 
СН2О(Р) фосфатаза СН2ОН | + Н2О ¾¾® | + Н3РО4 СООН СООН гликолевая кислота    

 


Гликолевая кислота подвергается дальнейшим превращениям в пероксисомах – субклеточных органеллах, функциональная деятельность которых тесно связана с процессами, происходящими в хлоропластах и митахондриях. В пероксисомах гликолевая кислота окисляется с участием фермента гликолатоксидазы и превращается в глиоксиловую кислоту:

СН2ОН гликолат- Н | + О2 ¾¾¾¾® ½ + Н2О2 СООН оксидаза С=О ½ гликолевая СООН кислота глиоксиловая кислота

 

 

Продукт данной реакции Н2О2 разлагается под действием каталазы на воду и кислород, а глиоксиловая кислота аминируется от глутаминовой кислоты, превращаясь в аминокислоту глицин:

 
 
Н ½ + СН₂-СООН СН2NH2 СН2-СООН С=О | аминотранс- | + | ½ СН2 ¾¾¾¾® СООН СН2 СООН | фераза глицин | глиоксиловая СНNH2-СООН СО-СООН кислота глутаминовая a-кетоглутаровая кислота кислота кислота

 


Аминокислота глицин не накапливается в пероксисомах, а транспортируется из пероксисом в митохондрии, где участвует в синтезе аминокислоты серина (рис. …). Эту реакцию катализируют ферменты глициндекарбоксилаза и серинтрансгидрооксиметилаза, имеющая в активном центре в качестве кофермента тетрагидрофолиевую кислоту. В ходе реакции синтеза серина происходит также высвобождение СО2 и NH3, а также образование НАД×Н:

 
 
СН2NH22О СН2ОН | + НАД+ ¾¾® | + СО2 + NH3 + НАД×Н + Н+ CООН СНNH2 глицин | СООН серин

 


Образовавшийся в митахондриях серин может далее транспортироваться в пероксисомы и под действием аминотрансферазы передавать аминогруппу на молекулы пировиноградной кислоты. В результате этой реакции серин превращается в гидроксипировиноградную кислоту, а пировиноградная кислота в аминокислоту аланин:

 
 
СН2ОН СН3 СН2ОН СН3 | | аминотранс- | | СНNH2 + С=О ¾¾¾® С=О + СНNH2 | | фераза | | СООН СООН СООН СООН серин пировино- гидроксипи- a-аланин градная ровиноградная кислота кислота

 

 


СН2ОН СН2ОН | | С=О + НАДФ×Н +Н+ ¾¾® СНОН + НАДФ+ | | СООН СООН гидроксипиро- глицериновая виноградная кислота кислота
Гидроксипировиноградная кислота восстанавливается в глицериновую кислоту с участием дегидрогеназы:

 

Продукт этой реакции глицериновая кислота может затем в хлоропластах фосфорилироваться и, превращаясь в 3-фосфоглицериновую кислоту, включаться в реакции цикла Кальвина:

 
 
СН2ОН СН2О(Р) | глицераткиназа | СНОН + АТФ ¾¾¾¾¾¾® СНОН + АДФ | | СООН СООН глицериновая 3-фосфо- кислота глицериновая кислота

 


Таким образом, при взаимодействии пероксисом, хлоропластов и митохондрий в фотосинтезирующих клетках растений осуществляется процесс, связанный с поглощением О2 и высвобождением СО2, который называют фотодыханием. Кислород принимает участие в первой реакции, где он связывается вместо СО2 с молекулами рибулозо-1,5-дифосфата, и при окислении фосфогликолевой кислоты в пероксисомах. Выделение СО2 происходит в митохондриях в ходе синтеза аминокислоты серина.

В связи с тем, что при фотодыхании осуществляются превращения гликолевой кислоты – продукта разложения первичного акцептора СО2, синтезируемого в реакциях цикла Кальвина, за счёт таких превращений уменьшается количество связанной в ходе фотосинтеза СО2, в результате чего понижается урожайность растений. В опытах установлено, что в естественных условиях произрастания при повышенных температурах, снижающих концентрацию СО2 в хлоропластах, продуктивность растений вследствие интенсивного фотодыхания может понижаться на 30-40 %.

Исходя из этих данных, учёными–биохимиками сформулирована важнейшая задача для селекционеров и генетиков по выведению новых сортов сельскохозяйственных культур с пониженной скоростью фотодыхания. Одним из главных направлений такой работы является оптимизация структуры каталитического центра фермента рибулозодифосфаткарбоксилазы, направленная на усиление карбоксилазной и ослабление оксигеназной активности этого фермента. Для решения указанной проблемы большие надежды возлагаются на применение методов генетической и белковой инженерии.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-11; Просмотров: 518; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.009 сек.