Органічні кислоти аліфатичного ряду

Лекція № 4. Речовини вторинного походження

1. Органічні кислоти аліфатичного ряду.

1.1. Леткі кислоти.

1.2. Нелеткі кислоти.

1.3. Роль органічних кислот у рослині.

2. Фенольні сполуки.

2.1. С₆-Феноли.

2.2. С₆-С₁-Фенольні кислоти.

2.3. С₆-С₃-Гідроксикоричні кислоти і кумарини.

2.4. С₆-С₃-С₆-Флавоноїди.

2.5. Олігомерні фенольні сполуки.

2.6. Полімерні фенольні сполуки.

2.7. Утворення фенольних сполук.

2.8. Функції фенолів у рослині.

3. Глікозиди.

3.1. О-Глікозиди.

3.2. S-Глікозиди.

3.3. N-Глікозиди.

3.4. С-Глікозиди.

3.5. Роль глікозидів у рослинах.

4. Терпени і терпеноїди.

4.1. С₅-Ізопрен.

4.2. С₁₀-, С₁₅-Терпени і терпеноїди – компоненти ефірних олій.

4.3. Ефірні олії.

4.4. Роль ефірних олій у рослині.

4.5. Одержання ефірних олій.

4.6. Використання ефірних олій.

4.7. С₂₀-, С₂₅-, С₃₀-Терпени і терпеноїди – компоненти смол.

4.8. Політерпени.

4.9. Біосинтез терпенів і терпеноїдів.

4.10 Функції терпенів і терпеноїдів у рослині.

5. Алкалоїди.

5.1. Справжні алкалоїди.

5.2. Протоалкалоїди.

5.3. Псевдоалкалоїди (терпеноїдні алкалоїди).

5.4. Біосинтез алкалоїдів.

5.5. Функції алкалоїдів у рослині.

Рослини здатні синтезувати велику кількість різноманітних речовин. Це в основному речовини рослинного походження, що у тварин, як правило, не зустрічаються. Їх називають речовинами вторинного походження, або вторинного обміну.

Ці речовини не мають власних шляхів синтезу і тому утворюються в основних метаболічних процесах рослин. Їхній біосинтез відбувається на відгалуженнях шляхів синтезу білків, вуглеводів, ліпідів. Учені вважають, що в рослинах на відгалуженнях і закінченнях таких шляхів функціонує широкий спектр ферментів, що дозволяє їм синтезувати велику різноманітність речовин.

Серед речовин вторинного походження є дуже важливі фізіологічно активні сполуки (глікозиди, терпени, терпеноїди тощо); інші речовини можуть накопичуватися в клітині у великій кількості, що є відмінною рисою її метаболізму (фенольні сполуки, ефірні олії тощо).

Речовини вторинного походження поділяють на декілька груп:

1.Органічні кислоти аліфатичного ряду.

2.Фенольні сполуки.

3.Глікозиди.

4.Терпени і терпеноїди.

5.Алкалоїди.

Органічні кислоти аліфатичного ряду в малих кількостях присутні в цитоплазмі і можуть накопичуватися в клітинному соку у вільному стані у вигляді солей та складних ефірів. Органічні кислоти поділяють на дві групи: леткі та нелеткі.

Леткі кислоти

Леткі кислоти переганяються з парою та мають запах. До них належать мурашина, оцтова, пропіонова, масляна і валеріанова кислоти.

Мурашина кислота знайдена в малині, яблуках, насінні квасолі, кропиві, хвої. У рослинах вона утворюється при декарбоксилюванні щавлевої кислоти. Мурашина кислота бере участі, в утворенні пуринових нуклеотидів і, можливо, в утворенні хлорофілу в.

Оцтова кислота поширена в плодах та насінні. Її багато, наприклад, у яблуках, а в зерні пшениці та кукурудзи вона складає до 85 % від загального вмісту органічних кислот. Оцтова кислота застосовується в харчовій промисловості. У вигляді ацетил-СоА оцтова кислота утворюється при декарбоксилюванні піровиноградної кислоти під дією піруватдегідрогенази, а також при β-окисленні жирних кислот і деяких амінокислот (валін, лейцин). Ацетил-СоА може розщеплювати ся до СО₂ і Н₂О в ЦТК, може надходити у гліоксилатний цикл і брати участь у глюконеогенезі (у перетворенні жирів на вуглеводи). Із ацетил-СоА синтезуються також каротиноїди, стероїди, ефірні олії, смоли. При відщепленні СоА утворюється вільна кислота.

Пропіонова кислота виявляється в рослинах у малих кількостях і звичайно утворюється при β-окисленні жирних кислот з непарним числом вуглецевих атомів.

Масляна кислота зустрічається в рослинах рідко й у малих кількостях. Частіше знаходять її похідні: β-гідроксимасляна, β-гідрокси-α-кетомасляна та її ізомер – ізомасляна тощо.

Валеріанова кислота та її ізомер – ізовалеріанова є в деяких рослинах (валеріана, гваюла).

Леткі органічні кислоти у вигляді складних ефірів містяться в плодах. Ефіри мають запах і надають його плодам.

Складний ефір	Запах плодів
Амілацетат	Банан
Октилацетат	Апельсин
Метилбутират	Абрикос
Ізоамілбутират	Груша
Ізоаміловий ефір ізовалеріанової кислоти	Яблуко

Нелеткі кислоти

За кількістю карбоксильних груп ці кислоти поділяють на моно-, ди- і трикарбонові.

Монокарбонові кислоти

У цій групі будуть розглянуті такі кислоти: глюконова, гліколева, гліоксилева, піровиноградна, молочна.

Глюконова кислота. Як зазначалося у лекції «Вуглеводи», глюконова кислота утворюється при окисленні глюкози і належить до групи альдонових кислот. У рослинах вона зустрічається в малих кількостях, бере участь у пентозофосфатному циклі, де з неї утворюються пентози.

Одержують глюконову кислоту з культурального середовища деяких пліснявих грибів, де вона накопичується в досить великій кількості. Глюконова кислота та її солі, особливо кальцієва, використовуються в медицині як детоксиканти й антиалергійні засоби.

Гліколева кислота зустрічається в рослинах у невеликій кількості та відіграє важливу роль у процесі фотодихання.

Гліоксилева кислота також міститься в рослинах у невеликих кількостях, але бере участь у важливих метаболічних процесах: у фотодиханні та гліоксилатному циклі. З гліоксилевої кислоти при переамінуванні утворюється гліцин.

Піровиноградна кислота є в багатьох рослинах, але вона не накопичується, оскільки бере участь у різних процесах обміну.

Ця кислота утворюється при дисиміляції вуглеводів у гліколізі та зв'язує обмін вуглеводів з обміном білка і ліпідів. Із пірувату утворюються амінокислота аланін і ацетил-СоА. Крім того, вона є джерелом молочної та щавлевооцтової кислот. Молочна кислота утворюється при відновленні піровиноградної кислоти під дією лактатдегідрогенази, а ЩОК – після фосфорилювання її до ФЕП та карбоксилювання останнього.

Молочна кислота виявлена в багатьох рослинах, але більше її міститься в листках малини. Часто накопичується у рослинах в анаеробних умовах. Багато молочної кислоти утворюється при молочнокислому бродінні в молочнокислих продуктах, у тісті, при бродінні овочів. Утворюється вона при відновленні пірувату. Застосовується молочна кислота в текстильній та шкіряній промисловості при фарбуванні тканин і шкіри як протрава, у медицині як носій мікроелементів, у харчовій промисловості при виготовленні цукерок, безалкогольних напоїв тощо.

Дикарбонові кислоти

До дикарбонових органічних кислот відносять щавлеву, малонову, бурштинову, фумарову, щавлевооцтову, яблучну, винну кислоти.

Щавлева кислота дуже поширена в рослинах як у вільному стані, так і у вигляді солей. Особливо часто в клітинному соку рослин накопичується щавлевокислий кальцій. Він приймає форму кристалів та їхніх зростків (рафіди, друзи). Їх можна бачити в стеблах і листках сукулентів, бегонії, щавлю. Багато щавлевої кислоти виділяють у культуральну рідину плісняві гриби. Щавлева кислота утворюється з двох молекул мурашиної кислоти або при окисленні гліоксилевої кислоти.

Малонову кислоту знайдено в листках злаків, бобових, у плодах лимона, квітках жоржин. Пов'язана з СоА малонова кислота бере участь у синтезі жирних кислот.

Бурштинова кислота виявлена в плодах червоної смородини, черешні, аґрусу, винограду, в яблуках, у незрілих вишнях. У ЦТК вона послідовно перетворюється у фумарову, щавлевооцтову і яблучну кислоти. Крім того, вона – продукт гліоксилатного циклу.

Фумарова кислота в невеликій кількості присутня в деяких рослинах (мак, ряст), а також у лишайниках і грибах. Приєдную чи аміак, фумарова кислота утворює аспарагінову кислоту. Про її зв'язки з іншими дикарбоновими кислотами йшлося раніше.

Щавлевооцтова кислота дуже активна в метаболізмі рослин і тому не накопичується. Вона бере участь у реакціях ЦТК, гліоксилатного циклу, у фотосинтезі С₄- і САМ-рослин, при переамінуванні утворює аспарагінову кислоту.

Яблучна кислота дуже поширена в рослинах, особливо в плодах кісточкових культур – горобини, барбарису, кизилу, у яблуках, а також у помідорах. Особливо багато яблучної кислоти в плодах барбарису (до 6 %), у листках тютюну і махорки (до 6,5%), у м'ясистих органах сукулентів (до 8-10 %). Відсутня вона в плодах цитрусових і журавлині. Утворюється яблучна кислота в ЦТК, гліоксилатному циклі з ЩОК і при фотосинтезі у С₄- і САМ-рослин. Вона має приємний смак та властивість угамовувати спрагу і використовується при виготовленні безалкогольних напоїв і кондитерських виробів.

Винну кислоту знаходять звичайно в рослинах південних широт. Її багато в плодах винограду. В інших рослинах її, навпаки, дуже мало або зовсім немає. При виготовленні й витримці виноградних вин утворюються відходи у вигляді осаду. Це винний камінь, що являє собою монокалієву сіль винної кислоти – кремортартрат. Винна кислота і винний камінь застосовуються при виготовленні фруктових вод, хімічних розпушувачів тіста, для протрави тканин при їх фарбуванні, у медицині. Калій-натрієва сіль винної кислоти (сегнетова сіль) використовується в радіотехнічній промисловості та при кількісному визначенні цукрів. Участь винної кислоти у метаболізмі рослин поки що не вивчена.

Трикарбонові кислоти

До них відносять лимонну, ізолимонну і цис-аконітову кислоти. Ці кислоти взаємоперетворюються в ЦТК і в гліоксилатному циклі.

Лимонна кислота поширена в рослинах. У плодах смородини, малини, суниці лимонна кислота переважає над яблучною. Особливо багато лимонної кислоти у плодах цитрусових (до 9 %), у листках махорки (до 7-8 %). У промислових масштабах лимонну кислоту одержують з культуральної рідини плісневого гриба Aspergillus niger. Лимонна кислота застосовується в харчовій промисловості, а її натрієва сіль у якості консерванту крові.

Цис-аконітова кислота вперше була отримана з листків аконіту. Зустрічається вона у невеликих кількостях у багатьох рослинах (листки злаків).

Ізолимонна кислота в значних кількостях міститься у деяких рослинах. У сукулентів її вміст може сягати 18 %, а в плодах ожини вона складає 2/3 усіх органічних кислот.

Роль органічних кислот у рослині

1.Органічні кислоти відіграють важливу роль в процесі фотосинтезу, особливо в С₄- і CAM-рослин, а також у фотодиханні.

2.Багато органічних кислот беруть участь у процесі дихання рослин (гліколіз, ЦТК, ПФЦ). Так, ЦТК і гліоксилатний цикл цілком складаються з реакцій перетворення органічних кислої, а ФЕП є кінцевим продуктом гліколізу.

3.Велика роль органічних кислот в обміні ліпідів. З них синтезуються жирні кислоти, стероїди, каротиноїди.

4.Ряд органічних кислот є вихідними сполуками при утворенні амінокислот (ЩОК, фумарова, ПВ тощо).

5.Органічні кислоти зв'язують у рослинах обмін вуглеводів з обміном білків і ліпідів.

6.З органічних кислот синтезуються терпени та терпеноїди (ефірні олії, смоли, фітогормони – абсцизова кислота і гібереліни тощо).

7.Органічні кислоти обумовлюють низький рівень рН клітинного соку, а у «кислих» рослин ще й ємний механізм знешкодження аміаку.

Дата добавления: 2014-01-04