Proces af sekundær metabolisme i planter

Proces af sekundær metabolisme i planter!

Planterne har ingen mekanisme til bortskaffelse af deres metaboliske affald. Disse affaldsprodukter akkumuleres i deres celler og tjener ofte som udgangspunkt for mange transformationsprocesser.

Sådanne veje, der producerer stoffer uden betydning for opretholdelsen af ​​en hovedmetabolisk vej, udgør hvad der er blevet kaldt sekundær metabolisme.

Sekundær metabolisme fører til dannelsen af ​​sekundære produkter. De sekundære metaboliske veje er genetisk og enzymatisk reguleret. Sekundære produkter eller sekundære metabolitter omfatter nogle polysaccharider, mange antibiotika, steroider, carotenoider, alkaloider flavonoider osv.

Tre typer sekundære produkter skelnes med hensyn til metabolisk stabilitet:

(1) virkelig metabolisk inerte endeprodukter,

(2) produkt, hvis stabilitet vedrører en fysiologisk eller udviklingsmæssig tilstand og

(3) dem med en løbende omsætning. I løbet af metabolisme af disse produkter dannes flere polymere produkter: for eksempel gummi, sporopolleniner, ligniner.

Dannelsen af ​​disse stoffer katalyseres af phenoloxidaser og peroxidaser, og cellevæggen er ofte det foretrukne sted for dannelse af disse makromolekyler. Nedbrydning af sekundære produkter til primære metaboliske substrater udføres af en gruppe af enzymer med lav substratspecificitet, såsom methylerende monoxygenaser og glucosidaser.

Mængderne af sekundære produkter varierer med plantens udviklingstilstand, årstid, klima og endog tidspunktet på dagen. Dette skyldes, at sekundær metabolisme er underlagt indflydelse fra flere regulatoriske faktorer.

Betydningen af ​​dannelsen af ​​sekundære produkter ligger ikke så meget, idet de tjener som kildemateriale til regenerering af forbindelser, der er nødvendige til primær metabolisme. Selv om det sker, er bidraget så lille, at det ikke har nogen indvirkning på stofskiftet som helhed.

Men dannelsen af ​​sekundære produkter tillader videreførelse af den primære metaboliske begivenhed ved fjernelse af produkter af den pågældende syntetiske vej fra reaktionsstedet, og dette har langt større betydning.

Sekundære produkter: Økologisk betydning:

De sekundære produkter er af særlig betydning for opretholdelsen af ​​økologisk balance. Den gensidige indflydelse mellem de bestanddele i et økosystem er i høj grad sporbar for de sekundære produkter, der genereres af komponentens arter i systemet.

De allelopatiske forhold mellem en plante og en anden er i en vis grad bestemt af arten af ​​de sekundære produkter. For eksempel ville monoterpenerne frigivet fra bladene af Salvia teucophylla og Artemisia californica gøre jorden, der absorberede disse stoffer uegnet til genereringen af ​​frøene af årlige planter.

Sekundære produkter: Forbindelser mellem planter og dyr:

Sekundære planteprodukter har en afgørende indflydelse på forholdet mellem planter og dyr. De tjener enden af ​​prædation, bestøvning og frøspredning. Duft spiller en vigtig rolle ved at tiltrække de insekter, der er involveret i bestøvning.

De involverede stoffer indbefatter monoterpener, såsom citroner og geraniollimoner af roser; aminer som monoaminerne af arum- og benzoesyrederivater såsom vanillin af vanille. Blomstens farve er udtryk for pigmenter, som også er sekundære produkter.

For eksempel er den hvide farve af visse blomster på grund af tilstedeværelsen af ​​flavoner såsom luteoliner; gule blomster er forårsaget af carotenoider, betaxanthiner og gule flavonoler, og de røde og violette farver er forårsaget af betacyaniner og anthocyaniner. Når moden er, har frugter lyse farver og udsender karakteristiske lugte.

Begge spiller en betydelig rolle ved tiltrækker dyr og fugle og eventuelt spredning af frugt og frø. Farven og lugten stammer fra sekundære produkter. Mange planteprodukter har deres smag og smag, der bestemmes af tilstedeværelsen af ​​sekundære produkter. Dette spiller en rolle for at tiltrække eller afvise plantelevende dyr.

Sekundære produkter: Sygdomsresistens og forekomst:

Sekundære produkter udgør en del af det generelle forsvarssystem af højere planter mod mikrobielle infektioner. Omvendt udgør parasitterne sekundære produkter, som hjælper med at overvinde modstanden fra værtsplanten.

Sekundære produkter i forhold til mand:

Smag, smag, farve og smag af fødevarer og drikkevarer skyldes den sekundære produkts kemiske natur. Mange af de stoffer, som man bruger, er også produkter af sekundær metabolisme i planter.

For eksempel er D. Sorbital en sukkeralkohol, der anvendes af diabetikere; reserpin, et anti-hypersensitivt lægemiddel, strychnin, der tjener som en central stimulant og kinin, som er et anti-malarielt lægemiddel, er alle indolderivater. Narkotika som hash og marihuana er monoterpener fra cannabis sativa.

Drikkevarer af kaffe, te, kakao indeholder koffein, theobromin og theophyllin, alle puriner. Nikotin fra tobak og arecaidin fra Areca catechu er nikotinsyre derivater. Lægemiddelværdien af ​​Solanaceous planter som Datura og Atropa skyldes tilstedeværelsen af ​​scopolamin og andre alkaloider i dem.

Et stort udvalg af sekundære produkter tjener som industrielt råmateriale. Linolie anvendt i malingindustrien, ricinusolie, der anvendes til fremstilling af smøremidler og sæber, voks anvendt til polering og lak, suberin en bestanddel af kork, der anvendes til fremstilling af isoleringsmaterialeprop og filtre, er alle fedtsyrederivater.

Tanniner, der har en vigtig anvendelse i læderindustrien, er polyphenoler. Gummi er en polyterpen fremstillet af Ficus elastica, Hevea brasiliensis osv. De æteriske olier, der udbredes i parfumer, kosmetik og præparater af opløsningsmidler, er terpenoider.

Mekanisme for stomatisk bevægelse:

Stomata fungerer som turgor-opererede ventiler, fordi deres åbnings- og lukningsbevægelse styres af turgorændringer af vagtcellerne. Når vagtcellerne svulmer op på grund af øget turgor, opstår der en pore mellem dem. Med tab af turgor lukkes stomatporerne. Stomata er generelt åben om dagen og lukker om natten med nogle få undtagelser.

De vigtige faktorer, der regulerer stomatalåbningen er lys, høj pH eller reduceret CO ₂ og tilgængelighed af vand. De modsatte faktorer regulerer stomatal lukning, dvs. mørke, lav pH eller høj CO ₂ og dehydrering. Der er tre hovedteorier om mekanismen for stomatale bevægelser:

1. Hypotese af Guard Cell Photosynthesis (Schwendener, 1881):

Vagtceller indeholder kloroplaster. I løbet af dagen udfører chloroplasterne fotosyntese og producerer sukker. Sukker øger osmotisk koncentration af vagtceller. Det forårsager absorption af vand fra nærliggende epidermale celler. De turgid vagtceller bøjes udadvendt tørre skaber en pore imellem. Imidlertid synes fotosyntetisk aktivitet af beskyttelsescellechloroplaster at være ubetydelige.

2. Klassisk stivelseshydrolyse teori:

Teoriens hovedtræk blev stavet af Sayre (1923). Det blev ændret af Steward (1964). Vagtcellerne indeholder stivelse. Ved koncentrationen af ​​lavt indhold af carbondioxid (om morgenen opnået gennem fotosyntese af mesofyl og beskyttelsesceller) stiger værdien af ​​beskyttelsesceller. Det stimulerer enzymphosphorylase. Phosphorylase konverterer stivelse til glucose 1-phosphat. Sidstnævnte er ændret til glucose 6-phosphat, der undergår hydrolyse til fremstilling af glucose og phosphorsyre.

Glucose øger osmotisk koncentration af beskyttelsesceller. På grund af det absorberer vagtcellerne vand fra naboceller, svulmer op og skaber en pore mellem dem. Aftenlukning af stomata skyldes forøget carbondioxidindhold (på grund af blivende fotosyntese) af blad. Det mindsker pH af vagtceller og forårsager phosphorylering af glucose. I nærvær af phosphorylase ændres glucose 1-phosphat til stivelse.

Som følge heraf falder osmotisk koncentration af vagtceller. De mister vand til tilstødende epidermale celler. Med tab af turgiditet krymper beskyttelsescellerne og lukker poren mellem dem.

Indvendinger, (i) Glucose findes ikke i beskyttelsesceller på tidspunktet for stomatal åbning, (ii) Stivels Sukkerændringer er kemisk langsomme, mens åbning og lukning af stomata er ret hurtig. (iii) Store ændringer i værdien af ​​beskyttelsesceller kan ikke forklares på grundlag af kuldioxidkoncentration. (iv) Løg og nogle af dets pårørende har ikke stivelse eller beslægtet polysaccharid, som kan hydrolyseres til niveauet af glucose. (v) Blåt lys har vist sig at være mere effektivt end andre bølgelængder til åbning af stomata. Det samme kan ikke forklares ved stivelseshydrolyseteori, (vi) Hydrolyse af stivelsesteori kan ikke tegne sig for høj stigning i osmotisk tryk fundet i vagtceller.

3. Malat- eller K ⁺ ionpumpehypotesen (Moderne Teori):

Teoriens hovedtræk blev fremsat af Levitt (1974). Ifølge denne teori kan vagtcelleens pH stige på grund af aktiv H ⁺ optagelse af vagtcellechloroplaster eller mitokondrier, C02 assimilering af mesophyll og vagtceller. En stigning i pH forårsager hydrolyse af stivelse til dannelse af organiske syrer, især phosphoenolpyruvat. Stivelse Hexose Phosphate -> Phosphoglyceric Acid -> Phosphoenol Pyruvat.

Phosphoenolpyruvat kan også dannes af pyrodruesyre af respiratorisk vej. Ved hjælp af PEP-carboxylase (PEP-tilfælde) kombineres det med ledig CO ₂ til fremstilling af oxalsyre, som ændres til æblesyre. Malinsyre dissocieres i H ⁺ og malat.

H ⁺ ioner passerer ud af beskyttelsescellerne i bytte for K ⁺ ioner. Nogle K ⁺ ioner (ledsaget af CI ^- ioner) absorberes også aktivt fra tilstødende epidermale celler ved hjælp af cAMP, ATP og cytokininer. Vagtceller opretholder deres elektroneutralitet ved at balancere K ⁺ med malat og CI ^- .

I den kombinerede tilstand passerer de ind i de små vakuoler og øger beskyttelsescellernes osmotiske koncentration. Som følge heraf absorberer beskyttelsesceller vand fra de nærliggende epidermale celler gennem endosmos, svulmer op og skaber en pore mellem dem.

Under stomatallukning diffunderer H ⁺ -ionerne ud af beskyttelsescellen chloroplaster. Det mindsker pH af vagtcelle-cytoplasma. Enhver malat til stede i cytoplasmaet kombinerer med H ⁺ til dannelse af æblesyre. Overskydende æblesyre hæmmer sin egen biosyntese.

Høj CO ₂ -koncentration har også en lignende virkning. Uforskudt æblesyre fremmer lækage af ioner (Jackson og Taylon, 1970). Som følge heraf adskilles K ⁺ ioner fra malat og passerer ud af vagtcellerne. Dannelse af abcisinsyre (som under tørke eller middag) fremmer også reversering af H ⁺ K ⁺ pumpe og øger tilgængeligheden af ​​H ⁺ inde i vagtcelle-cytoplasma.

Tab af K ⁺ ioner reducerer osmotisk koncentration af beskyttelsesceller sammenlignet med tilstødende epidermale celler. Dette forårsager exosmosis og dermed turgiditeten af ​​vagtcellerne falder. Det lukker porerne mellem beskyttelsescellerne. Samtidig metaboliseres de organiske syrer for at fremstille stivelse.