9.5. Синтез и превращения других липидов

Синтезируемые в хлоропластах растений галактолипиды образуются в ходе реакций переноса остатков галактозы от УДФ-галактозы на диацилглицерины. Если осуществляется перенос одного остатка галактозы в виде b-пиранозы на диацилглицерин, синтезируются молекулыb-галактозилдиацилглицеридов:

При переносе на моногалактозилдиацилгицерид ещё одного остатка галактозы в видеa-пиранозы осуществляется синтез дигалактозил-диацилглицеридов:

Следует отметить, что в процессе синтеза диацилглицеринов, входящих в состав гликолипидов, к первому углеродному атому глицерина присоединяется остаток насыщенной жирной кислоты (имеющей радикал R₁), а ко второму углеродному атому преимущественно остаток линоленовой кислоты (имеющей радикал R₂).

При перестройке и обновлении структуры хлоропластных мембран образуются свободные формы гликолипидов, которые могут подвергаться превращениям в результате действия соответствующих гидролаз. Отщеп-

ление остатков моносахаридов катализируют специфические гликозидазы, а остатков жирных кислот – гидролазы сложных эфиров. Механизмы этих реакций в растительных клетках пока ещё недостаточно изучены.

Исходным соединением для синтеза стеролов служит продукт обмена углеводов и жирных кислот ацетилкофермент А, который, включаясь в обмен терпеноидных соединений, образует сквален (стр…). А уже из сквалена через ряд промежуточных стадий синтезируются стеролы. Важнейшим промежуточным продуктом в этих реакциях у растений является циклоартенол, который служит важнейшим биохимическим предшественником при образовании стеролов из сквалена.

Ворганизмах животных стероидные липиды синтезируются из сквалена, однако непосредственным биохимическим предшественником для их образования служитланостерол, который через ряд промежуточных стадий превращается в холестерол. А уже путём превращений холестерола образуются другие стероидные вещества животного организма.

Распад стероидных липидов представляет собой сложный многоступенчатый процесс, который пока ещё слабо изучен. Однако известно, что конечным продуктом распада стеролов, как и при распаде других липидов, является ацетилкофермент А. Ещё меньше сведений имеется по обмену липидов воска. В ряде опытов было показано, что главные липидные компоненты воска высокомолекулярные одноатомные спирты образуются из пальмитиновой кислоты.

Вопросы для повторения:

1. Из каких основных компонентов синтезируются ацилглицерины жиров и с участием каких ферментов? 2. Как происходит синтез и распад глицерина? 3. Каковы биохимические механизмы синтеза насыщенных жирных кислот? 4. В чём состоят особенности образования жирных кислот с чётным и нечётным числом углеродных атомов, а также с боковыми ответвлениями углеродной цепи? 5. Как осуществляется превращение насыщенных кислот в ненасыщенные? 6. С помощью каких показателей можно оценивать интенсивность синтеза жиров и ненасыщенных жирных кислот в семенах масличных растений? 7. Какие биологические реакции лежат в основе синтеза фосфолипидов и гликолипидов? 8. С участием каких ферментов осуществляется распад ацилглицеринов и фосфолипидов? 9. В чём состоит механизм a-окисления жирных кислот? 10. Какова последовательность биохимических реакцийb-окисления насыщенных и ненасыщенных жирных кислот? 11. В чём состоят особенности биодеградации жирных кислот с нечётным числом углеродных атомов и боковыми ответвлениями в углеродной цепи? 12. К каким экологическим нарушениям приводит использование в сельском хозяйстве препаратов, содержащих жирные кислоты с боковыми ответвлениями у нечётных углеродных атомов? 13. Какие биоэнергетические продукты образуются в ходеa- иb-окисления жирных кислот и каков суммарный энергетический эффект окисления жирных кислот? 14. Как происходит в растениях превращение жирных кислот в углеводы? 15. Какова последовательность реакций глиоксилатного цикла и в каких клеточных структурах проходят эти реакции? 16. По каким механизмам из продукта глиоксилатного цикла янтарной кислоты синтезируются углеводы? 17. Как осуществляются синтез и превращения стероидных липидов? 18. Что известно о природе образования липидных компонентов воска?

Резюме по модульной единице 9.

В ходе синтеза жиров к глицерол-3-фосфату последовательно присоединяются остатки жирных кислот, связанные с коферментом А. Важными промежуточными продуктами при синтезе жиров являются фосфатидные кислоты. Глицерол-3-фосфат образуется из продукта анаэробной стадии дыхания – фосфодиоксиацетона под действием дегидрогеназы. Синтез жирных кислот катализирует мультиферментный комплекс, называемый синтетазой жирных кислот. Важные компоненты этого ферментного комплекса – ацилпереносящие белки, которые связывают в процессе синтеза радикалы жирных кислот. Исходным соединением для синтеза жирных кислот служит ацетилкофермент А, образующийся в реакциях дыхания. Непосредственный донор ацетильных радикалов в синтезе жирных кислот – малонилкофермент А.

Превращение насыщенных жирных кислот в ненасыщенные катализируют ферменты оксигеназы, которые проявляют свою активность в присутствии кислорода и восстановленных динуклеотидов НАДФ∙Н. Жирные кислоты с нечётным числом углеродных атомов образуются с участием пропионилкофермента А, а кислоты с разветвлённой углеродной цепью – с участием некоторых аминокислот (имеющих разветвлённую углеродную цепь) и пропионилкофермента А. Фосфолипиды синтезируются из диацилглицеринов с участием активированных форм этаноламина, холина, серина, глицерина, миоинозита. Стероидные липиды растений образуются, как и жирные кислоты, из ацетилкофермента А. Важными промежуточными продуктами при их синтезе являются сквален и циклоартенол. Гликолипиды синтезируются из диацилглицеринов с участием УДФ-галактозы.

Гидролитический распад жиров катализируют ферменты липазы, распад фосфолипидов – фосфолипазы. Под действием этих ферментов жиры гидролизуются с образованием глицерина и свободных жирных кислот. Продукты гидролиза фосфолипидов – глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и азотистые или другие соединения в зависимости от разновидности гидролизуемого фосфолипида: этаноламин, холин, серин, миоинозит. Жирные килоты затем транспортируются в митохондрии и подвергаются β-окислению с образованием в качестве конечного продукта ацетилкофермента А. При β-окислении жирных кислот с нечётным числом углеродных атомов и разветвлённой углеродной цепью, кроме ацетил-КоА, образуется также пропионил-КоА. В клетках растений жирные кислоты включаются в реакции α-окисления, локализованные в цитоплазме.

В прорастающих семенах растений происходит активное использование продукта распада жирных кислот ацетил-КоА для синтеза углеводов. На первом этапе таких превращений ацетил-КоА включается в реакции гиоксилатного цикла, которые происходят в субклеточных структурах, называемых глиоксисомами. Далее продукт глиоксилатного цикла янтарная кислота транспортируется в митохондрии и, включаясь в реакции цикла Кребса, превращается в щавелевоуксусную кислоту, которая затем поступает из митохондрии в цитоплазму и в результате декарбоксилирования и фосфорилирофания образует фосфоенолпировиноградную кислоту. А из фосфоенолпировиноградной кислоты в результате обращения реакций анаэробной стадии дыхания синтезируется гексоза, которая уже становится источником образования других углеводов.

Тестовые задания к лекции. Тесты № 156-192.

Лекции 7. Обмен аминокислот.

Аннотация. Излагаются основные биохимические реакции синтеза, превращений и распада аминокислот. Рассматриваются механизмы ассимиляции нитратной формы азота и причины накопления нитратов в растительной продукции. Изучаются механизмы связывания избыточного аммиака в растениях и усвоения амидной формы азота при некорневых подкормках. Даются биохимические сведения о механизме симбиотической азотфиксации.

Ключевые слова: восстановительное аминирование кетокислот, реакции переаминирования, окислительное дезаминирование аминокислот, декарбоксилирова-ние аминокислот, аминооксидазы, аспарагинсинтетаза, глутаминсинтетаза, орнитино-вый цикл, обращение реакций орнитинового цикла, нитратредуктаза, нитритредуктаза, нитрогеназа, бактероиды, легоглобин.

Рассматриваемые вопросы:

1. Синтез аминокислот.

2. Превращения и распад аминокислот.

3. Связывание избыточного аммиака в растениях.

4. Усвоение растениями азота мочевины при некорневых подкормках.

5. Восстановление нитратного азота в растениях.

6. Биохимические процессы симбиотической азотфиксации.

Модульная единица 10. Обмен азотистых веществ.

Цели и задачи изучения модульной единицы. Изучить биохимические реакции синтеза, превращений и распада аминокислот и белков, а также молекулярные механизмы генетических процессов, связанные с реализацией в клетках организмов генетической информации, которая содержится в молекулах ДНК. Научить студентов применять знания по обмену азотистых веществ при обосновании технологий выращивания сельскохозяйственных культур и оценке качества растительной продукции.