Xreferat.com » Рефераты по биологии и химии » Влияние экзогенных трех- и шестиуглеродных углеводов на биосинтез аскорби-новой кислоты в проростках ячменя

Влияние экзогенных трех- и шестиуглеродных углеводов на биосинтез аскорби-новой кислоты в проростках ячменя

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Г.Н. Чупахина, А.В. Добычина, Н.Ю. Чупахина, И.Е. Ломова (Калининградский государственный университет, Московская Академия химического машиностроения)

Химизм биосинтеза аскорбиновой кислоты (АК) в растениях до сих пор не достаточно ясен. Известно, что новообразование АК стимулируют гексозы, из которых предпочтение отдается галактозе [1, с. 271]. Метаболизм гексоз в АК может идти или через образование промежуточных триоз, или без разрыва углеродного скелета исходной молекулы углевода. Во втором случае ряд исследователей (2) допускает возможность инверсии углеродной цепи, другие [3] отрицают ее наличие. Необходимость образования триоз из исходных гексоз при биосинтезе АК нами проверялась в опытах с использованием экзогенного диоксиацетона в качестве субстрата для АК. Действие диоксиацетона сравнивалось с С6-субстратами - глюкозой и галактозой.

Объект и методы исследования

В качестве объектов исследования использовались 6-дневные зеленые, этиолированные и альбиносные проростки ячменя ярового (Hordeum vulgare L.) сорта Роланд. Альбиносные проростки получали из обработанных 0,25% раствором стрептомицина семян. Проростки выращивали при естественном освещении и комнатной температуре. Содержание аскорбиновой кислоты и ее дериватов - дегидроаскорбиновой кислоты (ДАК) и дикетогулоновой (ДКГК) - определяли колориметрически [4, с. 17]. Диоксиацетон, используемый в опытах, был получен методом биотрансформации глицерина с помощью Gluconobacter oxydans [5]. Освещение проростков в опытах проводилось в установке “Флора” с люминесцентными лампами ЛДЦ-40. Интенсивность света равнялась 33 тыс. эрг см-2 с-1, экспозиция - 24 часа. Опыты выполнялись в двух биологических повторностях и воспроизводились 2-3 раза. В работе приводятся средние значения из всех опытов и средние ошибки измерений.

Результаты и обсуждение

С целью изучения возможности использования шестиуглеродных соединений (глюкозы, галактозы) в качестве субстрата в биосинтезе АК использовались листья ячменя с различной пигментацией: зеленые, этиолированные, альбиносные, с тем чтобы решить вопрос об источнике используемых углеводов (фотосинтетические или запасные) и определить зависимость биосинтеза АК из углеводов от энергетических процессов - фотосинтеза и дыхания.

Масштаб биосинтетического процесса, ведущего к накоплению АК, характеризует не только образование восстановленной формы АК, но и ее дериватов, так как наряду с новообразованием АК идет ее активное использование с образованием ДАК и ДКГК. Поэтому в опытах по изучению возможности использования С6-углеводов - глюкозы и галактозы в биосинтезе АК одновременно определялось содержание АК, ДАК и ДКГК.

Как видно из рисунка, при освещении листьев ячменя, находящегося на воде и 1% растворах глюкозы и галактозы, уровень восстановленной формы АК повышался по сравнению с исходным содержанием во всех вариантах, но превышение контрольного значения (листья на воде) отмечено только при использовании в качестве субстрата глюкозы.

Освещение зеленых листьев ячменя привело к снижению уровня дегидроаскорбиновой кислоты по сравнению с исходным содержанием только в контроле; в листьях, находящихся на растворах углеводов, содержание ДАК превзошло и контрольное и исходное содержание. Следовательно, дополнительное снабжение листьев шестиуглеродными углеводами активизировало использование восстановленной формы АК, причем в равной мере и в опыте с глюкозой, и с галактозой.

Дальнейшая метаболизация ДАК с образованием ДКГК активнее была в листьях, находящихся на 1% растворе глюкозы по сравнению с галактозой.

Таким образом, С6-углеводы (глюкоза и галактоза) стимулируют накопление АК в листьях ячменя на свету. Причем глюкоза активизирует образование и восстановленной и окисленной формы АК, галактоза - только дегидроформы.

В этиолированных листьях (рис. 2) свет активно стимулировал накопление АК и в листьях, находящихся на воде, и особенно в листьях, помещенных в 1% растворы глюкозы и галактозы. Однако стимуляция биосинтеза АК глюкозой была выше, чем галактозой.

Уровень окисленной формы АК, а также продукта ее необратимого окисления - ДКГК при освещении этиолированных листьев снизился по сравнению с исходным, что говорит о пониженном использовании АК в этиолянтах. Возможно, это и является одной из причин более активного накопления восстановленной формы АК в этиолированных проростках на свету по сравнению с зелеными.

Еще в большей степени, чем в этиолированных проростках, блокированы процессы, связанные с функционированием фотосинтетического аппарата, однако у альбиносов их реакция на освещение была ближе к зеленым проросткам, чем к этиолированным (рис. 3). Исходный уровень АК в зеленых проростках был выше, чем в альбиносных, но характер изменения содержания АК и в контрольных листьях (на воде), и в листьях, находящихся в растворах углеводов, был одинаковым: свет стимулировал повышение уровня АК во всех вариантах, но превышение контрольного значения было отмечено только на глюкозе. У альбиносных проростков, так же, как и у этиолированных и зеленых, содержание ДАК на свету повысилось по сравнению с контрольным значением в присутствии экзогенных углеводов, особенно галактозы. Содержание ДКГК при этом не превышало контрольный уровень.

Таким образом, анализ реакции на освещение листьев ячменя, находящихся на 1% растворе глюкозы и галактозы, показывает, что глюкоза стимулирует накопление восстановленной формы АК и в зеленых, и в разной степени депигментированных проростках. Активация биосинтеза АК галактозой имела место только у этиолянтов.

Свет понижал уровень ДАК у всех типов проростков. Добавление экзогенных углеводов стимулировало накопление окисленной формы АК и мало отражалось на содержании ДКГК.

Учитывая масштаб накопления АК и ДАК в присутствии экзогенных углеводов, можно сделать вывод о том, что в проростках ячменя экзогенная глюкоза в большей степени стимулирует биосинтез АК и АК+ДАК, чем галактоза.

В опытах по выяснению возможности использования в качестве субстрата в биосинтезе АК трехуглеродных углеводов использовался диоксиацетон. Зеленые, этиолированные и альбиносные листья ячменя основанием помещались в 1% раствор диоксиацетона, и его действие сравнивалось с контролем (листья на воде) и с 1% глюкозой, стимуляция биосинтеза АК которой показана в предыдущих исследованиях (рис.1-3).

В опытах с зелеными листьями было показано (рис. 4), что в присутствии 1% диоксиацетона на свету начинается необыкновенно активный синтез - сверхсинтез АК: содержание АК повысилось по сравнению с контрольным в 12 раз и по сравнению с глюкозой - в 9 раз. Наряду с резким возрастанием уровня восстановленной формы АК, шло активное накопление окисленной формы и ДКГК.

Аналогичный феномен выявлен и у этиолированных проростков, у которых в присутствии диоксиацетона в 16 раз увеличилось содержание АК по сравнению с контролем, в 9 раз повысился уровень ДАК и в 11 раз - ДКГК (рис. 5).

Несколько меньшее увеличение уровня АК, ДАК и ДКГК под действием диоксиацетона наблюдалось у альбиносных проростков, но и в этом случае уровень АК превосходил контрольный в 4 раза, ДАК - в 12 раз, ДКГК - более чем в 8 раз, тогда как в варианте, где в качестве субстрата использовалась глюкоза, эти цифры были соответственно: 1,2; 1,2 и 1 (рис. 6).

Из сравнения действия диоксиацетона, глюкозы и галактозы на биосинтез АК в проростках ячменя, отчетливо видно преимущественное использование трехуглеродного углевода по сравнению с шестиуглеродными, что дает основание поддерживать мнение о том, что биосинтез АК из углеводов предполагает на определенном этапе разрыв исходной гексозы на триозы. Но поскольку диоксиацетон в опытах стимулировал активное накопление не только восстановленной формы АК, но и продуктов ее окисления - ДАК, ДКГК - можно считать, что в его присутствии начинается быстрое использование АК. Такое явление может иметь место тогда, когда растения находятся в неблагоприятных условиях и активное новообразование и использование АК является ответной реакцией на стресс [6, с.21]. Поэтому при оценке роли диоксиацетона как субстрата в биосинтезе АК, вероятно, нельзя не учитывать и возможное негативное воздействие самого диоксиацетона в 1% концентрации на растения.

Использование углеводов экзогенного и эндогенного пула в растениях идет не одинаково [7]. Учитывая наши данные по влиянию экзогенной глюкозы и галактозы на биосинтез АК в проростках ячменя, можно сделать вывод о том, что глюкоза экзогенного пула может использоваться в биосинтезе АК зелеными, этиолированными и альбиносными проростками. Преимущественного использования галактозы в биосинтезе АК, как указывается в литературе [1], в наших опытах не выявлено.

Стимулирующее действие экзогенной глюкозы и диоксиацетона на биосинтез АК не связано с фотосинтетическим процессом, так как оно наблюдалось не только в зеленых проростках, но и в депигментированных.

Таким образом, экзогенный диоксиацетон в 1% концентрации вызывает активное накопление АК, ДАК и ДКГК в листьях ячменя с различной пигментацией, значительно превосходящее данный процесс в листьях, обеспеченных глюкозой, что поддерживает мнение о том, что биосинтез АК из гексоз включает этап образования триоз. Сравнительный анализ действия глюкозы и галактозы на биосинтез АК показывает преимущественное использование в данном процессе глюкозы.

Список литературы

1. Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений. М.: Мир, 1986. Т.1. С.392.

2. Isherwood F.A., Chen Y.T., Mapson L.W. Synthesis of l-ascorbic acid in plants and animals // Biochem. Journ. 1954. Vol. 56. N 1. P.11-15.

3. Loewus F.A., j. P.F.G. Hesper. Metabolism l-ascorbic acid in plants // American chemican society. Washington, 1982. P.249-261.

4. Чупахина Г.Н. Количественное определение АК, ДАК и ДКГК в растительных тканях // Специальный практикум по биохимии и физиологии растений. Калининград, 1981. 37 с.

5. Еронин В.А., Кустова Н.А., Махоткина Г.А., Ломова И.Е., Николаев П.И. Способ получения диоксиацетона: А.с. № 1218687 // БИ. 1985. № 24.

6. Чупахина Г.Н. Светозависимые изменения системы АК растений: Дис. ... д-ра биол. наук. СПб., 1992. 48 с.

7. Щугаева Н.А., Выскребенцева Э.И. Принципиальные различия окислительного метаболизма экзогенного и эндогенного сахара // Физиология растений. 1985. Т. 32. Вып. 6. С.1188-1196.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Похожие рефераты: