Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

10.12. Реакции синтеза и распада крахмала

CH2OH

OH

2

CH2OH

173

Глава 10. Метаболизм углеводов

из положения 6 в положение 1. В результате реакции образуется глюко- зо-1-фосфат, который соединяется с УТФ с образованием уридиндифосфатглюкозы и отщеплением молекулы пирофосфорной кислоты. Реакция протекает при участии глюкозо-1-фосфатуридилилтрансферазы (3).

Вдальнейшем реакции могут протекать только в присутствии небольших фрагментов полисахаридов, к которым происходит последовательное присоединение по одному остатку глюкозы. Эти реакции протекают в присутствии УДФ-крахмалглюкозилтрансферазы (4). Однако

убольшинства растений в биосинтезе амилозы может принимать участие не УДФ-глюкоза, а аденозиндифосфатглюкоза (АДФ-глюкоза). Последняя образуется в реакции, катализируемой АДФГ-пирофосфорилазой (5), осуществляющей присоединение остатка аденозиндифосфата к фосфорилированной форме глюкозы. В результате образуется АДФ-глюкоза и отщепляется пирофосфат.

Взавершении процесса синтеза крахмала АДФГ-крахмалглюкозил- трансфераза (6) присоединяет остаток глюкозы к небольшому фрагменту полисахарида, обусловливая, таким образом, последовательный рост

полисахаридной цепочки.

Биосинтез амилопектина. В биосинтезе амилопектина участвует 1,4-α-

глюкантрансфераза (7), катализирующая реакцию присоединения к амилозе фрагмента полисахарида с образованием уже α-(1→6)-гликозидной связи. Кроме того, в биосинтезе крахмала участвует глюкозилтрансфераза,

осуществляющая перенос остатка глюкозы от одной молекулы к другой с образованием фрагментов полисахаридов, в которых остатки α-D-глю- козы связаны между собой за счет α-(1→4)-гликозидных связей.

Распад крахмала. В растительных клетках постоянно протекают процессы распада крахмала, который накапливается в соматических клетках прежде всего для выполнения резервной функции и гидролизуется при возрастающей энергетической и пластической потребности растительного организма.

Впроцессе расщепления крахмала участвует фосфорилаза (8), катализирующая реакцию отщепления от полисахарида фосфорилированной формы молекулы глюкозы; в ходе ферментативной реакции осуществляется присоединение остатка фосфорной кислоты к отщепляемому от полисахарида остатку глюкозы. В результате реакции образуется укороченный на один остаток моносахарида полимер и молекула глюкозо-1-фосфата:

174

10.13. Реакции синтеза и распада инулина

H3PO4

Кроме того, гидролитический распад крахмала может осуществляться при участии различных гидролаз: α-, β-амилазы, глюкоамилазы, ами- лопектин-1,6-глюкозидазы и др. Так, α-амилаза катализирует реакции гидролиза внутренних α-(1→4)-гликозидных связей в молекуле крахмала. Продуктами гидролиза могут быть мальтоза, небольшое количество глюкозы и фрагменты полисахаридов — декстрины. При участии β-амилазы происходит упорядоченное гидролитическое расщепление α-(1→4)-гли- козидных связей в молекуле крахмала с отщеплением от полисахарида преимущественно дисахарида мальтозы. В случае если гидролизу подвергается амилопектин, то образуются еще и декстрины. Глюкоамилаза осуществляет последовательное отщепление молекул глюкозы от полисахарида, катализируя при этом реакции гидролиза α-(1→4)-гликозидных связей. Гидролитическое расщепление α-(1→6)-гликозидных связей в молекуле крахмала происходит в присутствии амилопектин-1,6-глюкозида- зы. Фермент действует на гликозидные связи, расположенные в точках ветвления полисахарида — амилопектина.

Как видно из вышесказанного, при участии различных гидролаз молекула крахмала достаточно быстро может быть подвергнута гидролизу. Однако активность ферментов в различных частях растения может несколько отличаться. Так, в непроросших семенах пшеницы, ржи и ячменя выявляется активность только β-амилазы, тогда как α-амилазная активность начинает проявляться в прорастающих семенах. В непроросших и проросших семенах соевых бобов определяется активность только β-амилазы, а в прорастающих семенах сорго установлена активность α-амилазы.

Скорость ферментативных реакций гидролиза в растительных клетках регулируется с помощью белковых ингибиторов, которые имеют молекулярную массу 12, 24 и 60 кДа.

10.13. РЕАКЦИИ СИНТЕЗА И РАСПАДА ИНУЛИНА

В реакциях синтеза инулина участвует уридиндифосфатфруктоза (УДФ-фруктоза), которая служит донором остатков фруктозы.

175

Глава 10. Метаболизм углеводов

O

HN

OO

Уридиндифосфатфруктоза

Начинается процесс биосинтеза полимера с реакций последовательного присоединения остатков фруктозы от УДФ-фруктозы к молекуле сахарозы. Реакции катализируют трансферазы. Распад инулина происходит при участии инулазы, которая катализирует реакции гидролитического расщепления полисахарида до молекул фруктозы.

10.14. РЕАКЦИИ СИНТЕЗА И РАСПАДА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Целлюлоза служит основным полисахаридом растений, составляет основу клеточных стенок. В составе полисахарида остатки β-D-глюко- пиранозы, последовательно связанные между собой за счет β-(1→4)-гли- козидных связей.

Основные реакции биосинтеза целлюлозы показаны на рис. 10.15. В биосинтезе целлюлозы принимают участие фосфорилированные формы β-D-глюкозы (глюкозо-6-фосфат и глюкозо-1-фосфат). При этом глюко- зо-1-фосфат после соединения с ГТФ превращается в гуанозиндифосфатглюкозу (ГДФ-глюкозу). Реакцию катализирует глюкозо-1-фосфатгуани- лилтрансфераза (1). Затем с помощью целлюлозосинтетазы (2) происходит присоединение остатка глюкозы к неразветвленному фрагменту полисахарида.

Распад целлюлозы катализирует целлюлаза. Хотя полисахарид выполняет роль структурообразующего материала, в клетках растений вырабатываются ферменты, способные его гидролизовать. Это наблюдается при разрушении торцовых стенок клеток при образовании сосудов ксилемы или ситовидных трубок флоэмы, а также при опадании листьев и созревании плодов. Одним из ферментов, расщепляющих β-(1→4)-глико- зидные связи полисахарида, является целлюлаза (3), представляющая из себя сложный ферментативный комплекс, осуществляющий гидролитическое расщепление целлюлозы с образованием дисахарида целлобиозы. Оптимум активности фермента приходится на рН 4,5…7,0. Высокая активность фермента проявляется в прорастающих зерновках злаковых культур.

176

10.14. Реакции синтеза и распада целлюлозы

Рис. 10.15. Реакции синтеза и распада целлюлозы (1 — глюкозо- 1-фосфатгуанилилтрансфераза, 2 — целлюлозосинтетаза, 3 — целлюлаза)

Кроме того, целлюлоза гидролизуется при участии эндо-β-глюканаз, которые способны расщеплять β-(1→3)-связи и соседние β-(1→3)- и β- (1→4)-гликозидные связи, с образованием олигосахаридов. Последние расщепляются до глюкозы под действием особых ферментов — β-глю- козидаз.

177