Азот - важнейший элемент, необходимый для синтеза белков и нуклеиновых кислот.
Большинство живых организмов могут использовать азот только в какой-либо связанной форме - в виде аммиака, нитратов, аминокислот и других соединений. Растения усваивают азот из окружающей среды, в основном, в виде аммиака, который образуется как при распаде азотистых соединений, так и при восстановлении молекулярного азота воздуха (фиксация азота) и нитратов.
Аммиак, поглощенный растениями из почвы, или образовавшийся в нем в результате восстановления нитратов, чаще всего вступает в реакцию с кетокислотами. Реакция прямого аминирования кетокислот аммиаком - основной путь синтеза аминокислот в растениях. Таким путем растения синтезируют аланин, глютаминовую, аспарагиновую кислоты. Аспарагиновая кислота может образовываться также при прямом присоединении аммиака к фумаровой кислоте.
Образование большинства других аминокислот происходит либо в результате реакции переаминирования, либо в результате взаимных превращений аминокислот. Ознакомьтесь с процессами ассимиляции растениями молекулярного азота, восстановлением нитратов до аммиака, использованием аммиака в биосинтезе аминокислот. Изучите другие пути биосинтеза аминокислот (переаминирование, превращение отдельных аминокислот).
Образование аминокислот в растениях может происходить и в результате расщепления белков протеолитическими ферментами (протеазами), имеющимися во всех клетках и тканях растений. Протеазы растений делят на две группы: протеиназы и пептидазы. Протеиназы катализируют гидролиз пептидных связей в белках и пептидах с образованием низкомолекулярных пептидов. Последние при участии пептидаз (амино-, карбокси- и дипептидазы) гидролитически расщепляются до аминокислот.
Аминокислоты, синтезированные в результате реакций аминирования, переаминирования, взаимных превращений аминокислот или же образовавшиеся в результате расщепления белков протеазами могут использоваться для биосинтеза новых белков или других соединений, а также подвергаться диссимиляции.
Основными путями распада аминокислот является их дезаминирование и декарбоксилирование. Окислительное дезаминирование аминокислот имеет большое техническое значение в ряде бродильных производств, основанных на использовании спиртового брожения. При дезаминировании аминокислот дрожжами образуются кетокислоты, которые подвергаются в дальнейшем окислительно-восстановительным превращениям с образованием так называемых сивушных масел - смесь различных одноатомных спиртов, придающих неприятный запах и привкус этиловому спирту, вину или пиву. Обратите особое внимание на распад растительных белков при участии протеаз и увяжите этот процесс с качеством хлеба. Разберите химизм дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот и образование из них сивушных масел.
Биосинтез белков
В тканях растений постоянно происходят процессы синтеза и распада белков. Основными соединениями, из которых строятся белки, являются аминокислоты. Причем каждый вид организмов синтезирует свои специфические белки, характеризующиеся определенным аминокислотным составом, молекулярной массой и последовательностью аминокислот. Такое постоянство синтезируемых растениями белков достигается посредством реализации фундаментальных принципов, характерных для живых систем - матричного принципа и принципа комплементарности.
Роль матрицы при биосинтезе белков выполняют нуклеиновые кислоты. Матрица через принцип комплементарности (дополнительностиности) определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи и, тем самым, способствует синтезу специфических для данного вида растений белков.
Синтез белков происходит в субклеточных структурах - рибосомах. Обратите внимание на роль ДНК, информационной РНК и транспортной РНК в процессе биосинтеза белков, уясните механизм активирования аминокислот и механизм образования полипептидной цепи.
Вопросы для самопроверки
1. Ассимиляция молекулярного азота и нитратов растениями.
2. Механизм биосинтеза аминокислот в клетках.
3. Биохимия диссимиляции аминокислот (дезаминирование, декарбоксилирование).
4. Что такое сивушные масла и каков механизм их образования?
5. Биохимия диссимиляции белков. Роль растительных протеиназ и пептидаз в этом процессе. Рибосомы и полисомы.