Prozess des Sekundärstoffwechsels in Pflanzen

Prozess des Sekundärstoffwechsels in Pflanzen!

Die Pflanzen besitzen keine Mechanismen zur Entsorgung ihrer Stoffwechselabfälle. Diese Abfallprodukte reichern sich in ihren Zellen an und dienen oft als Ausgangspunkt für viele Transformationsprozesse.

Solche Stoffwechselwege, die Substanzen produzieren, die für die Aufrechterhaltung eines Hauptstoffwechselweges keine Bedeutung haben, bilden den sogenannten Sekundärstoffwechsel.

Sekundärstoffwechsel führt zur Bildung von Sekundärprodukten. Die sekundären Stoffwechselwege sind genetisch und enzymatisch reguliert. Sekundärprodukte oder sekundäre Metaboliten umfassen einige Polysaccharide, viele Antibiotika, Steroide, Carotinoide, Alkaloide Flavonoide usw.

In Bezug auf die metabolische Stabilität werden drei Arten von Sekundärprodukten unterschieden:

(1) wirklich metabolisch inerten Endprodukten,

(2) Produkt, dessen Stabilität sich auf einen physiologischen oder Entwicklungszustand bezieht, und

(3) diejenigen mit einem kontinuierlichen Umsatz. Im Verlauf des Stoffwechsels dieser Produkte werden mehrere polymere Produkte gebildet: zum Beispiel Gummi, Sporopollenine, Lignine.

Die Bildung dieser Substanzen wird durch Phenoloxidasen und Peroxidasen katalysiert, und häufig ist die Zellwand die bevorzugte Stelle für die Bildung dieser Makromoleküle. Der Abbau von Sekundärprodukten zu primären metabolischen Substraten wird durch eine Gruppe von Enzymen bewirkt, die eine geringe Substratspezifität aufweisen, wie beispielsweise Methylierung von Monoxygenasen und Glucosidasen.

Die Mengen an Nebenprodukten variieren mit dem Entwicklungsstand der Pflanze, der Jahreszeit, dem Klima und sogar der Tageszeit. Dies liegt daran, dass der Sekundärstoffwechsel von verschiedenen regulatorischen Faktoren beeinflusst wird.

Die Bedeutung der Bildung von Nebenprodukten liegt nicht so sehr darin, dass sie als Ausgangsmaterial für die Regeneration von Verbindungen dienen, die für den Primärstoffwechsel benötigt werden. Auch wenn dies der Fall ist, ist der Beitrag so gering, dass er keinen Einfluss auf den Stoffwechsel insgesamt hat.

Die Bildung von Sekundärprodukten ermöglicht jedoch das Fortbestehen des primären Stoffwechselereignisses durch Entfernung von Produkten des betroffenen Synthesewegs vom Reaktionsort, und dies ist von weitaus größerer Bedeutung.

Sekundärprodukte: Ökologische Bedeutung:

Die Sekundärprodukte sind für die Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts von besonderer Bedeutung. Die gegenseitige Beeinflussung zwischen den Bestandteilen eines Ökosystems ist weitgehend auf die Sekundärprodukte zurückzuführen, die von den Komponentenarten des Systems erzeugt werden.

Die allelopathischen Beziehungen zwischen einer Pflanze und einer anderen werden zu einem gewissen Grad von der Natur der Sekundärprodukte bestimmt. Zum Beispiel würden die aus den Blättern von Salvia teucophylla und Artemisia californica freigesetzten Monoterpene den Boden, der diese Substanzen absorbierte, für die Erzeugung von Samen von einjährigen Pflanzen ungeeignet machen.

Nebenprodukte: Pflanzen - Tier - Beziehungen:

Sekundäre Pflanzenprodukte haben einen bestimmenden Einfluss auf die Beziehungen zwischen Pflanzen und Tieren. Sie dienen den Zwecken von Raubung, Bestäubung und Samenverbreitung. Der Duft spielt eine wichtige Rolle bei der Anziehung der mit Bestäubung befassten Insekten.

Zu den beteiligten Substanzen gehören Monoterpene wie Limonen von Zitrusfrüchten und Geraniol von Rosen; Amine wie die Monoamine von Arum und Benzoesäurederivate wie Vanillin von Vanilla. Die Farbe der Blume ist der Ausdruck von Pigmenten, die ebenfalls Nebenprodukte sind.

Zum Beispiel ist die weiße Farbe einer bestimmten Blüte wegen des Vorhandenseins von Flavonen wie Luteolinen; Gelbe Blüten werden durch Carotinoide, Betaxanthine und gelbe Flavonole verursacht, die roten und violetten Farben werden durch Betacyanine und Anthocyane verursacht. Wenn die Früchte reif sind, haben sie einen hellen Anstrich und strahlen charakteristische Gerüche aus.

Beide spielen eine wichtige Rolle bei der Anziehung von Tieren und Vögeln sowie der eventuellen Verbreitung von Obst und Samen. Die Farbe und der Geruch stammen von Sekundärprodukten. Viele pflanzliche Produkte haben ihren Geschmack und ihre Schmackhaftigkeit durch das Vorhandensein von Nebenprodukten bestimmt. Dies spielt eine Rolle beim Anziehen oder Vertreiben von Pflanzenfressern.

Sekundärprodukte: Krankheitsresistenz und Inzidenz:

Sekundärprodukte bilden einen Teil des allgemeinen Abwehrsystems höherer Pflanzen gegen mikrobielle Infektionen. Umgekehrt bilden die Parasiten sekundäre Produkte, die dazu beitragen, die Resistenz der Wirtspflanze zu überwinden.

Sekundärprodukte in Bezug auf den Menschen:

Geschmack, Geschmack, Farbe und Schmackhaftigkeit von Lebensmitteln und Getränken beruhen auf der chemischen Natur der Sekundärprodukte. Viele der Medikamente, die der Mensch verwendet, sind auch Produkte des sekundären Stoffwechsels in Pflanzen.

Zum Beispiel ist D. Sorbital ein Zuckeralkohol, der von Diabetikern verwendet wird; Reserpin, ein anti-hypersensitives Medikament, Strychnin, das als zentrales Stimulans dient, und Chinin, ein Anti-Malariamittel, sind alle Indolderivate. Betäubungsmittel wie Haschisch und Marihuana sind Monoterpene von Cannabis sativa.

Die Getränke von Kaffee, Tee, Kakao enthalten Koffein, Theobromin und Theophyllin, alles Purine. Nikotin aus Tabak und Arecaidin aus Areca catechu sind Nicotinoc-Säurederivate. Der Drogenwert der Solanaceous-Pflanzen wie Datura und Atropa beruht auf der Anwesenheit von Scopolamin und anderen Alkaloiden.

Eine Vielzahl von Sekundärprodukten dient als industrieller Rohstoff. Leinöl, das in der Farbenindustrie verwendet wird, Rizinusöl, das zur Herstellung von Schmiermitteln und Seifen verwendet wird, Wachse zur Herstellung von Polituren und Lacken, Suberin, ein Bestandteil von Kork, der zur Herstellung von Isoliermaterial-Stopfen und -Filtern verwendet wird, sind alle Fettsäurederivate.

Tannine, die in der Lederindustrie eine wichtige Anwendung finden, sind Polyphenole. Kautschuk ist ein Polyterpen, das von Ficus elastica, Hevea brasiliensis usw. hergestellt wird. Die in Parfümerien, Kosmetika und Lösungsmittelzubereitungen ausgiebigen ätherischen Öle sind Terpenoide.

Mechanismus der stomatalen Bewegung:

Stomata funktionieren als turgorbetätigte Ventile, da ihre Öffnungs- und Schließbewegung durch Turgoränderungen der Schutzzellen bestimmt wird. Immer wenn die Wächterzellen durch vermehrten Turgor anschwellen, entsteht zwischen ihnen eine Pore. Mit dem Verlust des Turgors werden die Poren geschlossen. Die Stomata sind im Allgemeinen tagsüber geöffnet und in der Nacht bis auf wenige Ausnahmen geschlossen.

Die wichtigsten Faktoren, die die stomatale Öffnung bestimmen, sind Licht, ein hoher pH-Wert oder reduziertes CO 2 und die Verfügbarkeit von Wasser. Die entgegengesetzten Faktoren bestimmen den Verschluss der Stomata, dh Dunkelheit, niedrigen pH-Wert oder hohen CO 2 -Anteil und Dehydratation. Es gibt drei Haupttheorien über den Mechanismus stomataler Bewegungen:

1. Hypothese der Guard-Cell-Photosynthese (Schwendener, 1881):

Schutzzellen enthalten Chloroplasten. Während des Tages führen die Chloroplasten Photosynthese durch und produzieren Zucker. Zucker erhöht die osmotische Konzentration der Schutzzellen. Es bewirkt die Aufnahme von Wasser aus nahegelegenen Epidermiszellen. Die gedrungenen Schutzzellen biegen sich nach außen und bilden dazwischen eine Pore. Die photosynthetische Aktivität von Schutzzellchloroplasten scheint jedoch vernachlässigbar.

2. Theorie der klassischen Stärkehydrolyse:

Die Hauptmerkmale der Theorie wurden von Sayre (1923) dargelegt. Es wurde von Steward (1964) modifiziert. Die Schutzzellen enthalten Stärke. Bei niedriger Kohlendioxidkonzentration (morgens durch Photosynthese durch Mesophyll- und Wachzellen erreicht) steigt der pH-Wert der Wächterzellen an. Es stimuliert das Enzym Phosphorylase. Phosphorylase wandelt Stärke in Glucose-1-phosphat um. Letzteres wird in Glucose-6-phosphat umgewandelt, das einer Hydrolyse unterworfen wird, um Glucose und Phosphorsäure herzustellen.

Glukose erhöht die osmotische Konzentration der Schutzzellen. Dadurch absorbieren die Wächterzellen Wasser aus benachbarten Zellen, schwellen an und bilden zwischen ihnen eine Pore. Die abendliche Schließung der Stomata wird durch einen erhöhten Kohlendioxidgehalt (aufgrund der Unterbrechung der Photosynthese) des Blattes bewirkt. Es senkt den pH-Wert der Schutzzellen und bewirkt eine Phosphorylierung von Glukose. In Gegenwart von Phosphorylase wird Glucose-1-phosphat in Stärke umgewandelt.

Als Ergebnis sinkt die osmotische Konzentration der Schutzzellen. Sie verlieren Wasser an benachbarte Epidermiszellen. Mit dem Verlust der Blasenbildung schrumpfen die Schutzzellen und schließen die Pore zwischen ihnen.

Einwände, (i) Glukose wird zum Zeitpunkt der stomatalen Öffnung in Wachzellen nicht gefunden. (Ii) Stärkezuckeränderungen sind chemisch langsam, während das Öffnen und Schließen der Stomata ziemlich schnell ist. (iii) Große pH-Änderungen der Schutzzellen können nicht anhand der Kohlendioxidkonzentration erklärt werden. (iv) Zwiebeln und einige ihrer Verwandten besitzen weder Stärke noch verwandtes Polysaccharid, das zu Glukosespiegeln hydrolysiert werden kann. (v) Blaues Licht hat sich beim Öffnen von Stomata als wirksamer erwiesen als andere Wellenlängen. Dasselbe kann nicht durch die Theorie der Stärkehydrolyse erklärt werden. (Vi) Die Hydrolyse der Stärketheorie kann nicht den hohen Anstieg des osmotischen Drucks in den Schutzzellen erklären.

3. Malat- oder K + -Ionen-Pump-Hypothese (moderne Theorie):

Die Hauptmerkmale der Theorie wurden von Levitt (1974) vorgetragen. Nach dieser Theorie kann der pH-Wert der Schutzzelle durch aktive H + -Aufnahme durch Schutzzellchloroplasten oder Mitochondrien, C0 2 -Assimilation durch Mesophyll- und Schutzzellen steigen. Ein Anstieg des pH-Werts bewirkt eine Hydrolyse der Stärke unter Bildung organischer Säuren, insbesondere Phosphoenolpyruvat. Stärke Hexosephosphat -> Phosphoglycerinsäure -> Phosphoenolpyruvat.

Phosphoenolpyruvat kann auch durch Pyruvinsäure des Atmungswegs gebildet werden. Mit Hilfe der PEP-Carboxylase (PEP-Fall) bildet es mit verfügbarem CO 2 Oxalsäure, die in Apfelsäure umgewandelt wird. Apfelsäure dissoziiert in H + und Malat.

H + -Ionen treten aus den Schutzzellen aus und werden gegen K + -Ionen ausgetauscht. Einige K + - Ionen (begleitet von CI - - Ionen) werden auch mit Hilfe von cAMP, ATP und Cytokininen aktiv aus benachbarten Epidermiszellen absorbiert. Schutzzellen behalten ihre Elektroneutralität bei, indem sie K + mit Malat und CI - ausgleichen.

Im kombinierten Zustand gelangen sie in die kleinen Vakuolen und erhöhen die osmotische Konzentration der Schutzzellen. Infolgedessen absorbieren Wächterzellen durch Endosmose Wasser aus den benachbarten Epidermiszellen, schwellen an und bilden zwischen ihnen eine Pore.

Während des Stomaschlusses diffundieren die H + -Ionen aus den Schutzzellen-Chloroplasten. Es senkt den pH-Wert des Schutzzellen-Zytoplasmas. Jedes im Zytoplasma vorhandene Malat verbindet sich mit H + und bildet Äpfelsäure. Ein Überschuss an Apfelsäure hemmt die eigene Biosynthese.

Ähnlich wirkt sich auch eine hohe CO 2 -Konzentration aus. Undissoziierte Apfelsäure fördert das Austreten von Ionen (Jackson und Taylon, 1970). Infolgedessen dissoziieren K + -Ionen von Malat und treten aus den Schutzzellen aus. Die Bildung von Abcisinsäure (wie während der Dürre oder des Mittagessens) fördert auch die Umkehrung der H + K + -Pumpe und erhöht die Verfügbarkeit von H + im Cytoplasma der Schutzzelle.

Der Verlust von K + -Ionen verringert die osmotische Konzentration von Schutzzellen im Vergleich zu benachbarten Epidermiszellen. Dies verursacht eine Exosmose und folglich sinkt die Prallheit der Schutzzellen. Es schließt die Pore zwischen den Schutzzellen. Gleichzeitig werden die organischen Säuren zu Stärke umgewandelt.