Химический состав растений и поступление веществ в клетку

 

ГЛАВА VI

 

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ.

МАКРО И МИКРОЭЛЕМЕНТЫ.

 

 

Подавляющая часть от общего веса растений приходится на долю воды (до 90 %). Сухое вещество растений состоит из: углерода- 45 %, кислорода- 42 %, водорода -6,5 %, азота 1,5 %, зола сложного состава - 5%.

Органические соединения составляют примерно 95% сухого вещества растений. Углерод, кислород и водород, соединяясь между собой и другими элементами в различных комбинациях, образуют углеводы, белки и жиры, органические кислоты и многие другие вещества.

Зола – это то, что остается после сжигания, и ее состав очень разнообразен. Из металлов часто встречаются калий, кальций, магний, железо, натрий, цинк, кобальт, алюминий, медь и другие. Из неметаллов – сера, фосфор, барий и др. Даже самые редкие имеют место в составе растений (серебро, золото, литий и др.).

Все химические элементы принято делить на две группы: макроэлементы (фосфор, кальций, алюминий, натрий, хлор, калий, магний, железо) и микроэлементы (медь, цинк, литий, барий, бром и др.).

 

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

 

Белки. Белковые вещества в растении играют огромную роль, поскольку составляют основу протопласта и являются носителями жизненных процессов.

Различают белки конституционные и запасные. Конституционные белки - это материал, из которого построены органеллы и они прочно связаны с другими веществами- нуклеиновыми кислотами, липидами, углеводами. Поэтому выделить их очень трудно. Запасные белки локализуются в основном в семенах. Они накапливаются в вакуолях в виде каллоидных растворов. Выделить белок из семян для изучения химического состава нетрудно.

Белковая молекула представляет очень длинную цепь аминокислотных остатков, связанных пептидными связями. Отдельные полипептидные цепочки могут соединяться между собой, что приводит к образованию комплексных белковых молекул и возникновению микроскопических органелл. Наличие в белковых молекулах разнообразных радикалов и боковых цепей позволяет им вступать во взаимодействие с самыми различными веществами, непрерывно изменяться и обновляться. В настоящее время известно более 150 аминокислот, но только 23 из них являются обязательными составными частями белковой молекулы.

Белки различаются не только по аминокислотному составу, но и по форме молекул: у фибриллярных (нитевидных) полипептидные цепи вытянуты в виде нитей или часто свернуты; у глобулярных (шаровидных) полипептидные цепи свернуты в виде шара или эллипса.

Белки делятся на две большие группы: протеины и протеиды. Протеины (простые белки) состоят только из остатков аминокислот; это запасные белки. В растениях чаще встречаются такие простые белки:

Альбумины - растворимы в воде;

глобулины – растворимы в слабых растворах нейтральных солей;

проламины – растворимы в спирте;

глютелины – растворимы в слабых растворах щелочей.

Протеиды состоят из простого белка, соединенного с веществом небелковой природы

(простетической группой). Это конституционные белки и их классифицируют в зависимости от характера простетической группы:

липопротеиды – соединения белков с липидами, содержатся в цитоплазме;

глюкопротеиды – соединения с высокомолекулярными углеводами;

хромопротеиды - соединения белков с окрашенными органическими веществами, например с хлорофиллом (хлороглобин);

нуклеопротеиды - соединения белков с нуклеиновыми кислотами, играют большую роль в жизнедеятельности клетки.

Белковые молекулы имеют огромную величину, молекулярный вес их измеряется десятками и сотнями тысяч. Белки могут образовывать кристаллы

Под влиянием очень высокой или низкой температуры, органических растворителей, кислот, щелочей, наркотиков, солей, лучистой энергии и т. д. белки теряют часть своих

свойств, свертываются и выпадают в виде осадка, Этот процесс называется денатурацией.

Содержание белковых веществ в различных растениях сильно колеблется, Очень большое количество белка имеется в семенах бобовых: со -40 %, люпин -35 %, фасоль - 24%. В семенах злаков белка значительно меньше: пшеница -13 – 20%, кукурузе – 10 %, корнеплоды свеклы – 1 %, клубни картофеля -2 %. Много белка в грибах- до 53 %.

 

 

УГЛЕВОДЫ

Углеводы состоят из углерода, водорода, и кислорода. Они образуют до 90% органических веществ растений и являются основным питательным и опорным материалом клеток и тканей растений. Углеводы подразделяются на моносахариды и полисахариды.

Моносахариды в растениях чаще всего содержатся в виде глюкозы и фруктозы.

Глюкоза (виноградный сахар, декстроза) – важнейшее энергетическое и строительное вещество, используется при дыхании и для синтеза более сложных веществ. При созревании переходит во фруктозу.

Фруктоза (плодовый сахар, левулеза) – самый сладкий сахар.

Глюкоза и фруктоза в свободном виде содержатся в зеленых частях растений, семенах, плодах, нектаре цветков. Они хорошо растворимы в воде и способны к быстрому передвижению по растению. Легко превращаются в крахмал, который при помощи фермента диастазы может опять перейти в сахар

Полисахарид – сложные сахара.

Сахароза (тростниковый сахар) образуется из глюкозы и фруктозы. Содержится в листьях, стеблях, семенах, плодах, корнях, клубнях Сахарный тростник и сахарная свекла – главные источники сахарозы для пищевой промышленности.

Мальтоза – солодовый сахар. Содержится в большом количестве в солоде и солодовых экстрактах. Используется в пивоваренной промышленности и медицине.

Крахмал – наиболее широко распространенное запасное питательное вещество растений. Образуется в процессе фотосинтеза в хлоропластах (первичный крахмал). В клетках крахмал легко переходит в сахар, а сахар - в крахмал. Зерна крахмала являются сферокристаллами, расположенными радиально. В холодной воде крахмальные зерна набухают, а в горячей образуют вязкий коллоидный раствор.

Гликоген – запасное питательное вещество не зеленых растений – сине-зеленых водорослей, бактерий и грибов. Находится в жидком коллоидном состоянии в цитоплазме.

Клетчатка – (целлюлоза) является самым распространенным соединением в клеточной стенке растений. Клетчатка очень стойкое химическое соединение и разлагается только некоторыми бактериями с помощью выделяемого ими фермента целлюлазы.

Пектиновые вещества образуют основу клеточной стенки, а также межклеточное вещество, соединяющее клетки друг с другом. Характерное и важное свойство пектина – его способность давать студни в присутствии кислоты и сахара. Это свойство используется в кондитерской промышленности.

Слизи и гумми растворимы в воде, образуют чрезвычайно вязкие и клейкие растворы. Слизи в большом количестве содержатся в семенах льна, зерновках ржи. Гумми выделяются в виде наплывов на местах повреждений стеблей вишни, сливы, миндаля и др.

 

 

ЛИПИДЫ

 

Жиры – сложные эфиры глицерина и жирных кислот. Различают предельные (ненасыщенные) кислоты дают твердые жиры.. Непредельные (насыщенные) кислоты преимущественно жидкие жиры. Естественные масла представляют собой по большей части смесь различных жиров, причем у растений жаркого климата (шоколадное дерево, кокосовая пальма и др.) преобладают жиры с высокой точкой плавления, а у растений умеренного климата (подсолнечник, конопля, лен и т. д.) – с более низкой.

Жиры запасные питательные вещества, они накапливаются в сферосомах цитоплазмы. В очень больших количествах содержатся в клетках плодов и семян. В семенах клещевины, кокосовой пальмы около 60 % жира, в семенах арахиса, подсолнечника – около 50 %, сои, хлопчатника – около 20%. Некоторые виды древесных растений запасают значительное количество масла в вегетативных органах, Жиры заполняют плотно вместилища запасов. При окислении жиры выделяют очень много энергии на единицу массы (1 г жира дает 9,3 кал. 1 г белка – 5,7 кал. 1 г крахмала – 4,1 кал).

Воска – это жироподобные вещества, твердые при обычной температуре. Они образуют налет на листьях, стеблях и плодах и усиливают защитное действие кутикулы и пробки. Воск некоторых растений имеет промышленное значение (южноамериканская восковая пальма, японское восковое дерево).

Стериды – сложные эфиры жирных кислот и высокомолекулярных спиртов – стеролов. Играют важную роль в составе цитоплазмы, участвуют в образовании витаминов группы Д, гормонов, сапонинов, гликозидов.

 

ВИТАМИНЫ

 

Это сравнительно низкомолекулярные органические соединения, но они совершенно необходимы для нормального обмена веществ, роста и развития, воспроизведения как растениям так человеку и животным. Синтезируются витамины преимущественно растениями, человек и животные получают их из растений. Известно около 20 витаминов. Различают витамины растворимые в жирах и растворимые в воде.

Витамины растворимые в жирах. Витамины группы А являются производными каротина, который в большом количестве содержится в плодах шиповника, рябины, апельсина, красного перца, листьях шпината, крапивы и др. Витамины группы А встречаются только в тканях животных. Отсутствие их вызывает ослабление зрения, сухость кожи и слизистых и т. д.

Витамины группы D образуется в организме животных под действием ультрафиолетовых лучей. В большом количестве содержатся в дрожжах, плесневых грибах, растительном масле.

Витамины Е влияют на формирование половых клеток и оплодотворение. Недостаток приводит к нарушению половых функций животных и человека. Находится в пыльце, зародышах злаковых, зеленых листьях, плодах томатов и цитрусовых.

Витамины группы К синтезируются в зеленых частях растений, особенно в листьях крапивы, шпината, капусты. Необходимы для нор­мального свертывания крови.

Витамины, растворимые в воде.

Витамины группы В.

Витамин В ı( тиамин, аневрин) играет важную роль в углеводном обмене, входит в со­став фермента спиртового брожения. Способствует развитию корневой системы. Отсутствие его вызывает у людей болезнь полиневрит (бери-бери), особенно распространенную в странах Юго-Восточной Азии среди населения, питающегося полированным рисом. Витамин В 2 (рибофла­вин) является составной частью окислительно-восстановительных фер­ментов, катализирующих окисление аминокислот, играет важную роль в синтезе белков. Витамин В₆ (пиридоксин) входит в состав ферментов, ка­тализирующих превращение аминокислот. Недостаток его вызывает на­рушение белкового обмена. Большое его количество содержится в дрожжах, отрубях, зародышах злаков, семенах бобовых. Выпечка хлеба не разрушает их.

Витамин С (аскорбиновая кислота) играет важную роль в окисли­тельно-восстановительных процессах. Отсутствие его вызывает заболева­ние цингой. Широко распространен в растениях. Его много в плодах шиповника, черной смородины, перца, грецкого ореха, листьях укропа, сосны, ели. Витамин С легко разрушается в присутствии воздуха, света, следов меди или железа, а также при переработке плодов и овощей.

Подкисление среды препятствует этому.

Витамин РР (никотиновая кислота) входит в состав окислительно-восстановительных ферментов. В большом количестве содержится в дрожжах, отрубях, пшеничных зародышах, плодах томатов. Отсутствие его вызывает заболевание, называемое пеллагрой (поражение кожи, по­носы, психические расстройства), распространенное в Африке, странах Азии.

 

Глава YII

ФОТОСИНТЕЗ