ADVERTISEMENTS:
In this article we will discuss about the breakdown and synthesis of: 1. Sucrose 2. Starch and 3. Cellulose in Plants.
Breakdown of Sucrose:
Sucrose is broken down or hydrolysed to yield glucose and fructose in the presence of the enzyme invertase or sucrase. The reaction is irreversible.
Synthesis of Sucrose:
Synthesis of sucrose in plants may take place by 3 different ways:
ADVERTISEMENTS:
(1) From Glucose-1-Phosphate and Fructose in the presence of the enzyme sucrose phosphorylase e.g., in bacteria.
(2) From UDPG (Uridine Di-Phosphate Glucose) and Fructose in the presence of the enzyme sucrose synthetase e.g., in higher plants.
(3) From UDPG and Fructose-6-phosphate in the presence of the enzyme sucrose phosphate synthetase e.g., in higher plants.
Sucrose-phosphate thus produced is hydrolysed in the presence of the enzyme phosphatase to yield sucrose.
Breakdown of Starch:
Breakdown or the hydrolysis of starch to yield its constituent a-D-Glucose units may take place in two ways:
(1) By the enzyme diastase:
In fact diastase is not a single enzyme but a complex of many enzymes which are as follows:
(i) α-amylase,
(ii) β-amylase,
ADVERTISEMENTS:
(iii) R-Enzyme,
(iv) Maltase
α-amylase and β-amylase attack 1 : 4 vazby amylosy a amylopektinu (které tvoří škrob), zatímco R-Enzym napadá vazby 1 : 6 amylopektinu, takže škrob je hydrolyzován za vzniku disacharidových jednotek, tj.e., maltózu. Nakonec enzym maltáza přemění maltózu na molekuly glukózy.
(2) Pomocí enzymu škrobové fosforylázy.
Glukóza-1-fosfát může být přeměněn na glukózu pomocí enzymu fosfatázy.
Syntéza škrobu:
Syntéza škrobu zahrnuje současnou syntézu amylosy (s α-(1: 4) glykosidickými vazbami) a amylopektinu (s α-(1: 6) glykosidickými vazbami), dvou důležitých složek škrobu.
(A) Syntéza amylosy (nebo α-(1: 4) glykosidických vazeb):
Syntéza amylosy může probíhat některým z následujících způsobů:-
(1) Podle Hanese (1940) lze amylosu syntetizovat za přítomnosti enzymu škrobové fosforylasy z glukosa-1-fosfátu a akceptorové molekuly sestávající z přibližně 3 až 20 glukosových jednotek spojených α-(1: 4) glykosidickými vazbami.
(2) Tvorba α-(1 : 4) glykosidických vazeb může probíhat také v přítomnosti enzymu UDPG-transglykosylázy (amylosyntetázy) přenosem glukosy z UDPG (uridin-difosfát glukosy) na akceptorovou molekulu sestávající ze 2 až 4 nebo více glukosových jednotek spojených α-(1 : 4) glykosidickými vazbami nebo dokonce na molekulu škrobu.
Struktura UDPG je uvedena níže:
UDPG (Uridine Diphosphate Glucose)
ADVERTISEMENTY:
(3) Podle Akazawy et al (1964) se molekula glukózy získaná v důsledku hydrolýzy sacharózy za přítomnosti enzymu sukrázy přenáší na molekulu UDP (uridindifosfátu) za vzniku UDPG. Za vzniku UDPG se molekula glukosy přenáší na škrob (obr. 13).2)
(4) Vznik α-(1: 4) glykosidických vazeb vedoucí k syntéze; amylosy může probíhat také v přítomnosti D-Enzymu přenosem dvou nebo více glukosových jednotek z maltodextrinů (skládajících se z více než dvou glukosových jednotek) na různé akceptory, jako jsou molekuly maltotroisu, maltotetrosy.
(B) Syntéza amylopektinu (nebo α-(1: 6) glykosidických vazeb):
Probíhá v přítomnosti Q-Enzymu přenosem malých řetězců glukózových jednotek spojených α-(1: 4) glykosidickými vazbami na akceptorovou molekulu sestávající z nejméně čtyř α (1: 4) spojených glukózových jednotek. Glykosidická vazba α-(1: 6) vzniká mezi C-1 koncové glukosové jednotky donorové molekuly a C-6 jedné z glukosových jednotek akceptorové molekuly (obr. 13.3).
Rozklad celulózy:
Celulosa je polymerní sacharidová molekula s přímým řetězcem (glukan), složená z velkého počtu D-glukopyranosových jednotek spojených β(1 → 4) glykosidickými vazbami. V přírodě se celulóza rozkládá enzymatickou hydrolýzou prostřednictvím enzymů tzv. celulosy. Tyto enzymy, které se často sdružují pod obecným názvem celuláza, náhodně napadají β(1 → 4) glykosidické vazby celulózového řetězce a vytvářejí nejprve celulodextriny a poté disacharidy nazývané celobióza. Celobióza je pak hydrolyzována na glukózu enzymem cellobiose.
Enzymy rozkládající celulózu se v rostlinách ani u člověka nevyskytují. Vyskytují se pouze u některých organismů, jako jsou přežvýkavci, termiti, některé bakterie a někteří prvoci.
(Oddělení Ruminantia sudokopytníků, jako je jelen, antilopa, ovce, koza nebo kráva).
Syntéza celulózy:
Dlouhé nerozvětvené řetězce celulózy (skládající se z β(1→4) spojených zbytků glukózy) jsou v rostlinách syntetizovány enzymy zvanými syntázy celulózy. Enzym celulosa syntáza je vícesubmitový komplex, který se nachází na plazmatické membráně a přenáší glukosový zbytek z cukerného nukleotidového donoru zvaného uridindifosfát glukosy (UDPG) na akceptorovou molekulu tvořící β (1 → 4) glukosylový akceptor.
UDPG + akceptor → UDP + β (1→4) glukosyl-akceptor
Předpokládá se, že sterol-glykosidy (tj. steroly spojené s řetězcem jedné nebo více glukosových jednotek), jako je β-sitosterol-glukosid (obr. 13.4), pravděpodobně fungují jako počáteční akceptory, které zahajují prodlužování celulosového řetězce. Proces pokračuje a poté, co celulózový řetězec dosáhne požadované délky, je sterol odříznut od glukanu (celulózového řetězce) enzymem endoglukanázou přítomným v plazmatické membráně. Oddělené celulózové řetězce jsou pak vytlačovány na vnější stranu plazmatické membrány (obr. 13.5).
Existují důkazy, že glukosa v UDPG pochází ze sacharosy, a to působením reverzibilního enzymu sacharosyntázy (obr. 13.5). Alternativně může být UDP-glukosa získávána přímo z cytoplazmy.
