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 : Az amilóz és az amilopektin (amelyek a keményítőt alkotják) 4 : 4 kötéseit, míg az R-enzim az amilopektin 1 : 6 kötéseit támadja, így a keményítő hidrolízise során diszacharid egységek keletkeznek i.e., maltóz. Végül a maltáz enzim a maltózt glükózmolekulákká alakítja át.
(2) A keményítő-foszforiláz enzim által.
A glükóz-1-foszfátot a foszfatáz enzim alakíthatja át glükózzá.
A keményítő szintézise:
A keményítő szintézise a keményítő két fontos alkotóelemének, az amilóznak (α-(1:4) glikozidos kötésekkel) és az amilopektinnek (α-(1:6) glikozidos kötésekkel) egyidejű szintézisét jelenti.
(A) Az amilóz (vagy α-(1:4) glikozidos kötések) szintézise:
Az amilóz szintézise a következő módok bármelyikével történhet:-
(1) Hanes (1940) szerint az amilóz a keményítő-foszforiláz enzim jelenlétében szintetizálható glükóz-1-foszfátból és egy kb. 3-20 glükózegységből álló, α-(1:4) glikozidos kötésekkel összekapcsolt akceptormolekulából.
(2) α-(1 : 4) glikozidos kötések is létrejöhetnek az UDPG-transzglikoziláz (amilóz-szintetáz) enzim jelenlétében a glükóznak az UDPG-ből (uridin-difoszfát-glükóz) egy 2-4 vagy több glükózegységből álló, α-(1 : 4) glikozidos kötésekkel összekapcsolt akceptormolekulára vagy akár egy keményítőmolekulára történő átvitelével.
Az UDPG szerkezete az alábbiakban látható:
UDPG (Uridin-difoszfát-glükóz)
ADVERTIZENCIÁK:
(3) Akazawa et al (1964) szerint a szacharóz hidrolízisének eredményeként a szacharáz enzim jelenlétében kapott glükóz molekula UDP (uridin-difoszfát) molekulává alakul át, UDPG-t képezve. UDPG formájában a glükózmolekula átkerül a keményítőbe (13. ábra).2)
(4) Az α-(1) képződése: 4) glikozidos kötések, amelyek a; amilóz szintéziséhez vezetnek, szintén végbemehet D-Enzim jelenlétében, két vagy több glükózegységnek a (kettőnél több glükózegységből álló) maltodextrinekből különböző akceptorokra, például maltotróz, maltotetróz molekulákra történő átvitelével.
(B) Amilopektin szintézise (vagy α-(1:6) glikozidos kötések):
A Q-Enzim jelenlétében történik az α-(1:4) glikozidos kötésekkel összekapcsolt glükózegységek kis láncainak egy legalább négy α-(1:4) kapcsolt glükózegységből álló akceptormolekulára történő átvitelével. Az α-(1:6) glikozidos kötés a donormolekula terminális glükózegységének C-1-je és az akceptormolekula egyik glükózegységének C-6-a között jön létre (13.3. ábra).
A cellulóz lebontása:
A cellulóz egy egyenes láncú polimer szénhidrátmolekula (glükán), amely nagyszámú D-glükopiranóz egységből áll, amelyek β(1 → 4) glikozidos kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. A természetben a cellulóz enzimatikus hidrolízissel bomlik le a cellulózoknak nevezett enzimek segítségével. Ezek az enzimek, amelyeket gyakran celluláz gyűjtőnéven csoportosítanak, véletlenszerűen támadják meg a cellulózlánc β(1 → 4) glikozidos kötéseit, először cellodextrint, majd cellobióznak nevezett diszacharidokat képezve. A cellobiózt ezután a cellobióz enzim glükózzá hidrolizálja.
Cellulózbontó enzimek nem fordulnak elő sem a növényekben, sem az emberben. Ezek csak bizonyos szervezetekben, például kérődzőkben, termeszekben, egyes baktériumokban és bizonyos egysejtűekben találhatók meg.
(Ruminantia osztálya a párosujjú patások, mint például a szarvas, antilop, juh, kecske vagy tehén).
A cellulóz szintézise:
A cellulóz hosszú, elágazás nélküli (β(1→4) kapcsolt glükózmaradványokból álló) láncolatait a növényekben a cellulózszintázoknak nevezett enzimek szintetizálják. A cellulóz-szintáz enzim egy többszörösen szubmittált komplex, amely a plazmamembránon helyezkedik el, és az uridin-difoszfát-glükóz (UDPG) nevű cukornukleotid-donorról egy glükózmaradékot visz át egy β (1 → 4) glükozil akceptort képező akceptormolekulára.
UDPG + akceptor → UDP + β (1→4) glükozil-akceptor
Vélhetően a szterol-glikozidok (azaz egy vagy több glükózegységből álló lánchoz kapcsolt szterolok), mint például a β-szitoszterol-glükozid (13.4. ábra), a cellulózlánc megnyúlását elindító kezdeti akceptorként működnek. A folyamat folytatódik, és miután a cellulózlánc elérte a kívánt hosszúságot, a szterint a plazmamembránban jelen lévő endoglükanáz enzim levágja a glükánról (cellulózlánc). A leválasztott cellulózláncok ezután a plazmamembrán külső oldalán extrudálódnak (13.5. ábra).
Bizonyítékok utalnak arra, hogy az UDPG-ben lévő glükóz szacharózból származik, a reverzibilis szacharóz-szintetáz enzim hatására (13.5. ábra). Alternatívaként az UDP-glükóz közvetlenül a citoplazmából is származhat.
