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 : amylozę i amylopektynę (które tworzą skrobię), podczas gdy R-enzym atakuje 1 : 6 wiązań amylopektyny, tak że skrobia jest hydrolizowana w celu uzyskania jednostek disacharydowych, tj.e., maltozę. Na koniec enzym maltaza przekształca maltozę w cząsteczki glukozy.
(2) Przez enzym fosforylazę skrobiową.
Glukozo-1-fosforan może zostać przekształcony w glukozę przez enzym fosfatazę.
Synteza skrobi:
Synteza skrobi obejmuje jednoczesną syntezę amylozy (z wiązaniami α-(1: 4) glikozydowymi) i amylopektyny (z wiązaniami α-(1: 6) glikozydowymi), dwóch ważnych składników skrobi.
(A) Synteza amylozy (lub wiązań α-(1: 4) glikozydowych):
Synteza amylozy może odbywać się na jeden z następujących sposobów:
(1) Według Hanesa (1940) amyloza może być syntetyzowana w obecności enzymu fosforylazy skrobiowej z glukozo-1-fosforanu i cząsteczki akceptora składającej się z około 3 do 20 jednostek glukozy połączonych wiązaniami α-(1: 4) glikozydowymi.
(2) Tworzenie wiązań α-(1 : 4) wiązań glikozydowych może również zachodzić w obecności enzymu UDPG-transglikozylazy (syntetazy amylozy) poprzez przeniesienie glukozy z UDPG (Uridine Di Phosphate Glucose) do cząsteczki akceptora składającej się z 2 do 4 lub więcej jednostek glukozy połączonych wiązaniami α-(1 : 4) glikozydowymi lub nawet cząsteczki skrobi.
Struktura UDPG jest podana poniżej:
UDPG (Uridine Diphosphate Glucose)
Zastrzeżenia:
(3) Według Akazawa i wsp. (1964) cząsteczka glukozy otrzymana w wyniku hydrolizy sacharozy w obecności enzymu sacharozy jest przenoszona do cząsteczki UDP (Uridine Di Phosphate) tworząc UDPG. W formie UDPG cząsteczka glukozy przechodzi w skrobię (Rys. 13.2)
(4) Tworzenie α-(1: 4) wiązań glikozydowych prowadzących do syntezy; amylozy może również odbywać się w obecności D-Enzymu poprzez przeniesienie dwóch lub więcej jednostek glukozy z maltodekstryn (składających się z więcej niż dwóch jednostek glukozy) do różnych akceptorów, takich jak cząsteczki maltotrozy, maltotetrozy.
(B) Synteza amylopektyny (lub wiązań α-(1: 6) glikozydowych):
Odbywa się w obecności Q-Enzymu poprzez przeniesienie małych łańcuchów jednostek glukozy połączonych wiązaniami α-(1: 4) glikozydowymi do cząsteczki akceptora składającej się z co najmniej czterech połączonych jednostek glukozy α (1:4). Wiązanie α-(1: 6) glikozydowe tworzy się między C-1 końcowej jednostki glukozowej cząsteczki donora i C-6 jednej z jednostek glukozowych cząsteczki akceptora (Rys. 13.3).
Rozkład celulozy:
Celuloza jest prostolancuchową polimeryczną cząsteczką węglowodanową (glukan), składającą się z dużej liczby jednostek D-glukopiranozy połączonych wiązaniami β(1 → 4) glikozydowymi. W przyrodzie celuloza jest rozkładana na drodze hydrolizy enzymatycznej przez enzymy zwane celulozami. Enzymy te, które często są zgrupowane pod ogólną nazwą celulaza, losowo atakują wiązania glikozydowe łańcucha celulozy tworząc najpierw celodekstryny, a następnie dwucukry zwane celobiozą. Celobioza jest następnie hydrolizowana do glukozy przez enzym celobiozę.
Egzymy degradujące celulozę nie występują u roślin ani u ludzi. Występują one tylko w niektórych organizmach, takich jak przeżuwacze, termity, niektóre bakterie i niektóre pierwotniaki.
(Dział Ruminantia parzystokopytnych, takich jak jeleń, antylopa, owca, koza lub krowa).
Synteza celulozy:
Długie nierozgałęzione łańcuchy celulozy (składające się z połączonych β(1→4) reszt glukozy) są syntetyzowane w roślinach przez enzymy zwane syntazami celulozy. Enzym syntaza celulozy jest wielopodstawionym kompleksem, który znajduje się na błonie plazmatycznej i przenosi resztę glukozową z donora nukleotydów cukrowych zwanego glukozowym difosforanem urydyny (UDPG) na cząsteczkę akceptora tworząc β (1 → 4) akceptor glukozylowy.
UDPG + akceptor → UDP + β (1→4) akceptor glukozylu
Uważa się, że glikozydy steroli (tj. sterole połączone z łańcuchem jednej lub więcej jednostek glukozy), takie jak glukozyd β-sitosterolu (rys. 13.4), prawdopodobnie działają jako początkowe akceptory, które rozpoczynają wydłużanie łańcucha celulozy. Proces ten jest kontynuowany, a po osiągnięciu przez łańcuch celulozy pożądanej długości, sterol jest odcinany od glukanu (łańcuch celulozowy) przez enzym endoglukanazę obecną w błonie plazmatycznej. Oddzielone łańcuchy celulozy są następnie wyciskane na zewnętrzną stronę błony plazmatycznej (Rys. 13.5).
Istnieją dowody sugerujące, że glukoza w UDPG pochodzi z sacharozy, poprzez działanie odwracalnego enzymu syntetazy sacharozy (Rys. 13.5). Alternatywnie, UDP-glukoza może być pozyskiwana bezpośrednio z cytoplazmy.
