ОБМЕН ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ В МИКРООРГАНИЗМАХ И ВЫСШИХ РАСТЕНИЯХ

Алифатические кислоты

Среди обширного ряда органических кислот, встречающихся в природе С1-С24 (преимущественно в виде сложных эфиров липидов и восков), выделяют группы низкокипящих представителей С1-С4, хорошо перегоняющихся с паром и называемых в этой связи летучими кислотами. Содержатся они в биологических средах как в свободном состоянии, так и в виде сложных эфиров или солей.

Из низкомолекулярных кислот наиболее важными являются муравьиная, уксусная и масляная кислоты.

Муравышаи кислота НСООН найдена в крапиве, малине, в виде сложных эфиров содержится в яблоках.

Уксусная кислота является продуктом жизнедеятельности уксуснокислых бактерий, встречается в различных плодах и растительных соках, составляет до 85% всех органических кислот пшеницы и кукурузы, применяется в пищевой промышленности при изготовлении различных маринадов.

Масляная кислота CH3CH2CH2COOH встречается в небольших количествах в растениях как в свободном состоянии, так и в виде сложных эфиров. Образуется при маслянокислом брожении, обладает неприятным запахом несвежего сливочного масла. В растениях найдены также р- окси-а-кетомасляная кислота СНз-СН(ОН)-СО-СООН и /-окси-м -кетомасляная кислота НОСН2-СН2-СО-СООН. Масляная кислота применяется в парфюмерной и кондитерской промышленностях в виде сложных эфиров в качестве ценных ароматических веществ. Например, метиловый эфир масляной кислоты обладает запахом яблок, а этиловый - ананасов.

Гликолевая НОСН2-СООН, молочная и пировиноград пая кислоты встречаются во многих растениях. Последние две кислоты являются продуктами спиртового и молочнокислого брожения.

Глиоксалевая (глиоксиловая) кислота ОНС-СООН, простейшая альдегидокислота, найдена в различных плодах и проростках, в пшенице, картофеле. Играет важную роль в глиоксилатном цикле у микроорганизмов и в прорастающих семенах масличных растений.

Малоновая кислота НООС-СЬЬ-СООН встречается в листьях бобовых растений и в зеленых тканях растений зерновых. В виде мало- нил-КоА участвует в биосинтезе жирных кислот.

Янтарная кислота НООСН2СН2СООН образуется в небольших количествах при спиртовом брожении. Встречается в ягодах красной смородины, в вишне, винограде, яблоках и других фруктах. Образуется при окислении спирта некоторыми плесневыми грибами. Участвует в качестве интермедиата в цикле Кребса (ЦТК).

Щавелевоуксусная кислота НООС-СО-СЬЬ-СООН - промежуточный продукт цикла Кребса. Участвует в биосинтезе аланина, аспаргина и аспаргиновой кислоты. Обнаруживается во многих растениях.

а-Кетоглутаровая кислота НООС-СО-СН2СН2СООН - промежуточный продукт цикла Кребса. Участвует в образовании глютаминовой кислоты HOOCCH2(NH2)Cl-bCH2COOH и глютамина HOOCCH2(NH2)CH2CH2CONH2. Эта кислота и ряд сс производных обнаружены во многих растениях.

L-Яблочная (оксиянтарная) кислота НООССН2-СН(ОН)-СООН чрезвычайно широко распространена в растениях (в барбарисе, рябине, кизиле, яблоках, в плодах томатов, в семенах злаковых и бобовых. Отсутствует в плодах цитрусовых и в клюкве. Яблочная кислота имеет приятный вкус, безвредна для организма человека. Применяется при изготовлении фруктовых вод и кондитерских изделий.

Винная (диоксиянтарная) кислота встречается в растениях в виде оптически активной D-винной кислоты и рацемической DL-винной, или виноградной кислоты. В винограде D-винная кислота содержится вместе с L-яблочной и виноградной кислотами. В других ягодах и плодах D-винная кислота либо отсутствует, либо содержится в незначительных количествах.

Фумаровая кислота НООССН=СНСООН имеет трансетруктуру, найдена в некоторых растениях, в частности, маковых, в лишайниках и во многих грибах. Плесневый гриб Aspergillus fumaricus при сбраживании сахара образует 60-70% фумаровой кислоты. Является источником бактериального биосинтеза аспаргиновой, участвует в цикле Кребса.

Важными метаболитами цикла ди- и трикарбоновых кислот (ЦТК) являются лимонная, изолимонная и цис-аконитовая кислоты:

Лимонная кислота широко распространена в растениях, ягодах и плодах (в цитрусовых, в смородине, малине, землянике). В лимонах ее содержание достигает 9% сухой массы, в листьях и стеблях махорки - 7-8%. Некоторые плесневые грибы из родов Aspergillus и Penicillium продуцируют лимонную кислоту мри выращивании их на растворах сахаров. Лимонная кислота применяется в пищевой промышленности и в качестве консерванта при переливании крови.

Молодые листья растения Bryophyllum calycinwn содержат до 18% изолимонной кислоты (от массы сухого остатка). В ягодах ежевики она составляет 2/3 всех органических кислот.

Многие плесневые грибы, культивируемые на сахарных растворах или на пептоне, образуют лимонную, щавелевую, фумаровую, яблочную, янтарную, глюконовую и другие кислоты. Образование лимонной требует интенсивной аэрации, и ее выход в ряде случаев достигает 90-100% от использованного сахара.

Некоторые виды плесневых грибов продуцируют лимонную кислоту из солей уксусной кислоты, этилового спирта, фумаровой, яблочной и янтарной кислот.

В процессе производства этих кислот плесневые грибы усваивают углекислый газ. Последний, как известно, легко связывается ферментативно с пировиноградной кислотой, а образующаяся при этом щавелевоуксусная кислота становится источником ряда кислот С4.

Янтарная и фумаровая кислоты синтезируются некоторыми микроорганизмами из уксусной кислоты:

Образование фумаровой кислоты из этилового спирта требует предварительного окисления его в ацетальдегид и далее - в уксусную кислоту.

Заслуживает внимания биосинтез глюконовой кислоты, широко применяемой в медицине и фармацевтической промышленности. Огдельные штамы плесневого гриба превращают в глюконовую кислоту 100% взятой сахарозы.

Из мицелия Aspergillus niger выделен фермент глюкозооксидаза, окисляющий глюкозу в присутствии кислорода. Реакция сопровождается образованием пероксида водорода, который немедленно разлагается ферментом каталазой.

Отдельные штамы плесневых грибов окисляют многие гексозы и пентозы. В частности, представляет интерес образование плесневыми грибами рода Aspergillus на основе глюкозы и некоторых пентоз код- зиевой кислоты, применяемой в Японии для изготовления алкогольного напитка саке.

Плесневые грибы способны образовывать из множества органических соединений щавелевую кислоту, в частности, из уксусной кислоты:

Фермент формиат дегидрогеназа некоторых плесневых грибов синтезирует щавелевую кислоту из муравьиной

С другой стороны, грибы легко превращают щавелевую кислоту в муравьиную за счет дскарбоксилирования

Культивирование плесневых грибов на питательной среде пептоне приводит к образованию органических кислот из аминокислот.

Аланин может превращаться в пировиноградную, аспаргиновая кислота в фумаровую, а глютаминовая - в янтарную кислоту.

Органические кислоты алифатического ряда накапливаются в больших количествах во многих высших растениях. Причем содержание тех или иных кислот зависит от возраста растений, условий роста (сезона, температуры, освещенности, минерального питания и др.). Так, аммонийные соли приводят к значительному понижению накопления органических кислот, в то время как нитраты оказывают обратное действие.

Большая группа высших растений, именуемых суккулентами, характеризуется чрезвычайно высоким содержанием органических кислот в стеблях и листьях. К таким растениям относятся алоэ, кактусы, бегония, толстянка и др. Отмечено, что у некоторых суккулентов происходят весьма существенные изменения в содержании органических кислот в течение суток. Например, листья растения Bryophyllum calycinum утром содержат много кислот и имеют кислый вкус, к вечеру их содержание резко понижается и листья становятся горькими. Эти изменения зависят от фотосинте- тической деятельности листа и связаны с накоплением углеводов, прежде всего, крахмала.

В параграфе 12.1.5 представлена схема биосинтеза мевалоновой кислоты и показана сс роль в синтезе спиртов тсрпсноидного типа - гераниола (Сю) и фарнезола (С15), содержащих соответственно 2 и 3 звена углеродного скелета изопрена. Характерно, что при димеризации двух молекул фарнезилпирофосфата образуется углеводород сквален (С30Н50), являющийся предшественником для биосинтеза стероидов. Последние образуются у животных, дрожжей и растений в результате ряда химических превращений продукта окислительной циклизации сквалсиа.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >