Синтез, розпад і перетворення вуглеводів у рослині

Із фосфорних ефірів цукрів, що синтезуються при фотосинтезі, утворюються всі інші вуглеводи в рослині. Із хлоропластів у цитоплазму виходять різні моносахариди, що синтезуються в циклі Кальвіна. Однак найчастіше з хлоропластів виходить ФДА, що вже в цитоплазмі ізомеризується з ФГА, а потім вони з'єднуються під дією альдолази, утворюючи фруктозо-1,6-бісфосфат. Останній відщеплює Н₃РО₄ та утворює фруктозо-6-фосфат.

Ізомераза перетворює фруктозо-6-фосфат у глюкозо-6-фосфат, а відповідна мутаза переносить фосфатний залишок у положення 1, утворюючи глюкозо-1-фосфат. Відповідна фосфатаза гідролітично відщеплює фосфатний залишок, у результаті утворюється вільний цукор.

Важливу роль у взаємоперетворенні цукрів і біосинтезі полісахаридів відіграють нуклеозиддифосфатмоносахариди (NDP-цукри), у яких цукор з'єднаний глікозидним зв'язком із кінцевим фосфатним залишком: уридин-, цитозин-, аденозин- або гуанозиндифосфату (UDP, CDP, ADP, GDP). Із NDP зв'язуються різні моносахариди та їх уронові кислоти.

NDP-цукри утворюються з моносахарид-1-фосфатів. Наприклад:

глюкозо-1-Р + UTP  UDP-глюкоза + Н₄Р₂О₇.

Фермент, що каталізує таку реакцію, звичайно називають просто пірофосфорилазою. Реакція утворення NDP -цукрів оборотна, але в рослинах вона спрямована, як правило, убік синтезу, тому що відбувається постійне видалення пірофосфату під дією пірофосфатази:

Н₄Р₂О₇ + Н₂О → 2Н₃РО₄.

Розщеплюються NDP-цyкpи фосфоролітично на NDP і цукор-1-Р:

UDP-глюкоза + Н₃РO₄ → UDP + глюкозо-1-Р.

NDР-цукри мають великий запас вільної енергії та беруть участь у синтезі полісахаридів, виступаючи донорами глікозильних залишків.

Біосинтез сахарози

У рослинах присутні два ферменти, що каталізують утворення сахарози: сахарозо-синтаза і сахарозофосфат-синтаза. Сахарозо-синтаза каталізує таку реакцію:

UDP-глюкоза + фруктоза → сахароза + UDP.

Вважають, що цей фермент каталізує переважно розпад сахарози, а не її синтез. Синтезується сахароза в основному за участю сахарозофосфат-синтази:

UDP-глюкоза + фруктозо-6-Р → сахарозо-6-Р + UDP;

сахарозо-6-Р + Н₂O → сахароза + Н₃РO₄.

При цьому синтез сахарози відбувається в два етапи. Спочатку з UDP-глюкози і фруктозо-6-фосфату утворюється сахарозо-6-Р і звільняється UDP. У 2-й реакції під дією фосфатази від сахарозо-6-Р гідролітично відщеплюється Н₃РO₄ і утворюється вільна сахароза.

Сахароза синтезується в цитоплазмі рослинних клітин, утворення її в хлоропластах ще остаточно не доведене.

Подібно до сахарози, утворюються й інші дисахариди. Наприклад, трегалоза синтезується під дією трегалозофосфат-синтази:

UDP-глюкоза + глюкозо-6-P → трегалозо-6-P + UDP;

трегалозо-6-P + H2_O → трегалоза + Н₃РO₄.

Розщеплюється сахароза гідролітично за допомогою сахарази, а також при обертанні реакції за участю сахарозо-синтази:

сахароза + Н₂O → глюкоза + фруктоза.

Біосинтез три-, тетра- і пентасахаридів

Синтез олігосахаридів (рафінози, стахіози, вербаскози) відбувається в результаті послідовного приєднання залишків галактози. Донором галактози є галактинол. Галактинол утворюється з UDP-галактози і міоінозиту. Міоінозит – це циклічний шестиатомний спирт.

Далі залишок галактози переноситься від галактинолу спочатку на сахарозу з утворенням рафінози, потім на рафінозу з утворенням стахіози і на стахіозу з утворенням вербаскози. В усіх них реакціях виділяється вільний міоінозит:

галактинол + сахароза → рафіноза + міоінозит;

галактинол + рафіноза → стахіоза + міоінозит;

галактинол + стахіоза → вербаскоза + міоінозит.