Біосинтез вищих полісахаридів

Вищі полісахариди в рослинах синтезуються шляхом реакцій трансглікозилювання, тобто переносу глікозильних залишків (залишків моносахаридів). Перенос здійснюється від численних молекул-донорів до одного кінця молекули-акцептора, яку ще називають затравкою і яка при цьому подовжується:

n глюкоза-Х + акцептор → (глюкоза)_n-акцептор + nХ

донор затравка

При цьому глікозильний залишок приєднується глікозидним гідроксилом до одного з гідроксилів затравки. Численні реакції переносу каталізує один фермент, що визначає ідентичність глікозильних залишків і природу глікозидного зв'язку в даному полісахариді. Донорами глікозильних залишків частіше виступають NDP -цукри, а акцептором – частина молекули полісахариду, іноді дуже невелика, але така, що має зв'язки, характерні для макромолекули.

Біосинтез і розпад крохмалю

Крохмаль, як відомо, складається з двох полісахаридів – амілози й амілопектину. Тому його біосинтез відбувається в два етапи. Спочатку утворюється ланцюжок амілози, а потім частина її розгалужується. Інакше кажучи, спочатку синтезуються (α1→4)-зв'язки, а потім – (α1→6).

Утворення амілози каталізує фермент – крохмаль-синтаза, що знаходиться у хлоропластах і амілопластах. Донором глюкозних залишків виступає АDР-глюкоза, а акцепторами можуть бути уламки крохмальної молекули – амілози, або амілопектину. У першому випадку буде синтезуватися молекула амілози, а у другому – крохмаль-синтаза бере участь в утворенні амілопектину, та його ланцюжків з (α1→4)-зв'язками:

АDР-глюкоза + акцептор → α-1,4-глюкоза-акцептор + АDР.

Амілопектин утворюється при спільній дії крохмаль-синтази і 1,4-α-глюкан – ферменту, що розгалужує. Він переносить олігосахаридний фрагмент із невідновного кінця ланцюжка до шостого вуглецевого атома некінцевого залишку глюкози, прикріплюючи його (α1→6)-зв'язком:

Донором олігосахаридного фрагменту та його акцептором може бути як молекула амілози, так і зовнішній ланцюг амілопектину.

У розщепленні крохмалю беруть участь 6 ферментів: 5 гідролаз і фосфорилаза. Причому ці ферменти діють по-різному: одні розщеплюють (α1→4)-зв'язки, інші – (α1→6)-зв'язки, одні діють на великі молекули, інші – на їх дрібні фрагменти.

Дуже активним і поширеним у рослинах є фермент α-амілаза. З її роботи починається розщеплення крохмалю. Тільки вона діє на цілі крохмальні зерна, розщеплюючи (α1→4)-зв'язки. Після а-амілази у процес вступають інші ферменти. Кінцевими продуктами розщеплення крохмалю є глюкоза і глюкозо-1-Р.

Біосинтез і розпад целюлози

У 1964 р. Хассид із співробітниками вперше спостерігали синтез целюлозоподібної сполуки в гомогенаті з машу, а потім з гороху, кукурудзи, насіння бавовнику тощо. Донором глюкози В цих реакціях виступала GDР-глюкоза: n GDР-глюкоза + акцептор → (глюкоза)_n-акцептор + nGDР.

У результаті такої реакції утворювалися не молекули целюлози, а більш короткі ланцюги полісахариду, який містить (β1→4)-зв'язки. Тоді виникло припущення, що складні комплекси ферментів, які синтезують цілі мікрофібрили целюлози і вбудовані у зовнішню поверхню плазмалеми, руйнуються при одержанні безклітинного ферментного препарату. Очевидно, синтез целюлозоподібних ланцюгів у цих умовах здійснюють окремі компоненти ферментного комплексу.

Пізніше знайшли ще одне пояснення неповного синтезу целюлозної молекули в безклітинних ферментних системах. Справа в тому, що NDР-цукри – це водорозчинні сполуки, а в мембрані, де в клітині утворюється целюлоза, середовище гідрофобне, тому і донори цукрів повинні мати гідрофобні властивості. Такими донорами в мембрані можуть бути жироподібні речовини з довгим вуглеводневим ланцюжком – поліпреноли. Вони, мабуть, приймають глюкозу від NDР-цукрів і переносять її на акцептор при синтезі целюлози в плазматичній мембрані рослинної клітини.

Розпад целюлози відбувається під дією двох гідролітичних ферментів. Целюлаза розщеплює молекули целюлози до целобіози, а потім останню гідролізує целобіаза до глюкози: