Органические кислоты и их обмен
В. С. Буткевичем, а также Е. Кардо-Сысоевой установлено, что при выращивании в определенных условиях плесневого гриба на растворах сахарозы 100% последней превращается в глюконовую кислоту.
Плесневые грибы способны окислять альдегидную группу не только глюкозы но также и других моносахаридов в образованием соответствующих кислот, некоторые штаммы Aspergillus niger на средах, содержащих мел, превращают до 70% маннозы в аналогичную глюконовой кислоте манноновую кислоту. Установлено также, что мицелий гриба Fusarium lini легко окисляет альдегидную группу пентоз, превращая арабинозу в арабоновую кислоту, а ксилозу – в ксилоновую кислоту.
Значительный биохимический интерес представляет синтез плесневыми грибами кодзиевой кислоты. Эта кислота накапливается в культурах плесневых грибов Aspergillus oryzae и Aspergillus flavus, применяемых в Японии для изготовления из риса алкогольного напитка, называемого саке.
Из сопоставления приведенных ниже структурных формул глюкозы и кодзиевой кислоты видно, что последняя могла бы рассматриваться как производное глюкозы, возникающее в результате отнятия у нее двух молекул воды, а также двух атомов водорода у третьего углеродного атома:
CH2OH CH2OH
| |
C————O C—O
H /| \ H // \
| / H \ | HC CH
C C \ //
| \ OH H / | C — C
HO \| | / OH || |
C————C O OH
| |
H OH
Глюкоза Кодзиевая
кислота
В культурах плесневых грибов могут накапливаться значительные количества щавелевой кислоты. Способность образовывать эту кислоту свойственна самым различным грибам. Наиболее подробно изучен синтез щавелевой кислоты в культурах плесневых грибов, принадлежащих к родам Aspergillus, Mucor и Penicillium. Характерной особенностью этого процесса является то, что щавелевая кислота образуется из самых разнообразных веществ: углеводов, пептона, глицерина, солей уксусной, винной, янтарной, фумаровой, лимонной, яблочной и других кислот. Основное условие накопления щавелевой кислоты в культуре плесневого гриба – наличие в среде свободных оснований, нейтрализующих щавелевую кислоту. Кислая среда препятствует накоплению оксалатов. Влиянием кислотности объясняется также зависимость между накоплением щавелевой кислоты в культуре гриба и предоставленным ему источником азота. Щавелевая кислота накапливается в значительных количествах лишь при культивировании грибов на средах, содержащих физиологически щелочные источники азота – нитрат калия, натрия или кальция. Весьма интенсивное образование щавелевой кислоты при культивировании плесеней на пептоне объясняется, по-видимому, накоплением в среде значительного количества аммиака.
Щавелевая кислота – продукт неполного окисления сахара плесневыми грибами, поэтому может подвергаться дальнейшему окислению с возникновением в конечном счете диоксида углерода и воды.
По всей вероятности, биосинтез щавелевой кислоты из уксусной происходит путем окисления последней в гликолевую и далее в глиоксилевую кислоту. Гликолевая и глиоксилевая кислоты могут быть обнаружены в культурах гриба Aspergillus niger, развивающегося на солях уксусной кислоты; вместе с тем показано, что плесневые грибы могут окислять гликолевую кислоту в глирксилевую и щавелевую. Таким образом, этот путь биосинтеза щавелевой кислоты может быть представлен следующим образом:
СН3 CH2OH CHO COOH
| → | → | → |
COOH COOH COOH COOH
Уксусная Гликолевая Глиоксилевая Щавельная
кислота кислота кислота кислота
Таким образом, обмен органических кислот у микроорганизмов теснейшим образом связан не только с обменом углеводов, но также с превращениями белковых веществ, ароматических и гидроароматических соединений.
3 ОБМЕН ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ У ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ
Органические кислоты алифатического ряда накапливаются во многих высших растениях в очень больших количествах. Чаще встречаются у растений лимонная, яблочная и щавелевая кислоты. Широко распространенный взгляд о том, все высшие растения могут быть разделены в зависимости от преобладающей их кислоты на лимоннокислые, яблочнокислые и щавелевокислые, ошибочен. Содержание органических кислот в растениях не может рассматриваться статики, без связи со всем характером обмена веществ у данного растения, без учета влияния внешней среды на накопление и превращение кислот в растении. Действительно, можно привести ряд примеров, указывающих на условность подобного рода классификации. Например, апельсинное дерево, в плодах которого накапливаются чрезвычайно большие количества лимонной кислоты, должно бы быть отнесено к растениям лимоннокислого типа, но этого сделать нельзя — в листьях его преобладает яблочная кислота. Состав органических кислот, содержащихся в растении Bryophyllum calycinum , сильно изменяется в течение суток, а также в зависимости от таких факторов, как освещение и температура. Такие же изменения в составе органических кислот в зависимости от условий среды происходят и у других растений.
Накопление в растении той или иной кислоты тесно связано со всем комплексом превращений органических кислот во время развития растения, с типом обмена веществ вообще и его зависимостью от условий внешней среды. Различия в содержании отдельных органических кислот в данном растении – следствие различий в соотношении скоростей ферментативных реакций, лежащих в основе образования и превращения комплекса органических кислот?
Большая группа высших растений, резко выделяющихся по чрезвычайно высокому содержанию органических кислот в стеблях и листьях, названа суккулентами. Она объединяет растения, принадлежащие к самым разнообразным семействам. Все суккуленты имеют мясистые, сочные листья и стебли. Типичные суккуленты – алоэ, кактусы, бегония, очиток, толстянки.
Высокое содержание органических кислот и глубокие их превращения под влиянием условий внешней среды позволяют использовать суккуленты для изучения обмена органических кислот. Уже давно было отмечено, что у суккулентов происходят весьма существенные изменения в содержании органических кислот в течение суток. В этом отношении особенно ярким примером являются изменения, наблюдаемые у Bryophyllum calycinum. Утром листья этого растения имеют кислый вкус и содержат наибольшее количество органических кислот; к полудню и особенно к вечеру их содержание резко снижается и листья становятся безвкусными, а вечером даже горькими. Эти изменения в содержании кислот зависят от фотосинтетической деятельности листа и поэтому тесно связаны с изменениями в содержании углеводов, прежде всего крахмала, - уменьшение содержания органических кислот сопровождается накоплением крахмала, и обратно.
Большое влияние на содержание органических кислот у суккулентов оказывает также температура: при температуре 10°С и ниже кислоты накапливаются особенно интенсивно, а при повышении температуры до 25-30°С количество их резко снижается.
