Фосфорные органические соединения
3-11-2015, 22:42
Они могут быть разделены на следующие группы: фосфатиды, нуклеиновые кислоты и нуклеопротеиды, фитин, сахарофосфаты, фосфор крахмала.
Фосфатиды — липоиды, т. е. вещества, сходные с жирами, но отличающиеся от них наличием фосфора и азота. Установлено наличие в растениях лецитина, кефалина и солей фосфатидной кислоты, не содержащих азота.
Фосфатидная, или диглицеридфосфорная, кислота имеет следующую формулу:
Эта кислота в виде кальциевых и магниевых солей находится в листьях. В семенах имеются собственно фосфатиды, которые получаются в результате присоединения азотного основания коламина (аминоэтилового спирта) — в кефалине или холина (метилированного коламина) — в лецитине. Строение молекулы лецитина:
Можно предполагать, что естественные фосфатиды весьма разнообразны и отличаются по характеру жирных кислот, азотных оснований и наличию углеводных групп. Фосфатиды являются конституционными составными частями протоплазмы и участвуют в создании ее структуры, в процессах проникновения и обмена веществ в клетках растений. Фосфатиды находятся во всех клетках растений, но накопление их имеет место только в семенах — больше в зародышах, чем в эндосперме.
Возможность воздействия на содержание в растениях фосфатидов путем изменения условий фосфорного питания растений установлена экспериментально. Увеличением доз фосфатов можно существенно изменять содержание фосфатидов в молодых растениях.
Отмечено также, что по аммиачному азоту содержание фосфатидов в растениях больше, чем по нитратному азоту. Увеличением доз фосфатов, однако, не удается существенно изменить содержание фосфатидов в зерне растений.
Нуклеиновые кислоты (нуклеотиды) состоят из пуринового или пиримидинового основания, углевода и фосфорной кислоты; в этом соединении связь между основанием и сахаром — глюкозидная (N—С) и между сахаром и фосфорной кислотой — эфирная (С—О—Р). Соединение нескольких нуклеотидов образует сложную нуклеиновую кислоту, или полинуклеотид. В соединении с белком нуклеиновые кислоты образуют нуклеспротеиды. Своим названием нуклеиновые кислоты обязаны тем, что они впервые были обнаружены в ядрах клеток, но теперь установлено их наличие и в цитоплазме.
Нуклеопротеид, из которого построено ядро клетки, его хромосомы, состоит из тимонуклеиновой кислоты и белка. Tимонуклеиновая кислота — весьма сложная, полимеризованная кислота, состоящая из 500—2000 нуклеотидов.
Структурной единицей ее является тетраиуклеотид, состоящий из четырех ароматических оснований (аденина, гаунина, тимииа и цитозина), четырех молекул дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Молекулярный вec его 1254.
В цитоплазме растений имеется также дрожжевая нуклеиновая кислота, которая отличается от тимонуклеиновой кислоты составом азотистых оснований и сахара. В растениях имеются и более простые нуклеиновые кислоты, играющие роль ферментов, как аденозинтрифосфорная кислота (см. ниже).
При фосфорном голодании растения сохраняют содержанке нуклеопротеидов — этого важнейшего в жизни растений фосфорного соединения. Поэтому содержание в растениях нуклеопротеидов довольно устойчиво. Однако резкое изменение условий фосфорного питания растений может привести к изменению содержания в молодых растениях и даже в зерне нуклеопротеидов. Весьма значительно повышает содержание нуклеопротеидов лен и люцерна — растения, сильно ускоряющие свое развитие при усилении фосфорного питания. Влияние фосфорного удобрения на скорость развития растений, вероятно, связано с его воздействием на образование нуклеопротеидов и фосфатидов.
Фитин является кальциево-магниевой солью инозитпентафосфорной и инозитгексафосфорной кислоты:
Возможно, что в растениях имеются и другие соли фитиновой кислоты, кроме фитина. Фитин является запасным веществом в семенах растений. Содержание его в семенах льна 1,6%, сои 2,2%, конопли 2,9%, подсолнечника 2,0%, хлопчатника 1,9%. При внесении фосфорных удобрений содержание фитина в растениях изменяется сильнее, чем содержание нуклеопротеидов и фосфатидов.
Содержание в растениях сахарофосфатов, глюкозофосфатов и других эфиров фосфорной кислоты и сахаров невелико и мало изучено, несмотря на огромное значение фосфорилирования и дефосфорилирования сахаров в углеводном обмене.
Главнейшие реакции присоединения фосфатов (фосфорилирования):
1) присоединение к полисахаридам и дисахаридам с отщеплением одной молекулы сахара в виде глюкозофосфата («фосфоролиз»);
2) дигидрирование альдегидов или кетонокислот с образованием карбоксил фосфатов;
3) дигидрирование ненасыщенных кислот с образованием энолфосфатов;
4) дигидрирование насыщенных кислот с образованием карбоксилфосфатов или энолфосфатов.
В разнообразных реакциях фосфорилирования, дефосфорилирования и внутримолекулярного перемещения фосфоргруппы (Н2РО3) существенное значение имеет групповой потенциал, который зависит от характера связей. Чем слабее связь группы, тем больше выделение энергии при ее отщеплении. Фосфор группы с высоким потенциалом (ph) имеют энергетический уровень около 11 больших калорий. К ним относятся:
1) органические пирофосфаты, а также полифосфаты (Р —О~Р):
2) амидофосфаты — унидин, аргинин, креатинфосфаты (N~P):
3) карбоксилфосфаты (С—О~Р):
4) энолфосфаты (C=C—О~Р):
Более низким потенциалом обладают обычные эфирные связи, т. е. присоединение фосфоргруппы к алкогольному гидроксилу у сахаров: глюкозо-фосфаты, глицерофосфаты и т. п. соединения. У минеральных фосфатов групповой потенциал принимается равным 0. Учение о групповом потенциале фосфоргруппы (рh) можно рассматривать, как аналогичное учение об окислительно-восстановительном потенциале.
Универсальным агентом обмена веществ и энергетических явлений во всех живых клетках будет аденозинтрифосфорная кислота. Отщепляя фосфоргруппу, она превращается в аденозиндифосфорную и в аденозинмонофосфорную кислоты.
Аденозинтрифосфорная кислота состоит из пуринового основания аденина, сахара, рибозы и трех фосфоргрупп:
Фосфор входит в состав ферментов: козимазы, кокарбоксилазы (фосфорилированный витамин В), фермента дыхания «желтого фермента», коферментом которого является фосфорилированный витамин B2, или лактофлавинфосфат.
Неорганические фосфаты содержатся во всех живых клетках, в стеблях, листьях, корнях и семенах растений; даже в хромозомах найдены неорганические фосфаты. Количество неорганических фосфатов в растениях может достигать в листьях 5% P2O5 на сухое вещество. Накопление неорганических фосфатов в соломе злаков и вообще в стеблях растений является показателем обеспеченности растений фосфорным питанием. Ho небольшое процентное содержание неорганических фосфатов во время быстрого роста растений не является показателем недостатка фосфатов. Неорганические фосфаты, накапливаясь в растении, являются запасными фосфорсодержащими веществами, в семенах эту роль выполняет фитин. Кроме того, большое значение имеют неорганические фосфаты для создания буферной системы клеточного сока и биохимических реакций.
Фосфатиды — липоиды, т. е. вещества, сходные с жирами, но отличающиеся от них наличием фосфора и азота. Установлено наличие в растениях лецитина, кефалина и солей фосфатидной кислоты, не содержащих азота.
Фосфатидная, или диглицеридфосфорная, кислота имеет следующую формулу:
Эта кислота в виде кальциевых и магниевых солей находится в листьях. В семенах имеются собственно фосфатиды, которые получаются в результате присоединения азотного основания коламина (аминоэтилового спирта) — в кефалине или холина (метилированного коламина) — в лецитине. Строение молекулы лецитина:
Можно предполагать, что естественные фосфатиды весьма разнообразны и отличаются по характеру жирных кислот, азотных оснований и наличию углеводных групп. Фосфатиды являются конституционными составными частями протоплазмы и участвуют в создании ее структуры, в процессах проникновения и обмена веществ в клетках растений. Фосфатиды находятся во всех клетках растений, но накопление их имеет место только в семенах — больше в зародышах, чем в эндосперме.
Возможность воздействия на содержание в растениях фосфатидов путем изменения условий фосфорного питания растений установлена экспериментально. Увеличением доз фосфатов можно существенно изменять содержание фосфатидов в молодых растениях.
Отмечено также, что по аммиачному азоту содержание фосфатидов в растениях больше, чем по нитратному азоту. Увеличением доз фосфатов, однако, не удается существенно изменить содержание фосфатидов в зерне растений.
Нуклеиновые кислоты (нуклеотиды) состоят из пуринового или пиримидинового основания, углевода и фосфорной кислоты; в этом соединении связь между основанием и сахаром — глюкозидная (N—С) и между сахаром и фосфорной кислотой — эфирная (С—О—Р). Соединение нескольких нуклеотидов образует сложную нуклеиновую кислоту, или полинуклеотид. В соединении с белком нуклеиновые кислоты образуют нуклеспротеиды. Своим названием нуклеиновые кислоты обязаны тем, что они впервые были обнаружены в ядрах клеток, но теперь установлено их наличие и в цитоплазме.
Нуклеопротеид, из которого построено ядро клетки, его хромосомы, состоит из тимонуклеиновой кислоты и белка. Tимонуклеиновая кислота — весьма сложная, полимеризованная кислота, состоящая из 500—2000 нуклеотидов.
Структурной единицей ее является тетраиуклеотид, состоящий из четырех ароматических оснований (аденина, гаунина, тимииа и цитозина), четырех молекул дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Молекулярный вec его 1254.
В цитоплазме растений имеется также дрожжевая нуклеиновая кислота, которая отличается от тимонуклеиновой кислоты составом азотистых оснований и сахара. В растениях имеются и более простые нуклеиновые кислоты, играющие роль ферментов, как аденозинтрифосфорная кислота (см. ниже).
При фосфорном голодании растения сохраняют содержанке нуклеопротеидов — этого важнейшего в жизни растений фосфорного соединения. Поэтому содержание в растениях нуклеопротеидов довольно устойчиво. Однако резкое изменение условий фосфорного питания растений может привести к изменению содержания в молодых растениях и даже в зерне нуклеопротеидов. Весьма значительно повышает содержание нуклеопротеидов лен и люцерна — растения, сильно ускоряющие свое развитие при усилении фосфорного питания. Влияние фосфорного удобрения на скорость развития растений, вероятно, связано с его воздействием на образование нуклеопротеидов и фосфатидов.
Фитин является кальциево-магниевой солью инозитпентафосфорной и инозитгексафосфорной кислоты:
Возможно, что в растениях имеются и другие соли фитиновой кислоты, кроме фитина. Фитин является запасным веществом в семенах растений. Содержание его в семенах льна 1,6%, сои 2,2%, конопли 2,9%, подсолнечника 2,0%, хлопчатника 1,9%. При внесении фосфорных удобрений содержание фитина в растениях изменяется сильнее, чем содержание нуклеопротеидов и фосфатидов.
Содержание в растениях сахарофосфатов, глюкозофосфатов и других эфиров фосфорной кислоты и сахаров невелико и мало изучено, несмотря на огромное значение фосфорилирования и дефосфорилирования сахаров в углеводном обмене.
Главнейшие реакции присоединения фосфатов (фосфорилирования):
1) присоединение к полисахаридам и дисахаридам с отщеплением одной молекулы сахара в виде глюкозофосфата («фосфоролиз»);
2) дигидрирование альдегидов или кетонокислот с образованием карбоксил фосфатов;
3) дигидрирование ненасыщенных кислот с образованием энолфосфатов;
4) дигидрирование насыщенных кислот с образованием карбоксилфосфатов или энолфосфатов.
В разнообразных реакциях фосфорилирования, дефосфорилирования и внутримолекулярного перемещения фосфоргруппы (Н2РО3) существенное значение имеет групповой потенциал, который зависит от характера связей. Чем слабее связь группы, тем больше выделение энергии при ее отщеплении. Фосфор группы с высоким потенциалом (ph) имеют энергетический уровень около 11 больших калорий. К ним относятся:
1) органические пирофосфаты, а также полифосфаты (Р —О~Р):
2) амидофосфаты — унидин, аргинин, креатинфосфаты (N~P):
3) карбоксилфосфаты (С—О~Р):
4) энолфосфаты (C=C—О~Р):
Более низким потенциалом обладают обычные эфирные связи, т. е. присоединение фосфоргруппы к алкогольному гидроксилу у сахаров: глюкозо-фосфаты, глицерофосфаты и т. п. соединения. У минеральных фосфатов групповой потенциал принимается равным 0. Учение о групповом потенциале фосфоргруппы (рh) можно рассматривать, как аналогичное учение об окислительно-восстановительном потенциале.
Универсальным агентом обмена веществ и энергетических явлений во всех живых клетках будет аденозинтрифосфорная кислота. Отщепляя фосфоргруппу, она превращается в аденозиндифосфорную и в аденозинмонофосфорную кислоты.
Аденозинтрифосфорная кислота состоит из пуринового основания аденина, сахара, рибозы и трех фосфоргрупп:
Фосфор входит в состав ферментов: козимазы, кокарбоксилазы (фосфорилированный витамин В), фермента дыхания «желтого фермента», коферментом которого является фосфорилированный витамин B2, или лактофлавинфосфат.
Неорганические фосфаты содержатся во всех живых клетках, в стеблях, листьях, корнях и семенах растений; даже в хромозомах найдены неорганические фосфаты. Количество неорганических фосфатов в растениях может достигать в листьях 5% P2O5 на сухое вещество. Накопление неорганических фосфатов в соломе злаков и вообще в стеблях растений является показателем обеспеченности растений фосфорным питанием. Ho небольшое процентное содержание неорганических фосфатов во время быстрого роста растений не является показателем недостатка фосфатов. Неорганические фосфаты, накапливаясь в растении, являются запасными фосфорсодержащими веществами, в семенах эту роль выполняет фитин. Кроме того, большое значение имеют неорганические фосфаты для создания буферной системы клеточного сока и биохимических реакций.