Реферат: Органические кислоты и их обмен

МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ

ТМПХГТУСХ

РЕФЕРАТ

ПО БИОХИМИИ

«Органические кислоты и их обмен»

ВЫПОЛНИЛ:

ПРИНЯЛ:

СТ. ГР. ХЛД-21

ГОНЧАРОВА Н. В.

СОЛЯНИК А. Ю.

ХАРЬКОВ 2004 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление

1 Органические кислоты алифатического ряда

2 Обмен органических кислот у низших растений

3 Обмен органических кислот у высших растений

Выводы

ВСТУПЛЕНИЕ

В растениях, как и в любых других организмов происходит обмен кислот, что

обеспечивает жизнь. Исследования таких ученных, как С. В. Солдатенкова, В. С.

Буткевича, известного польского исследователя Т. Хшонща, французского ученого

М. Мойара и работавшего в Праге К. Бернгауэра, Д. М. Михлиным и А. Н. Бахом,

а также М. П. Пятницким, Д. М. Михлиным и А. Н. Бахом внесли большой

отпечаток в развитие и изучение биохимии. Исследования свойств и поведения

растений в разных средах и при разных условиях, позволяет использовать их для

блага человечества как в медицинских целях, пищевой промышленности, так и в

повседневной жизни.

1 ОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ АЛИФАТИЧЕСКОГО РЯДА

Содержащиеся в растениях органические кислоты алифатического ряда

под­разделяются на две большие группы – летучие (перегоняющиеся с водяным

па­ром) и нелетучие. Органические кислоты растений содержатся в них как в

свобод­ном виде, как и в виде солей или эфиров. Из летучих кислот наиболее

важными являются муравьиная, уксусная и масляная кислоты.

Муравьиная кислота НСООН представляет собой подвижную жидкость с резким

запахом. Найдена в крапиве, малине; в виде сложных эфиров содержится в яблоках.

Уксусная кислота СН3-СООН встречается в различных плодах и

раститель­ных соках. В особенно больших количествах образуется при

уксуснокислом бро­жении как продукт жизнедеятельности уксуснокислых бактерий.

Уксусная кис­лота, по данным С. В. Солдатенкова, составляет до 85% всех

органических кис­лот в зерне пшеницы и кукурузы. Содержится в свободном виде и

в виде различ­ных сложных эфиров в яблоках.

Масляная кислота СН3-СН2-СН2-СООН

встречается в небольших коли­чествах в растениях как в свободном виде, так и в

виде сложных эфиров. Свобод­ная масляная кислота обладает сильным и весьма

неприятным запахом (запах несвежего сливочного масла). Масляная кислота

образуется при маслянокислом брожении. В растениях найдены также

-окси--кетомасляная

кислота СН3-СН(ОН)-СО-СООН и

-окси--кетомасляная

кислота НОСН2-СН2-СО-СООН. У ряда бактерий (Bacillus

megaterium, водородные бактерии, фотосинтезирующая бактерия

Rhodospirllum rubrum, Azobacter, Rhizobium и др.) в качестве важного

запасного вещества накапливается (

-оксимасляная кислота СН3-СН(ОН)-СН2-СООН и ее полимеры.

Масляная кислота применяется в парфюмерной и кондитерской промышленностях в

виде сложных эфиров, являющихся ценными ароматическими веществами. Например,

метиловый эфир масляной кислоты обладает запахом яблок, этиловый — ананасов и

т. д.

Молочная кислота (

-оксипропионовая) СН3-СН(ОН)-СООН обнаружена во многих растениях.

Довольно заметное количество ее содержат листья мали­ны. Молочная кислота часто

образуется при анаэробном дыхании растений; осо­бенно в больших количествах –

при молочнокислом брожении, вызываемом мо­лочнокислыми бактериями.

Пировиноградная кислота СН3-СО-СООН – простейшая кетокислота –

важнейший промежуточный продукт при диссимиляции углеводов в растении, а также

при спиртовом и молочнокислом брожении. Найдена во многих растени­ях. В ряде

растений обнаружена оксипировиноградная кислота НОСН2-СО-СООН.

Щавелевая кислота НООС-СООН – простейшая дикарбоновая кислота. Для нее

характерна кальциевая соль, нерастворимая в воде и даже в уксусной кислоте.

Чрезвычайно широко распространена в растениях, как в свободном виде, так и в

виде солей. Особенно часто содержится в растениях в виде щавелево­кислого

кальция, который иногда накапливается в очень больших количествах в форме

сросшихся между собой кристаллов. Большие количества щавелевой кислоты содержат

некоторые мясистые растения – суккуленты (молодило и др.). В плодах и ягодах

она содержится в незначительном количестве – от 0,005 до 0,06%. Щавелевая

кислота может накапливаться в результате развития на са­харных растворах

некоторых плесневых грибов.

Щавелевоуксусная кислота НООС-СО-СН2-СООН – важный

промежуточный продукт цикла Кребса, связывающий между собой превращения

углево­дов и аминокислот. Играет важную роль в биосинтезе аспарагиновой

кислоты, аланина и аспарагина. Найдена во многих растениях.

Яблочная (оксиянтарная) кислота НООС-СН2-СН(ОН)-СООН

чрез­вычайно широко распространена в растениях; преобладает в рябине, барбарисе

(до 6%), кизиле, яблоках (вообще в семечковых и косточковых плодах). Она

со­держится в плодах томатов, семенах злаков и бобовых, а также в листьях. В

рас­тениях табака и махорки — до 6,5%. Большие количества яблочной кислоты

на­капливаются в вегетативных органах сочных растений — суккулентов —

моло­дила, агавы, кактусов. Например, у агавы и молодила эта кислота составляет

до 8—10% сухого вещества. Отсутствует в плодах цитрусовых и в клюкве. Яблочная

кислота имеет приятный вкус и безвредна для организма человека. Она

применя­ется при изготовлении фруктовых вод я некоторых кондитерских изделий.

Образуется в цикле Кребса.

Винная (диоксиянтарная) кислота НООС-ОН(ОН)-СН(ОН)-СООН встре­чается в

растениях в виде оптически активной D-винной кислоты, а также в виде

рацемической DL-винной, или виноградной, кислоты. Встречается преимущест­венно

в растениях южных широт. В значительном количестве D-винная кислота содержится

в винограде вместе с L-яблочной и виноградной кислотами. В других плодах и

ягодах D-винная кислота либо содержится в весьма незначительном ко­личестве,

либо отсутствует. При изготовлении и выдержке виноградных вин по­лучаются

значительные количества отходов в виде винного камня (кремортартара), который

представляет собой кислую калиевую соль винной кислоты НООС-СН(ОН)-СН(ОН)-СООК.

Винная кислота и винный камень широко применя­ются при производстве фруктовых

вод, для изготовления химических разрыхли­телей теста, в текстильной

промышленности при изготовлении протравы и красок, в медицине. В

радиопромышленности и при количественном определении сахара применяется

сегнетова соль – двойная калий-натриевая соль винной кислоты

КООС-СН(ОН)-СН(ОН)-СООNа.

Лимонная кислота очень широко распространена в растениях. В растениях

южных широт ее содержание выше, чем в северных. В ягодах – смородине, ма­лине,

землянике – лимонная кислота преобладает над яблочной. В плодах цит­русовых

содержится главным образом лимонная кислота (в лимонах до 9% сухой массы).

Значительное количество лимонной кислоты содержится в листьях и стеб­лях

махорки – до 7-8% от сухой массы

(А. А. Шмук).

Кроме упомянутых органических кислот в растениях содержатся также многие

другие кислоты – продукты окисления сахаров (например, глюконовая,

глюкуроновая и аскорбиновая кислоты). Содержатся в растениях также

цикли­ческие органические кислоты, которые будут рассмотрены в разделе,

посвящен­ном гидроароматическим и фенольным соединениям.

Рассмотрение химизма процесса дыхания ясно показало, что ор­ганические

кислоты образуются в процессе дыхания растений и представляют собой продукты

неполного окисления сахара. Вместе с тем органические кислоты – исходный

строительный материал для синтеза самых различных соединений – углеводов,

аминокислот и жиров.

2 ОБМЕН ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ У НИЗШИХ РАСТЕНИЙ

Образование и превращение органических кислот весьма детально исследовано у

микроорганизмов – бактерий и особенно у плесневых грибов. Это объясняется

тем, что многие из органических кислот, синтезируемых бактериями и плесневыми

грибами, играют важную роль в различных отраслях промышленности, в частности

в пищевой. Таковы, например, лимонная, фумаровая, глюконовая, молочная,

итаконовая и уксусная кислоты. Необходимость разработки наиболее эффективных

промышленных схем производства этих органических кислот послужила причиной

интенсивного экспериментального исследования условий их образования и

превращения под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов.

Большие успехи в изучении обмена органических кислот у низших растительных

организмов связаны с именами выдающегося советского биохимика — профессора

В. С. Буткевича, известного польского исследователя Т. Хшонща, французского

ученого М. Мойара и работавшего в Праге К. Бернгауэра.

Интенсивное изучение образования органиче­ских кислот плесневыми грибами

началось в кон­це прошлого столетия, после того как К. Вемеру в 1891 г.

удалось показать, что многие плесне­вые грибы, культивируемые на сахарных

раство­рах или на пептоне, образуют значительные коли­чества лимонной и

щавелевой кислот. Позднее было установлено, что в культурах плесневых грибов

образуются также фумаровая, глюконовая, янтар­ная, яблочная и другие

органические кислоты.

В связи с большим значением лимонной кисло­ты в пищевой промышленности, а также

вследствие ее применения в качестве консерванта при перели­вании крови условия

ее образования и превраще­ния культурами плесневых грибов были изучены особенно

детально.

Лимонную кислоту синтезируют многие плес­невые грибы, принадлежащие к родам

Rhizopus, Aspergillus, Penicillium и др. Опыты Буткевича и

его сотрудников показали, что при определенных условиях лимонная кислота

образуется в количе­стве 90—100% от взятого сахара.

Решающими факторами, от которых зависит накопление лимонной кислоты в

культурах плесневых грибов, являются подходящий штамм гриба и достаточная

аэрация культуры. Благоприятное влияние кислорода на образование лимонной

кислоты культурами плесневых грибов установлено при культивировании

по­следних в атмосфере чистого кислорода, а также в опытах, в которых

применя­лось усиленное встряхивание или перемешивание культуры. Таким

образом, опыты показали, что лимонная кислота возникает лишь при доступе

молекуляр­ного кислорода и, следовательно, ее образование теснейшим образом

связано с процессом дыхания.

Весьма существенно, что фумаровая, яблочная и янтарная кислоты могут взаимно

превращаться друг в друга под влиянием плесневых грибов. Так, в культурах

грибов Rhizopus или Mucor, образующих фумаровую кислоту, с

возрастом последняя исчезает, а количество яблочной кислоты, накапливающейся в

молодых культурах в небольшом количестве, постепенно возрастает. Обратимое

превраще­ние фумаровой кислоты в яблочную происходит под действием фермента

фумаратгидратазы. Яблочная кислота легко синтезируется также в культурах

Aspergillus niger из янтарной кислоты.

О том, что образование лимонной кислоты плесневыми грибами действитель­но идет

таким образом, свидетельствуют результаты опытов, в которых плесне­вой гриб

Aspergillus niger культивировали на растворе сахара в присутствии СО2

, меченного радиоактивным углеродом 11С. Образовавшаяся при этом

лимонная кислота содержала радиоактивный углерод, причем меченый углерод

присутствовал только лишь в карбоксильных группах лимонной кислоты, что

свидетельствует об использовании усвоенного грибом радиоактивного диоксида

углерода на синтез карбоксильных групп щавелевоуксусной и лимонной кислот.

Таким образом, лимонная, яблочная, фумаровая и янтарная кислоты синтезируются

плесневыми грибами благодаря наличию у них ферментных систем, обеспечивающих

превращения, входящие в цикл Кребса.

Однако было высказано предположение, что янтарная и фумаровая кисло могут

синтезироваться микроорганизмами из уксусной кислоты иным путем – путем

конденсации двух молекул уксусной кислоты с отнятием двух атомов водорода. В

результате возникает янтарная кислота, которая затем дегидрируется под

действием соответствующей дегидрогеназы и дает фумаровую кислоту:

СН3-СООН -2H+ CH2-COOH -2H+ CHCOOH

+ → | → ||

СН3-СООН CH2-COOH CH-COOH

Образование фумаровой кислоты из этилового спирта происходит в результа­те

предварительного окисления спирта в ацетальдегид, который при дальнейшем

окислении дает уксусную кислоту:

-2H+ +HOH

CH3-CH2OH -----→ CH3-CHO ---→CH3-COOH

-2H+

Спирт Ацетальдегид Уксусная

кислота

Некоторые микроорганизмы обладают специфической способностью осущест­влять

прямое окисление тех или иных органических соединений за счет кислорода

воздуха. При этом не происходит разрыва углеродной цепочки окисляемого

сое­динения, и в результате образуются неСО2 и вода, а органические

кислоты, содер­жащие еще большой запас энергии. Таким образом, при подобного

рода окисли­тельных процессах (неправильно называемых иногда «окислительные

брожения») выделяется значительно меньше энергии, чем при дыхании. Типичные

примеры таких окислительных процессов – уксуснокислое и глюконовокислое

«брожения».

При уксуснокислом «брожении» этиловый спирт окисляется в уксусную кислоту

уксуснокислыми бактериями по уравнению

СН3-СН2ОН + O2= СН3-СООН + Н2O

с выделением 480 кДж на один моль окисленного спирта. Полное окисление этилового

спирта до Н2О и СО2 сопровождается выделением 1361

кДж/моль. Таким образом, при уксуснокислом «брожении» образуется почти втрое

меньше энергии, чем при полном окислении этилового спирта.

Окислив весь имеющийся спирт в уксусную кислоту, уксуснокислые бактерии далее

окисляют ее до углекислоты и воды. Подобное переокисление иногда приводит к

значительным потерям при производстве уксуса.

Окисляемый спирт

Продукт

окисления

H

|

HOH2C-C-CH2OH HOCH2-C-CH2OH

|

||

OH

O

Глицерин

Диоксиацетон

H H OH H

H OH H

| | | |

| | |

HOH2C-C—C—C—C—CH2OH HOCH2—C—C—C—C—CH2OH

| | | |

|| | | |

OH OH H OH O

OH H OH

L-Сербит

L-Сорбоза

H H OH OH

H OH OH

| | | |

| | |

HOH2C—C—C—C—C-CH2OH HOH2C—C—C—C—C—CH2OH

| | | |

|| | | |

OH OH H H O

OH H H

D-Mаннит

D-Фруктоза

Окислительным «брожением» считают также окисление глюкозы в глюконовую кислоту,

вызываемое некоторыми бактериями и плесневым грибом Aspergillus niger.

Глюконовая кислота широко применяется в фармацевтической промыш­ленности и

медицине. Поэтому процесс превращения глюкозы в глюконовую кис­лоту,

происходящий под влиянием микроорганизмов, исследован довольно хоро­шо.

Важнейшие факторы, от которых зависит накопление глюконовой кислоты в культурах

плесневых грибов, – состав питательной среды, доступ воздуха к культуре и штамм

применяемого гриба.

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

CH

2OH

|

|

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.

Колебания в содержаний органических кислот и крахмала, происходящие у

суккулентов в течение суток, связан изменениями газообмена, понижении

количества органических кислот выделяется больше СО2, чем

поглощается. Кислорода, вследствие чего отношение СО2 /О2

достигает значений колеблющихся между 1,35 и 1,70. Наоборот, накопление

органических кислот сопровождается значительным понижением отношения объемов

выделяемого диоксида углерода и поглощаемого кислорода. При максимальном

образовании органических кислот отношение СО2 /О2 равно

0; в этом случае поглощаются значительные количества кислорода, а СО2

не выделяется совершенно, так как он используется на синтез органических кислот.

Зависимость между накоплением органических кислот в листьях и содержа­нием СО

2 в воздухе дает возможность объяснить происходящие в течение суток

ко­лебания в содержании органических кислот в растении. В темноте в листьях

пар­циальное давление диоксида углерода, выделяемого в процессе дыхания,

возрас­тает, вследствие чего он быстрее используется на синтез органических

кислот. На свету выделяемый в результате дыхания диоксид углерода немедленно

разла­гается благодаря процессу фотосинтеза, вследствие чего происходит

понижение парциального давления СО2 в тканях и ослабление

интенсивности биосинтеза органических кислот.

Так же как и у плесневых грибов, очень большое влияние на накопление

органических кислот у высших растений оказывает характер азотистого питания.

И в том, и в другом случае зависимость одна и та же – питание физиологически

кислыми аммонийными солями приводит к значительному понижению накопления

органических кислот, в то время как нитраты оказывают обратное действие.

Имеющийся экспериментальный материал определенно свидетельствует том, что

образование органических кислот как у низших, так и у высших растений связано с

процессом дыхания и диссимиляцией углеводов. Ранее приводил результаты

исследований изменения содержания органических кислот и крахмала у

Bryophyllum, из которых очевидно, что превращения органических кислот

неразрывно связаны с превращениями углеводов. Весьма убедительные данные

свидетельствующие о том, что источником образования органических кислот высших

растениях являются сахара, были получены О. Ю. Соболевской и Буткевичем. Путем

вакуум-инфильтрации они вводили в листья махорки стерильный раствор глюкозы; в

контрольных опытах и листьях инфильтрировалась стерильная вода. Затем

инфильтрированные листья выдерживали в течение определенного времени в камере с

влажным воздухом, после чего в них определяли лимонную кислоту. Опыты показали,

что инфильтрация глюкозы в листья резко стимулировала образование в них

лимонной кислоты:

Таблица 1. Содержание лимонной кислоты

Листья	Вариант опыта	Прирост лимонной кислоты, % от исходного значения
Молодые	Опыт	+119
	Контроль	+18,9
Спелые	Опыт	+159,3
	Контроль	+89,1

В растении отдельные органические кислоты могут легко превращаться друг в

друга. Так, при томлении и сушке табачных листьев содержание в них яблочной

кислоты значительно уменьшается, а лимонной, соответственно, увеличивается.

Такая же картина наблюдается при выдерживании живых табачных листьев в

темноте. Это ясно видно из данных Г. Виккери, приведенных в таблице 2.

Таблица 2. Изменение содержания органических кислот

в листьях табака в темноте за 48 ч

(в мэкв на 1 кг сырой массы)

Кислоты	Исходное значение	После 48 ч в темноте	Изменение
Щавелевая	26,8	28,2	+ 1,1
Лимонная	43,1	92,6	+49,5
Яблочная	215,0	159,3	-55,7
Неизвестные кислоты	79,9	94,4	+14,5
Сумма органических кислот	364,0	373,7	+9.7

На существование в высших растениях превращений и реакций цикла трикарбоновых

кислот указывают опыты, в которых ткани растений обогащались теми или иными

органическими кислотами. Такие опыты были поставлены Д. М. Михлиным и А. Н.

Бахом, а также М. П. Пятницким. Д. М. Михлин и А. Н. Бах путем вакуум-

инфильтрации вводили в листья махорки различные ор­ганические кислоты и их

смеси. Наиболее интенсивное образование лимонной кислоты в листьях

происходило при инфильтрации смеси щавелевоуксусной и пировиноградной кислот.

Подобный результат может быть легко объяснен, если в соответствии с циклом

трикарбоновых кислот принять, что лимонная кислота образуется путем

конденсации щавелевоуксусной кислоты и ацетил-СоА, обра­зующегося при

окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты.

В опытах Михлина и Баха значительное увеличение образования лимонной кислоты

наблюдалось также при инфильтрации в листья янтарной кислоты, являющейся

важным звеном в цикле трикарбоновых кислот.

Весьма показательные данные были получены Пятницким, работавшим с листьями

табака (Nicotiana tabacum) и махорки (Nicotiana rustica). Он

показал, что при засасывании через черешки в находящиеся в темноте листья

калиевых солей яблочной, фумаровой, янтарной и винной кислот первые три сильно

увеличивали образование лимонной кислоты, в то время как винная кислота

подобного влияния не оказывала.

Точно так же Г. Виккери было показано, что при культивировании листьев табака

в темноте на растворах изолимонной кислоты, меченной радиоактивным углеродом,

около 40% ее превращается в лимонную кислоту.

Весьма важные факты, свидетельствующие о том, что в образовании органических

кислот в растениях первостепенную роль играют ферментативные реакции цикла

трикарбоновых кислот, были получены также при изучении влияния диоксида

углерода на интенсивность накопления органических кислот в растениях. Повышение

содержания в воздухе СО2 весьма способствует накоплению органических

кислот в листьях.

Объяснение этому факту мы находим в том, что высшие растения так как и

микроорганизмы, способны к гетеротрофной фиксации диоксида углерода.

Доказательством этого является нахождение в высших растениях ферментных систем,

катализирующих присоединение СО2 к различным кетокислотам. Например

в пшеничных зародышах, свекле, шпинате, моркови, корне петрушки и сельдерея, в

горохе найдена пируваткарбоксилаза, катализирующая реакцию образования

щавелевоуксусной кислоты из пировиноградной кислоты и диоксида углерода.

ВЫВОДЫ

Органические кислоты содержатся в значительных количествах и играют

чрезвычайно важную роль в обмене веществ созревающих плодов. Общеизвестно,

что по мере созревания кислотность плодов понижается. Это связано, как

правило, с уменьшением содержания органических кислот. Весьма наглядные

данные характеризующие это положение, были получены при исследовании

изменений в содержании органических кислот при созревании винограда, яблок и

слив.

Однако не всегда количество органических кислот в созревающих плодах

постепенно уменьшается. Например, в созревающих ананасах их содержание

возрастает, причем это возрастание идет параллельно с возрастанием количества

сахаров. По данным А. Л. Курсанова, также изменяется содержание кислот в

созревающих плодах японской мушмулы. Происходящие при созревании плодов

изменения в содержании органических кислот тесно связаны с изменениями

ды­хательного газообмена. Так, на ранних фазах созревания яблок дыхательные

коэффициенты значительно выше единицы и понижаются по мере созревания пло­дов

и уменьшения содержания яблочной кислоты: одновременно возрастает накоп­ление

сахара и резко уменьшается содержание крахмала.