Fiziologie vegetală 2

6.1. Sinteza, transformarea şi rolul substanţelor organice

Produşii primari ai fotosintezei sunt integraţi într-o serie de transformări metabolice de asimilaţie şi dezasimilaţie. Prin asimilaţie plantele îşi sintetizează substanţe organice proprii care înmagazinează energie, iar prin dezasimilaţie degradează aceste substanţe eliminând energia necesară proceselor vitale.

6.1.1. Glucidele

Glucidele sunt substanţe ternare ce conţin C, H, O.

Biosinteza. Glucidele apar ca produşi primari în timpul fotosintezei, sub formă de glucoză şi fructoză, din care se sintetizează galactoza, manoza, zaharoza şi apoi amidonul.

Formele din plante. Glucidele există în plante sub formă de glucide simple şi glucide complexe.

Glucidele simple (monoglucide) se găsesc sub formă de pentoze (substanţe care conţin în moleculă câte 5 atomi de C - C5) şi hexoze (substanţe C6).

Pentozele sunt reprezentate de dezoxiriboză şi riboză, produşi primari ai fotosintezei care intră în structura acizilor nucleici ADN şi ARN, dar şi de xiloză şi arabinoză.

Hexozele sunt reprezentate de glucoză, fructoză, manoză şi galactoză, care reprezintă de asemenea produşi primari ai fotosintezei. Glucoza şi fructoza servesc la sinteza zaharozei, o substanţă diglucidică cu rol fiziologic foarte important.

Glucidele complexe sunt substanţe care rezultă din polimerizarea glucidelor simple. Ca polimeri ai pentozelor se formează pentozani, iar ca polimeri ai hexozelor se formează amidonul şi celuloza. Amidonul rezultă din polimerizarea glucozei fiind alcătuit din circa 250-3000 de molecule. Sinteza amidonului are loc în frunze în timpul zilei, ca amidon primar sau amidon de asimilaţie; în timpul nopţii, amidonul hidrolizat este transportat în locurile de consum sau depozitare, cum sunt tulpinile, ramurile, tuberculii, rizomii, seminţele, fructele. În aceste organe este resintetizat şi depozitat ca amidon secundar. Celuloza rezultă din polimerizarea a peste 3000 de molecule de glucoză.

Din cuplarea pentozanilor cu glucoză, fructoză şi galactoză rezultă hemicelulozele, iar din pentoze rezultă substanţele pectice.

Rolul fiziologic al glucidelor este energetic, structural, de depozitare şi genetic. Sub formă de glucoză, glucidele reprezintă principalul substrat energetic al plantei, deoarece în procesul respiraţiei eliberează energia înmagazinată ce va fi utilizată în procesele de creştere şi dezvoltare. Sub formă de celuloză, hemiceluloză şi substanţe pectice, glucidele au un important rol structural, intrând în componenţa membranei celulare şi a lamelei mediane, cimentul celular, de natură pectică. Sub formă de zaharuri solubile, cum sunt glucoza, fructoza şi zaharoza, dar şi de amidon, glucidele îndeplinesc un rol de depozitare, fiind principalele substanţe depozitate în fructe, seminţe şi alte organe. Sub formă de dezoxiriboză şi riboză, glucidele intră în structura acizilor nucleici, având un important rol genetic.

Amidonul se depozitează în seminţe şi tuberculi, în plastide numite amiloplaste sau grăunciori de amidon. Amiloplastele conţin enzimele şi substratul necesar sintezei amidonului. Cercetările cu C14 arată că substratul iniţial pentru sinteza amidonului este zaharoza, iar produsul intermediar este ADP-glucoza.

Forma şi structura grăunciorilor de amidon diferă în funcţie de specie. Grăunciorii de amidon de grâu, orez, mazăre, fasole, cartof sunt simpli, iar cei de orez sau ovăz sunt compuşi

Componentele amidonului sunt amiloza şi amilopectina.

Proporţia de amiloză şi amilopectină în amidon este controlată genetic, la porumb fiind de 27% amiloză şi 73% amilopectină.

6.1.2. Proteinele

Proteinele sunt substanţe cuaternare, alcătuite din C, H, O şi N.

Biosinteza. Proteinele sunt compuşi macromoleculari rezultaţi din polimerizarea aminoacizilor.

Biosinteza proteinelor se realizează în două etape şi anume, biosinteza primară şi biosinteza secundară.

Biosinteza primară constă în sinteza aminoacizilor.

Aminoacizii au formula:

R–(CH)-NH2COOH

Grupul R (radicalul organic) poate avea caracter neutru, acid sau bazic şi include radicali hidroxilici, aromatici sau cu S.

În condiţiile unei bune aprovizionări cu săruri de azot, aminoacizii sunt sintetizaţi în frunze, ca produşi primari ai fotozintezei.

Cercetările cu C14O2 au stabilit că în fotosinteză apar întâi alanina, serina şi glicina şi mai târziu acidul glutamic, acidul asparagic, prolina şi arginina. în condiţiile unei aprovizionări moderate cu N, aminoacizii sunt sintetizaţi numai în rădăcini.

Sinteza aminoacizilor are loc prin aminarea (cuplarea radicalului -NH2) unor acizi organici. Radicalul - NH2 provine din sărurile din sol, fie din NH4+, fie din NO3- şi NO2-, care sunt reduşi la NH3 în rădăcină. Acizii organici provin din fotosinteză sau din respiraţie prin degradarea glucidelor. Sinteza aminoacizilor este efectuată cu ajutorul energiei furnizate de ATP. Cercetări cu forme de azot mineral de amoniu, nitrat sau N2 marcate cu N15 arată că N intră rapid în moleculele de acid glutamic şi glutamină şi mai târziu în acid asparagic, alanină, arginină şi alţi aminoacizi.

Biosinteza secundară constă în încatenarea aminoacizilor în molecule proteice complexe. Ea se realizează în special în meristeme şi frunze tinere. La nivel celular, sinteza proteinelor are loc în ribozomi, pe baza informaţiei dictată de codul genetic, prin procesele de transcripţie şi translaţie, cu participarea acizilor nucleici şi a ATP. Aminoacizii din hialoplasmă sunt transportaţi la ribozomi de către ARN-t (transportor). Ordinea de aranjare aminoacizilor în proteine (tiparul) este determinată de ARN-m (mesager), care preia informaţia de la ADN-ul nuclear. în acest mod, activitatea ribozomilor este controlată de nucleu.

Funcţia de sinteză a proteinelor este efectuată mai intens în ergastoplasmă, care asigură transportul acestora în hialoplasmă. Sinteza proteinelor are loc şi în polizomi, dar nu în ribozomii liberi.

Formele din plante. Substanţele proteice se găsesc în plante sub formă de aminoacizi şi de proteine complexe.

Aminoacizii sunt substanţe simple, cu caracter amfoter, având funcţii aminice - NH2 şi carboxilice - COOH adiţionate unor radicali organici. Datorită acestor funcţii aminoacizii