Каталог :: Химия

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 СО22 
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 СО22 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                     
     
ЛистьяВариант опытаПрирост лимонной кислоты, % от исходного значения
МолодыеОпыт+119
Контроль+18,9
СпелыеОпыт+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)
КислотыИсходное значениеПосле 48 ч в темнотеИзменение
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.