Proceso del metabolismo secundario en las plantas.

Proceso de metabolismo secundario en las plantas!

Las plantas no poseen ningún mecanismo para la eliminación de sus desechos metabólicos. Estos productos de desecho se acumulan en sus celdas y con frecuencia sirven como puntos de partida para muchos procesos de transformación.

Dichas vías, que producen sustancias sin importancia para el mantenimiento de una vía metabólica principal, constituyen lo que se conoce como metabolismo secundario.

El metabolismo secundario conduce a la formación de productos secundarios. Las vías metabólicas secundarias están reguladas genética y enzimáticamente. Los productos secundarios o metabolitos secundarios incluyen algunos polisacáridos, muchos antibióticos, esteroides, carotenoides, alcaloides, flavonoides, etc.

Se distinguen tres tipos de productos secundarios con respecto a la estabilidad metabólica:

(1) productos finales verdaderamente metabólicamente inertes,

(2) producto cuya estabilidad se refiere a un estado fisiológico o de desarrollo y

(3) aquellos con una rotación continua. En el curso del metabolismo de estos productos, se forman varios productos poliméricos: por ejemplo, caucho, esporopolleninas, ligninas.

La formación de estas sustancias está catalizada por fenoloxidasas y peroxidasas y, con bastante frecuencia, la pared celular es el sitio preferido de formación de estas macromoléculas. La degradación de productos secundarios a sustratos metabólicos primarios se efectúa por un grupo de enzimas que tienen una baja especificidad de sustrato, como la metilación de monoxigenasas y glucosidasas.

Las cantidades de productos secundarios varían según el estado de desarrollo de la planta, la estación, el clima e incluso la hora del día. Esto se debe a que el metabolismo secundario está sujeto a la influencia de varios factores reguladores.

La importancia de la formación de productos secundarios no radica tanto en que sirvan como material de origen para la regeneración de los compuestos necesarios para el metabolismo primario. Incluso si sucede, la contribución es tan pequeña que no tiene impacto en el metabolismo en su conjunto.

Pero la formación de productos secundarios permite la continuación del evento metabólico primario, mediante la eliminación de los productos de la vía sintética en cuestión del sitio de reacción y esto es de una importancia mucho mayor.

Productos secundarios: Importancia ecológica:

Los productos secundarios son de especial importancia en el mantenimiento del equilibrio ecológico. La influencia mutua entre los miembros constituyentes de un ecosistema es en gran parte rastreable a los productos secundarios generados por las especies componentes del sistema.

Las relaciones alelopáticas entre una planta y otra están determinadas en cierta medida por la naturaleza de los productos secundarios. Por ejemplo, los monoterpenos liberados de las hojas de Salvia teucophylla y Artemisia californica harían que el suelo que absorba esas sustancias sea inadecuado para la generación de semillas de plantas anuales.

Productos secundarios: relaciones planta - animal:

Los productos vegetales secundarios tienen una influencia determinante sobre las relaciones planta - animal. Sirven los fines de la depredación, la polinización y la dispersión de semillas. El olor desempeña un papel importante en la atracción de insectos preocupados por la polinización.

Las sustancias involucradas incluyen monoterpenos tales como limoneno de cítricos y geraniol de rosas; aminas como las monoaminas de Arum y derivados del ácido benzoico como la vainillina de vainilla. El color de la flor es la expresión de pigmentos, que también son productos secundarios.

Por ejemplo, el color blanco de ciertas flores se debe a la presencia de flavonas como las luteolinas; Las flores amarillas son causadas por carotenoides, betaxantinas y flavonoles amarillos y los colores rojo y violeta son causados ​​por betacianinas y antocianinas. Cuando están maduras, las frutas tienen capas de colores brillantes y emiten olores característicos.

Ambos juegan un papel importante en la atracción de animales y aves y la dispersión final de frutos y semillas. El color y el olor se originan en productos secundarios. Muchos productos vegetales tienen su sabor y palatabilidad determinados por la presencia de productos secundarios. Esto juega un papel en atraer o repeler herbívoros.

Productos secundarios: resistencia a enfermedades e incidencia.

Los productos secundarios forman parte del sistema de defensa general de las plantas superiores contra infecciones microbianas. A la inversa, los parásitos forman productos secundarios que ayudan a superar la resistencia de la planta huésped.

Productos secundarios en relación con el hombre:

El sabor, sabor, color y sabor de los alimentos y bebidas se debe a la naturaleza química de los productos secundarios. Muchas de las drogas que el hombre usa también son productos del metabolismo secundario en las plantas.

Por ejemplo, D. Sorbital es un alcohol de azúcar usado por los diabéticos; la reserpina, un fármaco antihipersensible, la estricnina que sirve como estimulante central y la quinina, que es un fármaco contra la malaria, son todos derivados del indol. Los narcóticos como el hachís y la marihuana son monoterpenos de Cannabis sativa.

Las bebidas de café, té, cacao contienen cafeína, teobromina y teofilina, todas purinas. La nicotina del tabaco y la arecaidina de Areca catechu son derivados del ácido nicotínico. El valor farmacológico de las plantas solanáceas como Datura y Atropa se debe a la presencia de escopolamina y otros alcaloides en ellas.

Una gran variedad de productos secundarios sirven como materia prima industrial. El aceite de linaza empleado en la industria de la pintura, el aceite de ricino utilizado en la fabricación de lubricantes y jabones, las ceras utilizadas en la fabricación de pulimentos y barnices, la suberina, un componente del corcho utilizado en la producción de materiales aislantes, tapones y filtros, son todos derivados de ácidos grasos.

Los taninos que tienen una aplicación importante en la industria del cuero son los polifenoles. El caucho es un politerpeno producido por Ficus elastica, Hevea brasiliensis, etc. Los aceites esenciales ampliamente utilizados en perfumería, cosméticos y preparaciones de solventes son terpenoides.

Mecanismo de movimiento estomático:

Los estomas funcionan como válvulas operadas por turgencia debido a que su movimiento de apertura y cierre se rige por los cambios en la turgencia de las células de guarda. Cuando las células protectoras se hinchan debido al aumento de la turgencia, se crea un poro entre ellas. Con la pérdida de la turgencia se cierran los poros estomáticos. Los estomas generalmente se abren durante el día y cierran durante la noche con algunas excepciones.

Los factores importantes que gobiernan la apertura del estoma son la luz, el pH alto o el CO2 reducido y la disponibilidad de agua. Los factores opuestos gobiernan el cierre del estoma, es decir, la oscuridad, el pH bajo o el CO 2 alto y la deshidratación. Hay tres teorías principales sobre el mecanismo de los movimientos estomáticos:

1. Hipótesis de la fotosíntesis de la célula de guardia (Schwendener, 1881):

Las células de guarda contienen cloroplastos. Durante el día los cloroplastos realizan la fotosíntesis y producen azúcar. El azúcar aumenta la concentración osmótica de las células de guarda. Causa la absorción de agua de las células epidérmicas cercanas. Las células protectoras turgentes se doblan hacia afuera y crean un poro en el medio. Sin embargo, la actividad fotosintética de los cloroplastos de células de guardia parece ser despreciable.

2. Teoría clásica de la hidrólisis del almidón:

Las principales características de la teoría fueron explicadas por Sayre (1923). Fue modificado por Steward (1964). Las celdas de guarda contienen almidón. A una baja concentración de dióxido de carbono (en la mañana lograda a través de la fotosíntesis por mesófilo y células de guarda), el pH de las células de guardia aumenta. Estimula la enzima fosforilasa. La fosforilasa convierte el almidón en glucosa 1-fosfato. Este último se cambia a glucosa 6-fosfato, que se hidroliza para producir glucosa y ácido fosfórico.

La glucosa aumenta la concentración osmótica de las células de guarda. A causa de ello, las células protectoras absorben el agua de las células vecinas, se hinchan y crean un poro entre ellas. El cierre nocturno de los estomas se produce por el aumento del contenido de dióxido de carbono (debido a la interrupción de la fotosíntesis) de la hoja. Disminuye el pH de las células de guarda y provoca la fosforilación de la glucosa. En presencia de fosforilasa, la glucosa 1-fosfato se transforma en almidón.

Como resultado, la concentración osmótica de las células de guarda cae. Pierden agua a las células epidérmicas adyacentes. Con la pérdida de la turgencia, las células protectoras se encogen y cierran el poro entre ellas.

Objeciones, (i) La glucosa no se encuentra en las células de guarda en el momento de la apertura del estoma, (ii) Los cambios en el almidón del azúcar son químicamente lentos, mientras que la apertura y el cierre de los estomas son bastante rápidos. (iii) Los amplios cambios en el pH de las células de guarda no pueden explicarse sobre la base de la concentración de dióxido de carbono. (iv) La cebolla y algunos de sus parientes no poseen almidón o polisacárido relacionado que pueda hidrolizarse al nivel de glucosa, (v) Se ha encontrado que la luz azul es más efectiva que otras longitudes de onda para la apertura de los estomas. Lo mismo no puede explicarse por la teoría de la hidrólisis del almidón, (vi) La hidrólisis de la teoría del almidón no puede explicar el alto aumento de la presión osmótica que se encuentra en las células de guarda.

3. Hipótesis de la bomba de iones de malato o K + (teoría moderna):

Las principales características de la teoría fueron expuestas por Levitt (1974). De acuerdo con esta teoría, el pH de la célula protectora puede aumentar debido a la captación activa de H + por parte de los cloroplastos de la célula protectora o las mitocondrias, la asimilación de C0 2 por parte de la mesófila y las células protectoras. Un aumento en el pH hace que la hidrólisis del almidón forme ácidos orgánicos, especialmente el piruvato de fenfoenol. Fosfato de hexosa de almidón -> Ácido fosfoglicérico -> Fosfenol piruvato.

El piruvato de fenfoenol también puede formarse por el ácido pirúvico de la vía respiratoria. Con la ayuda de la PEP carboxilasa (caso PEP), se combina con el CO 2 disponible para producir ácido oxálico que se transforma en ácido málico. El ácido málico se disocia en H + y malato.

Los iones H + salen de las celdas de guarda a cambio de los iones K + . Algunos iones K + (acompañados de iones CI) también se absorben activamente de las células epidérmicas adyacentes con la ayuda de cAMP, ATP y citoquininas. Las células de guardia mantienen su electroneutralidad al equilibrar K + con malato y CI - .

En el estado combinado pasan a las vacuolas pequeñas y aumentan la concentración osmótica de las células de guarda. Como resultado, las células protectoras absorben el agua de las células epidérmicas cercanas a través de la endosmosis, se hinchan y crean un poro entre ellas.

Durante el cierre del estoma, los iones H + se difunden fuera de los cloroplastos de células protectoras. Disminuye el pH del citoplasma de las células de guarda. Cualquier malato presente en el citoplasma se combina con H + para formar ácido málico. El exceso de ácido málico inhibe su propia biosíntesis.

La alta concentración de CO 2 también tiene un efecto similar. El ácido málico no disociado promueve la fuga de iones (Jackson y Taylon, 1970). Como resultado, los iones K + se disocian del malato y salen de las células protectoras. La formación de ácido abcísico (como durante la sequía o el mediodía) también promueve la inversión de la bomba de H + K + y aumenta la disponibilidad de H + dentro del citoplasma de las células de guarda.

La pérdida de iones K + disminuye la concentración osmótica de las células protectoras en comparación con las células epidérmicas adyacentes. Esto causa exosmosis y por lo tanto disminuye la turgencia de las células de guarda. Cierra el poro entre las celdas de guarda. Simultáneamente, los ácidos orgánicos se metabolizan para producir almidón.