植物体内有机物的转化和运输精选PPT.ppt
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1、关于植物体内有机物的转化和运输第1页,讲稿共54张,创作于星期二主要内容l l植物的初生代谢和次生代谢l l萜类萜类l l酚类酚类l l含氮次生化合物含氮次生化合物l l植物次生代谢的基因工程植物次生代谢的基因工程l l植物体内有机物的运输植物体内有机物的运输 短距离运输,长距离运输,运输机理,外界条件对有机短距离运输,长距离运输,运输机理,外界条件对有机物运输的影响,有机物的分配物运输的影响,有机物的分配第2页,讲稿共54张,创作于星期二第一节植物的初生代谢和次生代谢l l代谢产物分类:初生代谢(primary metabolites):由光合作用产物直接转化形成的,并且可进一步转化为其他的
2、代谢产物 次生代谢:由糖类等有机物次生代谢衍生出来的物质。贮存于叶泡或细胞壁中,是代谢的最终产物第3页,讲稿共54张,创作于星期二l l初生代谢的相互联系 代谢的主干:卡尔文循环、糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸途径 l l糖和脂肪是相互转变的l l糖与蛋白质也可以相互转变的。丙酮酸、乙酰辅酶A、-酮戊二酸和草酰乙酸等中间产物在它们之间的转变过程中起着枢纽作用。l l核苷酸的核糖来源于戊糖磷酸代谢,碱基则是由氨基酸及其代谢产物组成的。第4页,讲稿共54张,创作于星期二Fig.5-1第5页,讲稿共54张,创作于星期二l l次生代谢 萜类、酚类和生物碱次生代谢产物的作用 是植物生命活动必须的:吲哚乙酸
3、,赤霉素,叶绿素,类胡萝卜素,花色素 防御天敌,保护自己 特殊的代谢产物是药物和工业原料第6页,讲稿共54张,创作于星期二第7页,讲稿共54张,创作于星期二第二节 萜类萜类的种类 萜类(terpene)或类萜(terpenoid)不溶于水 结构:异戊二烯第8页,讲稿共54张,创作于星期二l l萜类种类是根据异戊二烯数目而定,有单萜(monoterpene)、倍半萜(sesquiterpene)、双萜(diterpene)、三萜(triterpene)、四萜(tetraterpene)和多萜(polyterpene)l l在植物细胞中,低分子量的萜是挥发油,分子量增高就成为树脂、胡萝卜素等较复杂
4、的化合物,更大分子量的萜则形成橡胶等高分子化合物。l l萜类对植物的作用是多方面的 第9页,讲稿共54张,创作于星期二第10页,讲稿共54张,创作于星期二第11页,讲稿共54张,创作于星期二第12页,讲稿共54张,创作于星期二第13页,讲稿共54张,创作于星期二第14页,讲稿共54张,创作于星期二l l萜的生物合成 途径:甲羟戊酸途径-乙酰辅酶A 甲基赤藓醇磷酸途径-丙酮酸和3磷酸苷油酸第15页,讲稿共54张,创作于星期二第16页,讲稿共54张,创作于星期二第17页,讲稿共54张,创作于星期二第18页,讲稿共54张,创作于星期二第三节第三节 酚酚 类类(phenol)l l酚类的种类l l酚类
5、(phenol)是芳香族环上的氢原子被羟基或功能衍生物取代后生成的化合物,种类繁多,是重要的次级产物之一,有些只溶于有机溶剂;有些是水溶性羧酸和糖苷,有些是不溶的大分子多聚体。根据芳香环上带有的碳原子数目的不同可分为几种第19页,讲稿共54张,创作于星期二l l酚类化合物广泛分布于植物体,以糖苷或糖脂状态积存于液泡中。在酚类化合物中,有决定花、果颜色的花色素和橙皮素,有构成次生壁重要组成的木质素,也有作为药物的芸香苷(路丁)、肉桂酸和肉桂醇等 第20页,讲稿共54张,创作于星期二第21页,讲稿共54张,创作于星期二l l酚类的生物合成l l植物的酚类化合物是通过多条途径合成的其中以莽草酸途径(
6、shikimic acid pathway)和丙二酸途径(malonic acid pathway)为主。在高等植物,大多数通过前一种途径合成酚类;真菌和细菌通过后一种途径合成酚类。l l图5-6 植物酚类物质的生物合成途径 第22页,讲稿共54张,创作于星期二第23页,讲稿共54张,创作于星期二l l莽草酸途径莽草酸途径 糖酵解产生的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和戊糖磷酸途径产生的D D-赤藓糖赤藓糖-4-磷酸作用形成中间产物磷酸作用形成中间产物3-3-脱脱氧氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸(3-deoxy-3-deoxy-D-arabinoheptulosonic acid-7-phosph
7、atearabinoheptulosonic acid-7-phosphate),进一步环化成重要中间产物莽草酸。莽草酸再与PEPPEP作用,形作用,形成成3-3-烯醇丙酮酸莽草酸烯醇丙酮酸莽草酸-5-磷酸(3-enolpyruvyl shikimic 3-enolpyruvyl shikimic acid-5-phosphateacid-5-phosphate),脱去Pi,形成分支酸(,形成分支酸(chorismic chorismic acidacid)。分支酸是莽草酸途径的重要枢纽物质,它以后的去向分为两个分支:一个分支走向色氨酸,另一个分支是先形成预苯酸(prephenic acidp
8、rephenic acid),经过),经过arogenic acidarogenic acid,然后再分支:一是形成苯丙氨酸,然后再分支:一是形成苯丙氨酸(phenylalanine),另一是形成酪氨酸(tyrosine)(图5-7)。广谱除草剂草甘磷)。广谱除草剂草甘磷(glyphosateglyphosate)之所以能除草,就是因为它能抑制催化)之所以能除草,就是因为它能抑制催化莽草酸与莽草酸与PEP合成3-烯醇丙酮酸莽草酸烯醇丙酮酸莽草酸-5-5-磷酸的酶。第24页,讲稿共54张,创作于星期二l l大多数植物次生产物是苯丙氨酸在苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-
9、lyase,PAL)作用下,脱氨形成桂皮酸(cinnamic acid)。PAL是初生代谢与次生代谢的分支点,是形成酚类化合物中的一个重要调节酶,它受内外条件影响,例如植物激素、营养水平、光照长短、病菌、机械损害等,可影响PAL的合成及其活性 第25页,讲稿共54张,创作于星期二l l丙二酸途径 本途径首先是1分子酰基CoA与3分子丙二酰CoA结合,脱羧,合成1分子多酮酸(polyketo acid)。多酮酸通过各种方式发生环化作用,形成间苯三酚衍生物,由于它们的R基性质不同,于是形成许多不同的黄酮衍生物 第26页,讲稿共54张,创作于星期二l l简单酚类(简单酚类(simple phenol
10、ic compoundsimple phenolic compound)广泛分布于维管植物。其结构有广泛分布于维管植物。其结构有3 3类:类:1 1)简单苯丙酸()简单苯丙酸(phenyl propanoidphenyl propanoid)类化合物,具苯环)类化合物,具苯环-C3-C3的基的基本骨架,例如,反本骨架,例如,反-桂皮酸(桂皮酸(trans-cinnamic acidtrans-cinnamic acid),对),对-香豆酸香豆酸(para-coumaric acidpara-coumaric acid)、咖啡酸()、咖啡酸(caffeic acidcaffeic acid),阿
11、魏酸(),阿魏酸(ferulic ferulic acidacid););2 2)苯丙酸内酯()苯丙酸内酯(phenyl propanoic lactonephenyl propanoic lactone)(环酯)(环酯)类化合物,亦称香豆素类化合物,亦称香豆素A A(coumarincoumarin)类,也具苯环)类,也具苯环-C3-C3的基本的基本骨架,但骨架,但C3C3与苯环通过氧环化,例如伞形酮(与苯环通过氧环化,例如伞形酮(umbelliforoneumbelliforone),),补骨脂内酯(补骨脂内酯(psoralen lactonepsoralen lactone)、香豆素等;
12、)、香豆素等;3 3)苯甲酸()苯甲酸(benzoid acidbenzoid acid)衍生物类,具苯环)衍生物类,具苯环-C1-C1的基本骨架,的基本骨架,例如水杨酸(例如水杨酸(salicylic acidsalicylic acid)、香兰素()、香兰素(vanillinvanillin)等(图)等(图5-85-8)。)。图图5-8 5-8 不同类型的简单酚类化合物的结构不同类型的简单酚类化合物的结构 第27页,讲稿共54张,创作于星期二大多数植物酚类的生物合成是从苯丙氨酸开始的,经过PAL的作用,就形成各种简单苯丙酸类化合物、香豆素、苯甲酸衍生物、木质素、花色素苷、异黄酮、缩合鞣质及
13、其他类黄酮(图5-9)。许多简单酚类化合物在植物防御食草昆虫和真菌侵袭中起重要功能。对-香豆酸第28页,讲稿共54张,创作于星期二l l木质素(lignin)l l植物体中的木质素(lignin)数量很大,仅次于纤维素,居有机物的第二位。木质素是植物体重要组成物质,广泛分布于植物界。木质素是简单酚类的醇衍生物(如香豆醇、松柏醇、芥子醇,5-羟基阿魏醇)的聚合物,其成分因植物种类而异,例如松柏木质素含有许多的松柏醇,还有一些香豆醇和芥子醇;山毛榉木质素的松柏醇和芥子醇数量相近,而香豆醇则很少;单子叶植物(尤其是禾谷类)的木质素则含有极多的香豆醇 第29页,讲稿共54张,创作于星期二l l木质素的
14、生物合成是以苯丙氨酸和酪氨酸为起点的。首先,苯丙氨酸转变为桂皮酸,桂皮酸和酪氨酸又分别转变为4-香豆酸,然后,4-香豆酸形成了咖啡酸、阿魏酸、5-羟基阿魏酸和芥子酸,它们分别与乙酰辅酶A结合,相应地被催化为高能CoA硫脂衍生物,进一步被还原为相应的醛,再被脱氢酶还原为相应的醇,即4-香豆醇、松柏醇,5-羟基阿魏醇和芥子醇 第30页,讲稿共54张,创作于星期二第31页,讲稿共54张,创作于星期二第32页,讲稿共54张,创作于星期二第33页,讲稿共54张,创作于星期二l l四种醇类是组成木质素的基本单体,它们是在细胞质中形成的,经过糖基化作用,进一步形成葡萄香豆醇、松柏苷、5-羟基阿魏苷和丁香苷,
15、再通过质膜运输到细胞壁,在-糖苷酶作用下释放出相应的单体(醇),最后这些单体经过氧化和聚合作用形成木质素 第34页,讲稿共54张,创作于星期二l l类黄酮类(flavonoid)l l种类 植物酚类化合物另一大类物质是类黄酮(flavonoid)。它是两个芳香环被三碳桥连起来的15碳化合物,其结构来自两个不同的生物合成途径。一个芳香环(B)和桥是从苯丙氨酸转变来的,而另一个芳香环(A),则来自丙二酸途径,类黄酮是由苯丙酸、-香豆酰CoA和3个丙二酰CoA分子在查耳酮合酶催化下缩合而成的。第35页,讲稿共54张,创作于星期二第36页,讲稿共54张,创作于星期二l l根据3C桥的氧化程度,类黄酮类
16、可分为4种,即花色素苷(anthocyanin)、黄酮(flavone)、黄酮醇(flavonol)和异黄酮(isoflavone)。l l基本类黄酮骨架会有许多取代基,羟基常位于4,5,7位,它也常带糖,所以大多数类黄酮是葡糖苷。羟基和糖增加类黄酮的水溶性,而其他替代物(例如甲酯或修改异戊基单位)则使类黄酮呈脂溶性。第37页,讲稿共54张,创作于星期二l l功能功能l l不同类黄酮具有不同功能:不同类黄酮具有不同功能:l l1 1呈现颜色呈现颜色 植物的色素主要有两类:类胡萝卜素和类黄酮。植物的色素主要有两类:类胡萝卜素和类黄酮。类胡萝卜素是光合作用的辅助色素,呈黄、橙和红色。类黄类胡萝卜素
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