Физиологически активные вещества клетки
Ферменты. Биохимические процессы совершаются в клетке при помощи очень многочисленных ферментов1, или энзимов. Ферменты, присутствуя в относительно очень малых количествах, ускоряют биохимические реакции, не входя, однако, в состав продуктов реакции. Ферменты представляют собой простые или сложные белки и находятся в состоянии коллоидов.
Действие ферментов строго специфично. Например, сахараза разлагает сахарозу и не действует на родственный дисахарид - мальтозу. От неорганических катализаторов ферменты отличаются большой лабильностью, зависимостью от целого ряда воздействий: концентрации водородных ионов, температуры, окислительно-восстановительных реакций, ничтожных примесей некоторых веществ. Каталитическая активность их также значительно выше, чем неорганических катализаторов.
Можно сказать, что все процессы обмена веществ в живых клетках протекают под действием ферментов. Есть большие группы ферментов, регулирующих процессы дыхания, определяющих формирование тех или иных белков, участвующих в углеводном обмене, и т. д.
Ферменты связаны с протоплазмой своим происхождением, но теряют непосредственную связь с ней. При разрушении клетки ферменты могут
38
сохранять свою активность. Например, фермент инвертаза (сахараза), извлеченный из клеток дрожжей, гидролизует в лабораторных условиях сахарозу с образованием глюкозы и фруктозы.
Витамины. Большое значение в жизни клетки имеют витамины. Витамины были открыты в 1880 г. Н. И. Луниным, установившим, что в пище животных, кроме известных уже веществ, содержатся какие-то, тогда неизвестные, но жизненно необходимые вещества. В его опытах белые мыши, получавшие цельное молоко, были здоровы и хорошо росли, а мыши, получавшие вместо молока смесь очищенных веществ, входящих в его состав (т. е. лишенные витаминов), быстро погибали. Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности не только животных и человека, но и растений.
Синтезируются витамины преимущественно в зеленых листьях растений. Многие витамины в соединении с белком образуют ферменты. В настоящее время открыто большое число различных витаминов и выяснена их химическая природа.
Не все органы и ткани зеленых растений могут самостоятельно синтезировать все витамины или провитамины. Корни растений, камбиальная ткань или выделенные из семян зародыши, растущие в темноте, требуют снабжения витаминами для нормального роста и развития. В сельскохозяйственной практике известно, что в ряде случаев растения испытывают недостаток витаминов и нужна специальная подкормка витаминами для хорошего развития растения. Например, внекорневая подкормка сахарной свеклы и редиса витамином PP приводит к образованию более крупных корнеплодов.
Обозначаются витамины или, точнее, их группы буквами латинского алфавита: А, В, С и т. д. Открытые сначала и обозначенные одной буквой витамины оказались не одним однородным веществом, а целой группой веществ, и сейчас их обозначают не только буквой, но и числовыми индексами: B1, B2, B6, B12 и т. д.
По своему составу витамины относятся к очень разнородным химическим соединениям. Их часто разделяют на две большие группы: растворимые в жирах и растворяющиеся в воде.
Растворяющиеся в жирах витамины (группы A, D, E, K) образуются преимущественно в животных организмах. В растениях большей частью встречаются только вещества (провитамины), из которых в животном организме вырабатывается тот или иной витамин. Так, из каротиноидов, очень распространенных в растениях пигментов, образуются витамины группы А; встречающиеся в растениях стеролы (высокомолекулярные спирты) под влиянием ультрафиолетового облучения образуют витамины группы D.
Среди водорастворимых витаминов следует указать прежде всего группу витаминов В. Много витамина B1 содержится в пшеничных и рисовых отрубях, в зародышах злаков, особенно богаты им дрожжи. Витамин B1 играет важную роль в процессах превращения углеводов, входя в состав соответствующих ферментов. Витамин B2 (рибофлавин), содержащийся в зеленых листьях растений, дрожжах, грибке Eremothecium, входит в состав ряда окислительно-восстановительных ферментов, участвующих в образовании и расщеплении аминокислот. Витамин B6 также входит в состав ряда ферментов, регулирующих белковый обмен. Витамины группы В входят в состав многих ферментов, занимающих важное место в окислительно-восстановительных превращениях в процессе дыхания. Витамин B12 в растениях не содержится.
Витамин PP (никотиновая кислота), H (биотин) и другие также входят в состав ферментов, регулирующих белковый обмен.
39
Витамин С (аскорбиновая кислота) в особенно больших количествах встречается в плодах шиповника, незрелых грецких орехах, черной смородине, капусте, хвое. Витамин С также участвует во многих окислительно-восстановительных процессах живой клетки.
В природе встречаются антивитамины - вещества, по своим свойствам и строению близкие к соответствующим витаминам, но оказывающие противоположные, инактивирующие их действия. Значение этих веществ также очень велико, но недостаточно известно, и в настоящее время они активно изучаются.
Фитогормоны. Растительные гормоны (фитогормоны) представляют собой вещества, "распространяющиеся, - по выражению К. А. Тимирязева, - в организмах и вызывающие органические изменения на далеких расстояниях". К догадке о существовании таких веществ пришел еще Чарлз Дарвин в своих исследованиях (1880) над движениями растений.
Современное учение о гормонах было основано и развито главным образом в трудах акад. Н. Г. Холодного по изучению гормона роста - ауксина2. Ауксин оказывает действие на рост клеток, деление их, на формирование органов, зависящее от концентрации и длительности действия ауксина и от физиологического состояния клеток.
Из некоторых микроорганизмов было извлечено ростовое вещество, оказавшееся индолилуксусной кислотой и названное гетероауксином.
За последние несколько лет большое внимание исследователей привлекли физиологически активные вещества, получившие название гиббереллинов3. Это название происходит от латинского названия гриба Gibberella; экстракт среды этого гриба влияет на рост цветковых растений.
Наиболее хорошо изучены четыре гиббереллина. В настоящее время установлено, что гиббереллины встречаются и у высших растений. Характерной реакцией растения на обработку гиббереллинами является удлинение стебля. Гиббереллины выводят из состояния покоя почки, клубни и луковицы. В отличие от ауксинов они безразличны к действию света и не образуют каллуса при поранениях.
Физиологически активные вещества, механизм их действия и роль в жизни растения подробно рассматриваются в курсе физиологии растений.
40
1 От латинского fermentum - закваска. Названия ферментов получают от латинского названия катализируемого вещества и приставки "аза", например: целлюлоза - целлюлаза, липоид - липаза и т. д.
2 Ауксин, выделенный в чистом виде, в кристаллическом состоянии, является оксикислотой эмпирической формулы C18H32O5.
3 Гиббереллины относятся к алициклическим карбоновым кислотам, содержащим гидрированное флуореновое ядро. Формулы гиббереллинов: C19H24O6; C19H26O6; C19H25O5.