Органические кислоты и их обмен

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 CH2OH | | 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 СО2 /О2 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 СО2 /О2 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 СО2 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
Листья
Вариант опыта
Прирост лимонной кислоты, % от исходного значения
Молодые
Опыт
+119
Контроль
+18,9
Спелые
Опыт
+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)
Кислоты
Исходное значение
После 48 ч в темноте
Изменение 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.