Какие органические вещества содержатся в растениях
Состав органических веществ растительных
субстратов.
По определению органические соединения – это соединения, содержащие
углерод. Помимо углерода почти все органические соединения содержат водород
и кислород и в меньшем количестве азот, фосфор и серу (табл. 4).
Основную сухую массу растительных клеток составляют четыре типа
органических соединений это углеводы,
липиды, белки и нуклеиновые
кислоты (табл. 5).
Углеводы – это соединения, содержащие углерод в сочетании с
водородом и кислород. Углеводы самые распространенные в природе органические
вещества. В растениях их содержание иногда доходит до 90% сухой массы.
Углеводы включают несколько групп соединений моносахариды, олигосахариды и
полисахариды (табл. 6). Моносахариды самые простые соединения и потребляются
микроорганизмами в первую очередь. Олигосахариды состоят из двух или
нескольких молекул моносахаридов и должны перед потреблением расщепляться
ферментами на сахарные компоненты – моносахариды. Наиболее трудно доступными
являются полисахариды растений. Для расщепления полисахаридов до
моносахаридов у микроорганизмов выработались комплексы ферментов: одни из
них разрыхляют полисахарид, другие отщепляют олигосахариды, третьи отщепляют
моносахара. В растениях полисахариды защищены от биодеградации
микроорганизмами путем экранирования молекулами фенольного полимера –
лигнина. Лигнин составляет существенную часть растительных полисахаридов. В
целом лигноцеллюлозный комплекс растений весьма устойчив к ферментативному
расщеплению.
Жиры – важнейшие запасные вещества. Некоторые растения
накапливают жиры (масла) в больших количествах, особенно в семенах и плодах.
Растения содержат также воска, которые защищают ткани растении от потери
влаги и часто затрудняют процесс увлажнения растительного сырья, например,
соломы. При окислении жиров выделяется около 9,3 Ккал/г, а углеводов – всего
3,8 Ккал/г. Таким образом, жиры являются концентрированным источником
энергии.
Белки, подобно полисахаридам, являются полимерами, состоящими из
мономеров – аминокислот. У растений самая высокая концентрация белков
обнаружена в семенах (более 40% сухой массы), вегетативные части содержат
невысокий уровень белка (2 – 5%).
Нуклеиновые кислоты – это полимеры, состоящие из нуклеотидов
пуринов и пиримидинов. Нуклеиновые кислоты участвуют в хранении генетической
информации (ДНК) и переносе информации при синтезе белков (РНК).
Элементный состав
органических соединений растений, % от сухой массы.
Элементы | Углерод С | Кислород О | Водород Н | Азот N | Фосфор Р | Сера S |
Содержание | ~44-50 | ~44 | ~6 | 1 | 0,1 -0,8 | 0,1 |
Основные классы
органических соединений.
Органические соединения | Функции | Компоненты | Элементы |
Углеводы | Источник энергии, структурный материал | Моносахара, сахарные кислоты, спирты | С, Н, О |
Липиды | Запасание энергии, структурный материал | Жирные кислоты, глицерин | С, Н, О |
Белки | Структурный материал, ферменты | Аминокислоты | С, Н, О, N, S |
Нуклеиновые кислоты | Синтез белка | Нуклеотиды, фосфаты | С, Н, О, N, Р |
Состав органических
веществ растений.
Органические соединения | Компоненты | Ферменты, разрушающие органические вещества |
Углеводы Моносахариды Сахара Кислоты Спирты Олигосахариды Сахароза Целлобиоза Полисахариды Крахмал Целлюлоза Пектин Гемицеллюлоза или | Фруктоза, глюкоза Галактуроновая Маннитол Глюкоза + фруктоза Глюкоза + глюкоза Глюкоза Глюкоза Галактуроновая Ксилоза, арабиоза, | Поглощаются Глюкозидаза Целлобиаза Амилазы Целлюлазы Пектиназы Ксиланазы,гемицеллюлазы |
Лигнин | Фенольные соединения | Полифенолоксидазы(лакказа,пероксидаза и др |
Жиры | Глицерин, жирныекислоты | Липазы |
Белки | Аминокислоты | Протеиназы |
Нуклеиновые кислоты | Нуклеотиды: пурины, пиримидины | Нуклеазы |
Растительные субстраты существенно различаются по содержанию основных
органических компонентов: углеводов, жиров, белков (табл.).
Вегетативные части растений – древесина, соломина, стебли, листья –
содержат небольшое количество белка и жиров и высокий уровень нерастворимых,
трудно разлагаемых полисахаридов: целлюлозы, гемицеллюпозы, а также полимера
– лигнина. Вегетативные части растений обычно используют в качестве основы
субстрата.
Генеративные части растений – плоды, семена – содержат много белка и
жиров, высокий уровень легко доступных углеводов (крахмал, моносахара,
дисахариды) и низкий уровень трудно доступных полимеров – целлюлозы,
гемицеллюпозы и лигнина. Генеративные части используют в качестве
питательных белково-жировых добавок.
Состав органических
веществ растительных субстратов, % от сухой массы.
Субстрат | Белок | Общий азот, | Жиры | |
ВЕГЕТАТИВНАЯ ЧАСТЬ – основа субстрата Солома зерновых культур Кукурузные кочерыжки Лузга подсолнечника Костра льна Древесные опилки | 3.5-4.0 2.3 4.4 3.4 1.3 | 0.5-0.6 0.37 0.7 0.5 0.2 | 1.2-1.5 0.4 3.5 2.0 0.25 | 30-40 25-32 23-30 26-35 45-55 |
ВЕГЕТАТИВНАЯ ЧАСТЬ – питательные добавки Сено клевера Сено люцерны | 12.5 14.8 | 2.0 2.4 | 2.1 2.0 | 27 29 |
ГЕНЕРАТИВНАЯ ЧАСТЬ – питательные добавки Отруби пшеницы Пивная дробина Мука семян люцерны Мука семян сои | 16.9 20.0 33.2 47.9 | 2.7 3.2 5.3 7.7 | 46 5.7 10.2 6.7 | 9.6 18.1 8.7 2.4 |
В растительном субстрате содержатся легко доступные органические
вещества, такие как растворимые сахара, олигосахариды, крахмал. Эти
соединения потребляются всеми микроорганизмами и, в первую очередь,
конкурентными плесневыми грибами – Trichoderma, Penicillium, Aspergillus,
Mucor и т.п. Такие грибы называют еще “сахарными” (Рис.).
Трудно доступные соединения в форме пописахаридов: целлюлозы,
гемицеллюлозы, пектина утилизируют грибы, имеющие соответствующие комплексы
гидролитических ферментов: целлюлаз, пектиназ, ксиланаз. Разрушая целлюлозу
из лигноцеллюлозного комплекса, эти грибы оставляют нетронутым лигнин, что
придает субстратам более темный, коричневый вид. Такие грибы вызывают
“коричневую гниль” древесины. Это некоторые высшие грибы, а также такие
конкурентные плесени как Trichoderma.
Грибы, разрушающие самый труднодоступный полимер растительного субстрата
– лигнин, относятся к группе “белых гнилей”. Эти грибы примерно в одинаковой
степени утилизируют целлюлозу и лигнин. Субстрат после деструкции грибами –
“белой гнили” приобретают светлый вид. К этой группе относятся многие
съедобные культивируемые грибы: вешенка, шиитаке, фламмулина, строфария и
др.
Рис. Органические
вещества растительного субстрата и его потребители.
Состав лигноцеллюлозного комплекса субстратов.
Лигноцеллюлозный комплекс растительного субстрата состоит из трех основных
компонентов: целлюлозы, гемицеллюлоэы и лигнина. Соотношение компонентов
отличается в разных субстратах (табл.).
Легче всего деградации подвержена гемицеллюлоза, состоящая из таких
мономеров как ксилоза (ксилан), арабиноза (арабан) и манноза (маннан).
Комплекс специфичных для этого субстрата ферментов расщепляет полисахариды
на олигомеры, а затем на мономеры-сахара. Целлюлоза состоит из мономера
глюкозы и плотно упакована в микротрубочки, которые также расщепляются
комплексом ферментов-целлюлаз: С1 – фементы разрыхляют микрофибриллы, Сх –
ферменты образуют олигомеры, а глюкозидоза (целлобиаза) отщепляет моносахара.
Наиболее устойчив к ферментативному разрушению лигнин, состоящий из
различных фенольных мономеров, которые могут соединяться также различным
образом. Деградация лигнина происходит под действием ферментов
полифенолоксидаз: пероксидазы, лакказы, тирозиназы и других.
Табл. Состав лигноцеллюлозного комплекса растительного субстрата,
%
Субстрат | Целлюлоза | Гемицеллюлоза | Лигнин |
Древесина | 35-55 | 20-30 | 20-30 |
Солома | 30-40 | 20-30 | 6-20 |
Кукурузные кочерыжки | 25-35 | 25-35 | 6-18 |
Лузга подсолнечника | 23-30 | 18-25 | 20-30 |
Костра льна | 26-35 | 18-22 | 25-33 |
Вешенка и строфария относятся к грибам “белой гнили”, которые способны к
деструкции, как целлюлозы, так и лигнина. Наибольшая активность лакказы
грибов наблюдается на 6 – 8 сутки прорастания мицелия в субстрате, что
соответствует окончанию фазы колонизации и началу фазы освоения субстрата
(рис.). В это же время наблюдается и пик целлюлазной активности.
Рис. Активность лакказы и целлюлазы в соломистом субстрате.
Изменение состава
лигноцеллюлозного комплекса субстратов в процессе культивации.
Вешенка является активным деструктором лигноцеллюлозного комплекса
субстратов. В процессе ферментативного разрушения комплекса происходит
биодеградация лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы. Степень разрушения этих
компонентов зависит от типа субстрата, от вида и штамма гриба. В целом
отмечается примерно одинаковая потеря массы целлюлозы и лигнина.
Степень деструкции лигноцеллюлозного комплекса зависит от длительности
процесса культивации гриба и количества снимаемых волн плодоношения.
С каждой новой волной плодоношения питательность субстрата снижается,
уменьшается его влагосодержание и происходит накопление самоингибиторов
роста и плодоношения. Состав субстрата в процессе культивации существенно
изменяется. Около 40 – 60% сухого вещества субстрата уходит с углекислым
газом и “биологической водой”, образующейся при гидролизе полисахаридов и
“сгорании” сахаров в процессе дыхания. Около 10% сухой массы субстрата
переходит в плодовые тела гриба, 30 – 50% первоначальной массы остается в
виде отработанного субстрата. Отношение С/N меняется от 100/1 к 30-50/1.
Субстрат относительно обогащается неорганическими компонентами (зола),
азотистыми веществами (аминокислоты) и различными продуктами
жизнедеятельности гриба. Относительные пропорции лигнина, целлюлозы и
гемицеллюлозы остаются в субстрате примерно такими же, как в начале
культивации, хотя их абсолютное содержание снижается на 30 – 70%ю. Тем не
менее, потенциал субстрата используется не полностью. Если субстрат
замочить в воде на ночь и таким образом вымыть ингибиторы плодоношения и
повысить влагосодержание, можно получить еще дополнительно одну хорошую
волну плодоношения, а иногда и две волны.
Деструкция лигноцеллюлозного комплекса стеблей хлопчатника и
соломы пшеницы вешенкой обыкновенной.
Субстрат | Содержание, % от сухой массы | |||
Сухая масса | Лигно-целлюлоза | Зола | ||
Стебли Солома | А А | 42,5 90,1 | 56,4 65,4 | 7,3 13,1 |
А – Исходное сырье
Б – Отработанный субстрат
Деструкция
лигноцеллюлозного комплекса древесины (обрезь плодовых деревьев) вешенкой
обыкновенной.
Компонент | Содержание, % от сухой массы | D | Деструкция % | ||
Исходный субстрат | Полное обрастание | Отработанный субстрат | |||
Целлюлоза Лигнин | 48,7 32,8 | 38,7 27,7 | 32,5 20,1 | 16,2 12,7 | 33,3 38,7 |
Источник
Лечебные свойства растений обусловлены содержанием в них активно действующих веществ, способных оказывать определенное влияние на организм в целом, на его органы и системы. Количество активных веществ не постоянное, оно меняется в зависимости от фазы развития растения, от почвы, на которой оно растет, правил заготовки, обработки и хранения.
Как показывают проведенные исследования, среди действующих активных веществ растений наибольший лечебный эффект имеют алкалоиды, гликозиды, сапонины, полисахариды, эфирные масла, органические кислоты, флавониды, фитонциды, витамины, химические элементы, пигменты, смолы, жирные масла.
Алкалоиды
Алкалоиды – это сложные органические соединения, содержащие азот, способные соединяться с кислотами, образуя соли, которые хорошо растворяются в воде. На вкус сами алкалоиды и их соединения горькие и часто ядовитые. Содержание алкалоидов в растениях не превышает 2-3 % в пересчете на массу сухого растения. Наибольшее количество их в растении содержится в период цветения или образования семян. К выделенным из растений алкалоидам относятся морфин, атропин, хинин, кофеин, папаверин, стрихнин, пилокарпин, эфедрин, платифиллин, никотин и др. Наиболее богаты алкалоидами чистотел большой, барбарис, мордовник, спорынья, листья чая, корень раувольфии змеиной, семена чилибухи, мак и ряд других растений. Алкалоидоносные растения применяются в виде водных настоев.
Гликозиды
Гликозиды – это органические вещества растительного происхождения, состоящие из сахаристой части – гликона и несахаристой – агликона, на которые они распадаются при кипячении и под действием ферментов. Гликозиды, получаемые в чистом виде, обычно горькие кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. В лечебной практике наиболее часто используются сердечные гликозиды, представителями которых являются строфантин, эризимин, гликозиды наперстянки. Гликозидсодержащими растениями являются адонис весенний, желтушник серый, кендырь коноплевый, ландыш майский, морской лук, наперстянка красная и др.
Сапонины
Сапонины – это гликозиды, не содержащие в своем составе азота. Они встречаются очень часто, хорошо растворяются в воде, при взбалтывании образуют стойкую пену, похожую на мыльную. В медицине сапонины используют как отхаркивающее средство, а также как мочегонные, общеукрепляющие, стимулирующие и тонизирующие вещества. Сапонинами богаты первоцвет, истод, солодка голая, хвощ полевой, почечный чай, аралия маньчжурская, женьшень, заманиха, элеутерококк.
Полисахариды
Полисахариды – это сложные углеводы. Для организма являются одним из основных источников энергии, которая образуется в результате обмена веществ. При исследовании в них выявлена многообразная биологическая активность: антибиотическая, противовирусная, противоопухолевая, антидотная. К полисахаридам относятся камеди, слизи, пектиновые вещества, инулин, крахмал, клетчатка.
Камеди
Камеди – это коллоидные полупрозрачные клейкие вещества различного химического строения (вишневый клей, аравийская камедь или гуммиарабик), хорошо растворимые в воде и нерастворимые в спирте. В медицине их используют в качестве эмульгаторов. Замедляя всасывание лекарственных веществ из кишечника, они удлиняют срок их действия.
Слизи
Слизи – это безазотистые вещества, которые являются мягчительными и обволакивающими средствами. Они используются для защиты слизистой оболочки зева, желудка, бронхов от воздействия раздражающих веществ при лечении желудочно-кишечного тракта. Наибольшее количество слизи содержится в льняном семени, клубнях ятрышника, в ромашке аптечной, корнях алтея, в коровяке высоком, череде трехраздельной, семенах подорожника, цветках липы сердцевидной и других растениях.
Пектиновые вещества
Пектиновые вещества широко распространены в природе, они входят в состав межклеточного склеивающего вещества и близки к камедям и слизям. В присутствии органических кислот с сахаром образуют студни, которые обладают адсорбирующим, противовоспалительным действием. Более того, студенистое вещество связывает стронций и кобальт, удаляя их из организма. Пектины, улучшают пищеварение, способствуют удалению из организма излишков холестерина. Много пектинов содержится в плодах земляники лесной, шиповника, в ягодах клюквы, черной смородины, в яблоках, апельсинах и мандаринах.
Эфирные масла
Эфирные масла – это сложные смеси различных летучих веществ. Они хорошо растворяются в спирте и плохо в воде. В зависимости от химического строения одни из них обладают болеутоляющим свойством, другие – успокаивающим или возбуждающим, третьи – смягчающим кашель, бактерицидным, антисептическим и противоглистным. В некоторых растениях эфирного масла содержится до 20 %. К эфиромасличным растениям относятся мята, душица, тимьян, лаванда, полынь горькая, роза, герань, кориандр, укроп, анис, тмин, лимон, апельсин и др.
Органические кислоты
Органические кислоты – это органические соединения со свойствами кислот. В виде солей или в свободном состоянии они содержатся в клеточном соке. Наиболее распространенными являются яблочная, лимонная, винно-каменная, щавельная, салициловая, уксусная кислоты. Органические кислоты увеличивают выделение слюны, желчи, сока поджелудочной железы, усиливают перистальтику кишечника, угнетают процессы гниения в толстом кишечнике, участвуют в обмене веществ. Их много содержится в яблоках, лимонах, черной смородине, шиповнике, щавеле, клюкве.
Флавоноиды
Флавоноиды – оганические соединения, имеющие желтую окраску, не растворяются в воде. Содержатся в цветках и листьях многих растений. В медицине используются для укрепления стенок сосудов, предотвращают кровоподтеки и внутренние кровоизлияния. Широко применяются при аллергии, лучевой болезни. Флавоны и их соединения не ядовиты. Они содержатся в спорыше, бессмертнике, пустырнике, стальнике, терне.
Фитонциды
Фитонциды – это органические соединения, которые вырабатываются растениями в целях самозащиты от микробов, грибков и инфузорий, а также для активизации многих жизненных функций самих растений. Их иногда называют антибиотиками высших растений. Фитонциды многих растений сохраняют свою активность в течение длительного времени, они устойчивы к воздействию высоких и низких температур. В медицине применяются при лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта, легочных заболеваний, ран, язв, ангин и некоторых кожных заболеваний. Фитонциды содержатся в луке, чесноке, красном стручковом перце, хрене, кочанной капусте, яблоках, мандаринах, лимонах, апельсинах, крапиве, шалфее, эвкалипте, березе, дубе, сосне, сирени, клюкве, бруснике, калине, черемухе.
Витамины
Витамины – это биологически активные органические вещества разнообразного химического строения, активно участвуют в обмене веществ и образовании ферментов. В настоящее время известно свыше 30 витаминов. При заболеваниях потребность организма в витаминах возрастает. При недостатке их в организме нарушается обмен веществ, снижается работоспособность, задерживается рост молодого организма, наступает быстрая утомляемость. Витамины, входя в состав ферментов, участвуют в образовании гормонов.
Большое значение придается витаминам при лечении заболеваний нервной системы, желудочно-кишечного тракта, сердца, органов кроветворения. Так, аскорбиновая кислота (витамин С) способствует повышению протромбина; фолиевая кислота, содержащаяся в листьях растений, особенно шпината, — образованию эритроцитов; витамин К — нормальному свертыванию крови. Витамин Р повышает прочность капилляров; витамин Р способствует заживлению ран и язв, он содержится в капусте, зеленых овощах, в медицине применяется при лечении язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Много витаминов находится в шиповнике, облепихе, сосне, крапиве, лимонах, черной смородине, шпинате, рябине, клюкве и многих других растениях и плодах.
Химические элементы
Химические элементы содержатся в составе каждого растения и живого организма. При их недостатке нарушается обмен веществ, резко снижается сопротивляемость организма к факторам внешней среды. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и участвуют в процессах тканевого дыхания.
Жирные масла
Жирные масла – это сложные эфиры глицерина и жирных кислот. Образуются в семенах, а некоторые, как оливковое масло, — в мякоти плодов. В медицине чаще всего используются для наружного применения, касторовое и подсолнечное масло принимают внутрь.
Источник