Приведите примеры обмена веществ в организме растений.

Обмен веществ у растений — это и «сборка» сложных молекул из простых (анаболизм), и их «разборка» для получения энергии (катаболизм). Примеры самых характерных процессов:

Анаболизм (пластический обмен)

• Фотосинтез (цикл Кальвина): фиксация CO₂ в хлоропластах с образованием углеводов (триозфосфатов), из которых синтезируются сахароза и крахмал.

• Синтез крахмала и сахарозы: полимеризация глюкозы (через ADP-глюкозу) в крахмал в хлоропластах/амилопластах; образование сахарозы в цитозоле для транспорта по флоэме.

• Синтез целлюлозы и гемицеллюлозы: сборка микрофибрилл клеточной стенки из UDP-глюкозы ферментами целлюлозосинтазного комплекса на плазмалемме.

• Ассимиляция азота: восстановление нитратов до аммония (нитратредуктаза → нитритредуктаза) и включение аммония в аминокислоты (цикл GS-GOGAT).

• Ассимиляция серы: восстановление сульфатов и включение в цистеин/метионин.

• Биосинтез аминокислот, белков, липидов: образование запасных белков семян, мембранных липидов, масел; синтез липидов в пластах и ЭПР.

• Синтез вторичных метаболитов: фенилпропаноиды (лигнин, флавоноиды), терпеновые соединения (каротиноиды, эфирные масла), алкалоиды, глюкозинолаты — для защиты, окраски, привлечения опылителей.

• Синтез фитогормонов: ауксин (IAA из триптофана), цитокинины (из аденин-нуклеотидов), этилен (из метионина через АСС), АБК (из каротиноидов), гиббереллины, брассиностероиды.

• C₄- и CAM-пути: предварительная фиксация CO₂ в виде щавелевоуксусной кислоты/малата (C₄) или ночное накопление яблочной кислоты (CAM) для экономии воды и повышения эффективности.

Катаболизм (энергетический обмен)

• Клеточное дыхание: гликолиз (цитозоль) → цикл трикарбоновых кислот (митохондрии) → окислительное фосфорилирование (АТФ).

• Фотодыхание: переработка гликолата при оксигеназной активности RuBisCO с участием хлоропластов, пероксисом и митохондрий.

• Мобилизация запасов: гидролиз крахмала амилазамии с последующим образованием сахарозы; в прорастающих семенах — β-окисление жирных кислот в глиоксисомах и глиоксилатный цикл (перевод липидов в сахара).

• Брожение (гипоксия/затопление): переход на анаэробный путь — спиртовое брожение (пируват → этанол + CO₂) для регенерации NAD⁺.

• Автофагия и протеолиз: утилизация повреждённых органелл и белков в вакуолях, особенно при старении и голодании.

Минеральное питание и ионный обмен (часть метаболизма на уровне клеток)

• Поглощение ионов корнями: активный транспорт K⁺, NO₃⁻, PO₄³⁻, SO₄²⁻ и микроэлементов с затратой АТФ; поддержание ионного гомеостаза, осморегуляция.

• Ризодепозиция/экссудация: выделение органических кислот и фенольных соединений корнями для растворения фосфатов и коммуникации с микробиотой (микориза, ризобии — у бобовых фиксация N₂ в клубеньках).

Защита и детоксикация

• Антиоксидантные системы: супероксиддисмутаза, каталаза, аскорбат-пероксидаза, глутатион-аскорбатный цикл для нейтрализации ROS.

• Ксенобиотический метаболизм: конъюгация токсинов с глутатионом/сахарами (GST, UGT) и их вакуолярная секвестрация.

• Синтез фитоалексинов: быстрый ответ на патогены (резвератрол у винограда, камалексин у крестоцветных и т.п.).

Физиологические примеры «в действии»

• На солнце лист накапливает крахмал; ночью тот же лист гидролизует его и отправляет сахарозу по флоэме в растущие органы.

• Проросток рапса сначала «живет на масле»: жиры семени → ацетил-КоА → глиоксилатный цикл → сахароза для роста.

• Кактусы и ананасы открывают устьица ночью (CAM), накапливают яблочную кислоту, днём декарбоксилируют её и фиксируют CO₂ в цикл Кальвина.

• У бобовых нитраты из почвы восстанавливаются и включаются в глутамин/глутамат; в клубеньках бактерии фиксируют атмосферный азот, который растение дальше ассимилирует.

Все эти процессы вместе обеспечивают рост, развитие, запасание и расходование энергии, устойчивость к стрессам и размножение растений.