Кислотно-основные свойства аминокислот
Аминокислоты - амфотерные вещества, которые могут существовать в виде катионов или анионов. Это свойство объясняется наличием как кислотной (-СООН ), так и основной (- NH 2 ) группы в одной и той же молекуле. В очень кислых растворах NH 2 -группа кислоты протонируется и кислота становится катионом. В сильнощелочных растворах карбоксильная группа аминокислоты депротонируется и кислота превращается в анион.
В твердом состоянии аминокислоты существуют в виде цвиттер-ионов (биполярных ионов, внутренних солей ). В цвиттер-ионах протон переносится от карбоксильной группы к аминогруппе:
Если поместить аминокислоту в среду, обладающую проводимостью, и опустить туда пару электродов, то в кислых растворах аминокислота будет мигрировать к катоду, а в щелочных растворах - к аноду. При некотором значении рН, характерном для данной аминокислоты, она не будет передвигаться ни к аноду, ни к катоду, так как каждая молекула находится в виде цвиттер-иона (несет и положительный, и отрицательный заряд). Это значение рН называется изоэлектрической точкой (pI) данной аминокислоты.
РЕАКЦИИ АМИНОКИСЛОТ
Большинство реакций, в которые аминокислоты вступают в лабораторных условиях (in vitro ), свойственны всем аминам или карбоновым кислотам.
1. образование амидов по карбоксильной группе. При реакции карбонильной группы аминокислоты с аминогруппой амина параллельно протекает реакция поликонденсации аминокислоты, приводящей к образованию амидов. Чтобы предотвратить полимеризацию, аминогруппу кислоты блокируют с тем, чтобы в реакцию вступала только аминогруппа амина. С этой целью используют карбобензоксихлорид (карбобензилоксихлорид, бензилхлорформиат), трет -бутоксикарбоксазид и др. Для реакции с амином карбоксильную группу активируют, воздействуя на нее этилхлорформиатом. Защитную группу затем удаляют путем каталитического гидрогенолиза или действием холодного раствора бромистого водорода в уксусной кислоте.
2. образование амидов по аминогруппе. При ацилировании аминогруппы a-аминокислоты образуется амид.
Реакция лучше идет в основной среде, так как при этом обеспечивается высокая концентрация свободного амина.
3. образование сложных эфиров. Карбоксильная группа аминокислоты легко этерифицируется обычными методами. Например, метиловые эфиры получают, пропуская сухой газообразный хлористый водород через раствор аминокислоты в метаноле:
Аминокислоты способны к поликонденсации, в результате которой образуется полиамид. Полиамиды, состоящие из a-аминокислот, называются пептидамиили полипептидами. Амидная связь в таких полимерах называется пептидной связью . Полипептиды с молекулярной массой не меньше 5000 называют белками. В состав белков входит около 25 различных аминокислот. При гидролизе данного белка могут образовываться все эти аминокислоты или некоторые из них в определенных пропорциях, характерных для отдельного белка.
Уникальная последовательность аминокислотных остатков в цепи, присущая данному белку, называется первичной структурой белка. Особенности скручивания цепей белковых молекул (взаимное расположение фрагментов в пространстве) называютсявторичной структурой белков. Полипептидные цепи белков могут соединяться между собой с образованием амидных, дисульфидных, водородных и иных связей за счет боковых цепей аминокислот. В результате этого происходит закручивание спирали в клубок. Эта особенность строения называется третичной структурой белка. Для проявления биологической активности некоторые белки должны сначала образовать макрокомплекс (олигопротеин ), состоящий из нескольких полноценных белковых субъединиц. Четвертичная структураопределяет степень ассоциации таких мономеров в биологически активном материале.
Белки делятся на две большие группы - фибриллярные(отношение длины молекулы к ширине больше 10) и глобулярные(отношение меньше 10). К фибриллярным белкам относится коллаген, наиболее распространенный белок позвоночных; на его долю приходится почти 50% сухого веса хрящей и около 30% твердого вещества кости. В большинстве регуляторных систем растений и животных катализ осуществляется глобулярными белками, которые носят название ферментов.
71. Диагностика дефицита питательных элементов в растениях.
Для повышения продуктивности сельскохозяйственных посевов необходимо создать оптимальные условия питания растений и корректировать их в течение вегетации.
Диагностику питания растений подразделяют на почвенную и растительную. Почвенную диагностику проводят путем агрохимического анализа почвы и сопоставления полученных данных с установленными нормативами. Однако анализа почвы не всегда достаточно для определения обеспеченности растений минеральным питанием, так как питательные вещества могут не усваиваться растением. Поэтому наряду с почвенной проводят растительную диагностику -химический анализ растений, или определение нарушения питания по внешнему виду растений, т.е. визуальную диагностику.
Остановимся подробнее на визуальной диагностике. В ее основе лежат наблюдения за изменением окраски растений, появлением на листьях и стеблях пятен, полос, некрозов тканей, отклонениями в строении растений.
В чем состоит сложность визуальной диагностики ?
Сложность визуальной диагностики состоит в том, что очень сходные проявления могут иметь разные неблагоприятные воздействия. Например, очень похожими по внешнему виду могут быть признаки недостатка азота и воды, опрыскивание пестицидами может вызвать краевой ожог листьев или появление бурых пятен, свойственное недостатку калия или кальция. Нередко наблюдается проявление признаков недостатка или избытка не одного, а двух или нескольких элементов питания одновременно. Так, у картофеля на сильнокислых супесчаных почвах часто наблюдают совместное проявление признаков недостатка магния и вредного действия марганца. Кроме того, признаки голодания могут появляться, исчезать и снова возникать. Это зависит от погодных условий, проникновения корней в глубокие слои почвы и изменения потребностей растений в отдельных элементах питания в процессе их роста и развития.
Существенным недостатком листовой диагностики является появление внешних признаков лишь при значительном голодании в отношении того или иного элемента. Но надо иметь в виду, что признаки голодания обычно появляются сначала у одиночных растений и лишь постепенно распространяются на весь посев или насаждение. Поэтому систематический еженедельный внимательный осмотр растений позволяет исправить ситуацию с помощью подкормки.
При визуальной диагностике прежде всего следует установить, внешний вид каких частей растения нарушен. Элементы питания по их подвижности в растении делятся на две группы: реутилизируемые и нереутилизируемые.
Что называется реутилизацией элементов минерального питания?
Реутилизация - повторное использование элементов. При недостатке реутилизируемых элементов они оттекают из ранее образовавшихся частей растения в молодые, формирующиеся органы. К таким элементам относятся N, К, Р, Мд. Поэтому их недостаток прежде всего и ярче проявляется на нижних закончивших рост листьях. Недостаток остальных элементов (Са, S, Fe и всех микроэлементов), нереутилизируемых или слабо реутилизируемых, отражается на самых молодых растущих частях растения. Так, очень близкие по внешнему виду хлорозы при недостатке азота проявляются на листьях нижнего яруса, а при недостатке железа - на верхнем, более молодом ярусе. Побурение и отмирание тканей по краям листа (краевой ожог) при недостатке калия наблюдаются сначала на более старых листьях, а при недостатке кальция - на молодых.
72. Ретарданты, их действие на растение. Возможности практического использования ретардантов.
Ретарданты – это синтетические регуляторы роста растения, обладающие ингибирующими свойствами. Такие препараты способствуют замедлению роста стеблей в высоту и в целом влияют на физиологию и морфологию культур. Ретарданты нашли широкое применение на зерновых культурах, а также рапсе, винограде и др.
Действие ретардантов
Ретарданты являются ингибиторами биосинтеза гиббереллина, замедляющего рост стебля в высоту. Они подавляют растягивание клеток стеблей в период их роста, но усиливают их деление в поперечном направлении без ущерба для других основных физиологических процессов. За счет такого механизма высота растения уменьшается, что гарантирует повышение прочности растения и увеличение размеров колоса. Также действующие вещества регуляторов роста способствуют развитию корневой системы культуры, увеличению образования в листьях хлорофилла, благодаря чему окраска становится более насыщенной и темной. Все это позволяет сделать растение более устойчивым к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды.