Processus de métabolisme secondaire chez les plantes

Processus de métabolisme secondaire chez les plantes!

Les plantes ne possèdent aucun mécanisme pour l'élimination de leurs déchets métaboliques. Ces déchets s'accumulent dans leurs cellules et servent souvent de points de départ à de nombreux processus de transformation.

Ces voies, qui produisent des substances n’ayant aucune importance pour le maintien d’une voie métabolique principale, constituent ce que l’on appelle désormais le métabolisme secondaire.

Le métabolisme secondaire conduit à la formation de produits secondaires. Les voies métaboliques secondaires sont régulées génétiquement et enzymatiquement. Les produits secondaires ou métabolites secondaires comprennent certains polysaccharides, de nombreux antibiotiques, les stéroïdes, les caroténoïdes, les flavonoïdes alcaloïdes, etc.

Trois types de produits secondaires sont distingués en ce qui concerne la stabilité métabolique:

(1) produits finis réellement inertes du point de vue métabolique,

(2) produit dont la stabilité relève d'un état physiologique ou de développement et

(3) ceux avec un chiffre d'affaires continu. Au cours du métabolisme de ces produits, plusieurs produits polymères sont formés: par exemple, caoutchouc, sporopollénines, lignines.

La formation de ces substances est catalysée par les phénoloxidases et les peroxydases et très souvent, la paroi cellulaire est le site préféré de formation de ces macromolécules. La dégradation des produits secondaires en substrats métaboliques primaires est assurée par un groupe d'enzymes faiblement spécifiques aux substrats, telles que les monoxygénases et les glucosidases méthylantes.

Les quantités de produits secondaires varient en fonction de l'état de développement de la plante, de la saison, du climat et même du moment de la journée. En effet, le métabolisme secondaire est soumis à l'influence de plusieurs facteurs de régulation.

L’importance de la formation de produits secondaires ne réside pas tant dans le fait qu’ils servent de matériau de base pour la régénération des composés nécessaires au métabolisme primaire. Même si cela se produit, la contribution est si minime qu’elle n’a aucun impact sur le métabolisme dans son ensemble.

Mais la formation de produits secondaires permet de maintenir le principal événement métabolique en éliminant les produits de la voie de synthèse concernée du site de la réaction, ce qui est beaucoup plus important.

Produits secondaires: Signification écologique:

Les produits secondaires ont une importance particulière dans le maintien de l'équilibre écologique. L'influence mutuelle entre les membres constitutifs d'un écosystème est en grande partie attribuable aux produits secondaires générés par les espèces qui composent le système.

Les relations allélopathiques entre une plante et une autre sont dans une certaine mesure déterminées par la nature des produits secondaires. Par exemple, les monoterpènes libérés des feuilles de Salvia teucophylla et d'Artemisia californica rendraient le sol absorbant ces substances impropres à la production de graines de plantes annuelles.

Produits secondaires: relations plantes - animaux:

Les produits végétaux secondaires ont une influence déterminante sur les relations plantes-animaux. Ils servent aux fins de la prédation, de la pollinisation et de la dispersion des graines. Le parfum joue un rôle important pour attirer les insectes concernés par la pollinisation.

Les substances impliquées comprennent des monoterpènes tels que le limonène d'agrumes et le géraniol de roses; les amines comme les monoamines d'Arum et les dérivés d'acide benzoïque tels que la vanilline de vanille. La couleur de la fleur est l'expression de pigments, qui sont aussi des produits secondaires.

Par exemple, la couleur blanche de certaines fleurs est due à la présence de flavones telles que les lutéolines; Les fleurs jaunes sont causées par les caroténoïdes, les bétaxanthines et les flavonols jaunes, tandis que les couleurs rouges et violettes sont causées par les bétacyanines et les anthocyanes. Une fois mûrs, les fruits ont une enveloppe de couleur vive et dégagent des odeurs caractéristiques.

Tous deux jouent un rôle important dans l’attraction des animaux et des oiseaux et dans la dispersion éventuelle des fruits et des graines. La couleur et l'odeur proviennent des produits secondaires. De nombreux produits végétaux ont leur saveur et leur saveur déterminées par la présence de produits secondaires. Cela joue un rôle pour attirer ou repousser les herbivores.

Produits secondaires: Résistance aux maladies et incidence:

Les produits secondaires font partie du système de défense générale des plantes supérieures contre les infections microbiennes. Inversement, les parasites forment des produits secondaires qui aident à vaincre la résistance de la plante hôte.

Produits secondaires par rapport à l'homme:

Le goût, la saveur, la couleur et le goût des aliments et des boissons sont dus à la nature chimique des produits secondaires. Nombre des médicaments utilisés par l'homme sont également des produits du métabolisme secondaire des plantes.

Par exemple, D. Sorbital est un alcool de sucre utilisé par les diabétiques; la réserpine, un médicament anti-hypersensible, la strychnine, qui sert de stimulant central, et la quinine, un médicament antipaludique, sont tous des dérivés de l'indole. Les stupéfiants tels que le haschisch et la marijuana sont des monoterpènes de Cannabis sativa.

Les boissons de café, thé, cacao contiennent de la caféine, de la théobromine et de la théophylline, toutes purines. La nicotine provenant du tabac et l'arecaidine d'Areca catechu sont des dérivés de l'acide nicotinoc. La valeur pharmaceutique des plantes solanacées telles que Datura et Atropa est due à la présence de scopolamine et d’autres alcaloïdes.

Une grande variété de produits secondaires sert de matière première industrielle. L'huile de lin utilisée dans l'industrie de la peinture, l'huile de ricin utilisée dans la fabrication de lubrifiants et de savons, les cires utilisées dans la fabrication de vernis à ongles et de vernis, la sous-substance du liège utilisée dans la production de bouchons et de filtres isolants sont tous des dérivés d'acide gras.

Les tanins qui ont une application importante dans l'industrie du cuir sont les polyphénols. Le caoutchouc est un polyterpène produit par Ficus elastica, Hevea brasiliensis, etc. Les huiles essentielles largement utilisées dans les domaines de la parfumerie, des cosmétiques et des préparations à base de solvants sont les terpénoïdes.

Mécanisme du mouvement stomatique:

Les stomates fonctionnent comme des valves à turgescence car leur mouvement d'ouverture et de fermeture est régi par les changements de turgescence des cellules de garde. Chaque fois que les cellules de garde se gonflent en raison de la turgescence accrue, un pore est créé entre elles. Avec la perte de la turgescence, les pores stomatiques sont fermés. Les stomates sont généralement ouverts le jour et fermés la nuit, à quelques exceptions près.

Les facteurs importants qui régissent l'ouverture des stomates sont la lumière, un pH élevé ou une réduction de CO 2 et la disponibilité en eau. Les facteurs opposés régissent la fermeture des stomates, à savoir l'obscurité, un pH bas ou élevé en CO 2 et une déshydratation. Il existe trois théories principales sur le mécanisme des mouvements stomatiques:

1. Hypothèse de la photosynthèse des cellules de garde (Schwendener, 1881):

Les cellules de garde contiennent des chloroplastes. Pendant la journée, les chloroplastes effectuent la photosynthèse et produisent du sucre. Le sucre augmente la concentration osmotique de cellules de garde. Il provoque l'absorption d'eau à partir de cellules épidermiques proches. Les cellules de garde turgescentes se plient vers l’arrière et créent un pore entre les deux. Cependant, l'activité photosynthétique des chloroplastes des cellules de garde semble être négligeable.

2. Théorie classique de l'hydrolyse de l'amidon:

Sayre (1923) a exposé les principales caractéristiques de la théorie. Il a été modifié par Steward (1964). Les cellules de garde contiennent de l'amidon. À faible concentration de dioxyde de carbone (obtenue le matin par la photosynthèse par les cellules mésophylle et de garde), le pH des cellules de garde augmente. Il stimule l'enzyme phosphorylase. La phosphorylase convertit l'amidon en glucose 1-phosphate. Ce dernier est remplacé par le glucose 6-phosphate, qui est hydrolysé pour produire du glucose et de l'acide phosphorique.

Le glucose augmente la concentration osmotique des cellules de garde. À cause de cela, les cellules de garde absorbent l'eau des cellules voisines, se gonflent et créent un pore entre elles. La fermeture en soirée des stomates est provoquée par une augmentation de la teneur en dioxyde de carbone (due à un arrêt de la photosynthèse) de la feuille. Il diminue le pH des cellules de garde et entraîne la phosphorylation du glucose. En présence de phosphorylase, le glucose 1-phosphate est transformé en amidon.

En conséquence, la concentration osmotique de cellules de garde diminue. Ils perdent de l'eau au profit des cellules épidermiques adjacentes. Avec la perte de turgescence, les cellules de garde se contractent et ferment le pore entre elles.

Objections, (i) le glucose ne se trouve pas dans les cellules de garde au moment de l’ouverture des stomates, (ii) les changements dans le sucre de l’amidon sont chimiquement lents tandis que l’ouverture et la fermeture des stomates sont assez rapides. (iii) Les variations importantes du pH des cellules de garde ne peuvent pas être expliquées sur la base de la concentration en dioxyde de carbone. (iv) L'oignon et certains de ses parents ne possèdent pas d'amidon ou de polysaccharide apparenté pouvant être hydrolysé au niveau de glucose, (v) La lumière bleue s'est avérée plus efficace que les autres longueurs d'onde pour l'ouverture des stomates. La même chose ne peut pas être expliquée par la théorie de l'hydrolyse de l'amidon, (vi) La théorie de l'hydrolyse de l'amidon ne peut pas expliquer l'augmentation élevée de la pression osmotique dans les cellules de garde.

3. Hypothèse de pompe de malate ou d'ions K + (théorie moderne):

Levitt (1974) a présenté les principales caractéristiques de la théorie. Selon cette théorie, le pH de la cellule de garde peut augmenter en raison de l'absorption active de H + par les chloroplastes ou les mitochondries des cellules de garde, l'assimilation du C0 2 par les cellules de mésophylle et de garde. Une élévation du pH entraîne l'hydrolyse de l'amidon en acides organiques, en particulier le phosphoénol pyruvate. Phosphate d’hexose d’amidon -> Acide phosphoglycérique -> Pyruvate de phosphoénol.

Le pyruvate de phosphoénol peut également être formé par l'acide pyruvique des voies respiratoires. À l'aide de la PEP carboxylase (cas PEP), elle se combine avec le CO 2 disponible pour produire de l'acide oxalique qui se transforme en acide malique. L'acide malique se dissocie en H + et en malate.

Les ions H + sortent des cellules de garde en échange d'ions K + . Certains ions K + (accompagnés d'ions CI - ) sont également activement absorbés par les cellules épidermiques adjacentes à l'aide d'AMPc, d'ATP et de cytokinines. Les cellules de garde maintiennent leur électroneutralité en équilibrant K + avec du malate et du CI - .

À l'état combiné, ils passent dans les petites vacuoles et augmentent la concentration osmotique des cellules de garde. En conséquence, les cellules de garde absorbent l'eau des cellules épidermiques proches par endosmose, se gonflent et créent un pore entre elles.

Pendant la fermeture stomatique, les ions H + diffusent hors des chloroplastes de la cellule de garde. Il diminue le pH du cytoplasme des cellules de garde. Tout malate présent dans le cytoplasme se combine avec H + pour former de l'acide malique. L'excès d'acide malique inhibe sa propre biosynthèse.

Une concentration élevée en CO 2 a également un effet similaire. L'acide malique non dissocié favorise les fuites d'ions (Jackson et Taylon, 1970). En conséquence, les ions K + se dissocient du malate et sortent des cellules de garde. La formation d'acide abcisique (comme pendant la sécheresse ou à midi) favorise également l'inversion de la pompe H + K + et augmente la disponibilité de H + dans le cytoplasme des cellules de garde.

La perte d'ions K + diminue la concentration osmotique des cellules de garde par rapport aux cellules épidermiques adjacentes. Cela provoque une exosmose et donc la turgidité des cellules de garde diminue. Il ferme les pores entre les cellules de garde. Simultanément, les acides organiques sont métabolisés pour produire de l'amidon.