Механизм активации и синтеза ферментов

Приблизительно через 12 ч после подведения к зерну вегетаци­онной воды зрелый зародыш проявляет первые признаки жизни.

C появлением главного корешка в щитке образуются следы сосу­дов, которые протягиваются от этой исходной точки к корневому устройству.

Затем при отложении лигнина сосуды укрепляются, а слой выщелачиваемых клеток начинает растворяться. Клетки вса­сывающего эпителия за 72 ч удлиняются приблизительно в 3 раза. Это образование, которое появляется на спинной стороне зерна, быстро прорастает через щиток и расположенный над ним слой эндосперма.

Уже через 12 ч после поглощения воды можно наблюдать ис­чезновение из щитка жировых капелек. В самом зародыше, а затем и в щитке появляются зерна крахмала.

В первые 6 - 12 ч после начала замачивания щиток обнаруживает очень высо­кую активность в обмене веществ, однако он все же еще не готов про­изводить гидролитические ферменты, такие как α-амилаза и эндо-β-глюканаза.

Образование ферментов начинается после того момента, когда гормоноподобные ростовые вещества (гибберелловая кислота и гиббереллин а₁) попадают из корневого устройства к растущему зародышу и затем через вышеупомянутую систему сосудов – к алейроновому слою.

С поглощением воды, которое быстро происходит в зародыше, несколько медленнее в щитке и лишь постепенно в эндосперме, на­чинает потребляться накопленный в зародыше запас сахарозы. Этот процесс длится до тех пор, пока соответствующие ферменты поступят в эндосперм и путем гидролиза биополимеров дадут новые порции питательных веществ для зародыша. Поэто­му на первых этапах роста зародыша потребление сахарозы явля­ется одним из определяющих в этом процессе.

Еще одна важная функция щитка - абсорбция резервных ве­ществ эндосперма. Здесь глюкоза как конечный продукт расщепле­ния крахмала превращается в сахарозу.

Именно удлинение клеток всасывающего эпителия способствует восьмикратному уве­личению площади поглощающей поверхности к моменту, когда в эндосперме накапливаются продукты расщепления. О высокой ак­тивности паренхимных клеток говорит также увеличение количест­ва митохондрий.

Щиток действует как снабжающий орган и действует как двухсторонний транспорт, доставляя ростовые вещества через проводимую сеть к алейроновому слою, а ре­зервные вещества - к зародышу.

В созревших зернах большая часть ферментов адсорбирована протоплазменными стуктурами клеток и находится поэтому в неактивном состоянии (например, β-амилаза).

В процессе солодоращения в насыщенном водой зерне наряду с активацией уже имеющихся ферментов происходит и их новообразование. Причем условия проращивания благоприятны для того, чтобы все группы ферментов ячменя с первого этапа их образования или активации начинали взаимодействовать с соответствующими субстратами эндосперма зерна.

Основную роль в образовании ферментов играют гормоноподобные вещества - гиббереллины. Гибберелины представляют собой группу соединений, весьма близких по строению к тетрацикличиским карбоновым кислотам. Они относятся к классу дитерпенов и обладают высокой биологической активностью. В зависимости от природы функциональных групп, их расположения, различают гиббереллины от А₁ до А₉. Гиббереллин А_3, называемый гибберелловой кислотой, и является наиболее важным веществом в жизнедеятельности зерна.

Гиббереллины, выде­ляемые стеблевой частью растения через щиток, доставляются в прилегающие клетки гидратированного алейронового слоя. Они дают толчок к синтезу и активации ряда новых гидролитических ферментов (протеолитических, цитолитических и амилолитических).

Синтез ферментов происходит в субклеточных структурах – рибосомах, содержащихся в митохондриях и хлоропластах алейронового слоя. Аминокислоты, необходимые для синтеза ферментов, появляются двумя путями: за счет образования из неорганических азотистых соединений нитратов и аммиака, а также за счет продуктов протеолитического распада белков алейронового слоя.

Помимо гиббереллинов зародыш продуцирует также и другие растительные гормоны, например, АFX, который имеет такое же физиологическое значение, что и гиббереллины, и носит кислый характер.

Таким образом, главную роль в процессе образования ферментов играет алейроновый слой. Подвергаясь действию стимуляторов роста, он начинает синтезировать и активизировать ферменты. Это было подтверждено следующими опытами. Если у ячменного зерна удалить зародыш и затем обрабатывать его гибберелловой кислотой, то в зерне будут образовываться ферменты и оно будет подвергаться полному растворению. И наоборот, если удалить алейроновый слой из ячменя, то новообразования ферментов не происходит.