Содержание

гексозы — это… Что такое гексозы?

  • ГЕКСОЗЫ — (от греч. hex шесть и osa суффикс, указывающий на принадлежность к сахарам), СвН120„, простые углеводы, из группы моносахаридов, содержащие в молекуле 6 атомов С. В зависимости от содержания в Г. альдегидной или кетонной группы различают альдо… …   Большая медицинская энциклопедия

  • Гексозы — Гексозы, C6h22O6, простые сахара моносахариды, содержащие 6 атомов углерода; в природе встречаются в свободном виде в виде глюкозидов входят в состав ди и полисахаридов,эфиров фосфорной кислоты,кликопротэинов. Распространение в природе Широко… …   Википедия

  • ГЕКСОЗЫ — моносахариды, молекулы которых содержат 6 атомов углерода. К гексозам относятся глюкоза, галактоза, фруктоза и др …   Большой Энциклопедический словарь

  • ГЕКСОЗЫ — моносахариды с 6 углеродными атомами в молекуле глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза и др. .(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. 2 е изд.,… …   Биологический энциклопедический словарь

  • гексозы — моносахариды, молекулы которых содержат 6 атомов углерода. К гексозам относятся глюкоза, галактоза, фруктоза и др. * * * ГЕКСОЗЫ ГЕКСОЗЫ, моносахариды, молекулы которых содержат 6 атомов углерода. К гексозам относятся глюкоза, галактоза (см.… …   Энциклопедический словарь

  • гексозы — общее название моносахаридов (глюкоза, галактоза, манноза и др.), содержащих в молекуле 6 атомов углерода; представлены в клетках и тканях как в свободной форме, так и в составе полисахаридов, гликозидов и гликопротеидов; играют роль структурного …   Большой медицинский словарь

  • Гексозы —         C6h22O5, простые сахара Моносахариды, содержащие 6 атомов углерода; широко распространены в природе содержатся в растительных и животных тканях как в свободном виде, так и в составе полисахаридов (См.

    Полисахариды). Г., содержащие в… …   Большая советская энциклопедия

  • Гексозы — (рамногексоза) см. Глюкозы …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • ГЕКСОЗЫ — см. Моносахариды …   Химическая энциклопедия

  • ГЕКСОЗЫ — моносахариды, молекулы к рых содержат 6 атомов углерода. К Г. относятся глюкоза, галактоза, фруктоза и др …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Гексоза — Справочник химика 21

        Брожение или ферментация — процесс разложения углеводов под воздействием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. В производстве этанола методом гидролиза (также, как и в методах осахаривания крахмала и из сульфитных щелоков) используют один из видов брожения — спиртовое брожение, вызываемое ферментом зимазой, содержащемся в дрожжевых клетках. Из моносахаридов брожению подвергаются только гексозы. Процесс спиртового брожения а-1)-глюкозы, являющейся структурной единицей глюкозы, происходит без доступа кислорода (анаэробное брожение) и состоит из ряда ста- 
    [c.279]

        Пектиновые вещества очень устойчивы к деятельности бактерий. Однако они разрушаются под действием некоторых ферментов, называемых пектазами и пектиназами. В результате их распада получаются пентозаны и гексозаны. [c.32]

        Моносахариды по своей химической природе являются оксиальдегидам и или оксикетонам и, в которых карбонильная группа расположена рядом с гидроксилом. Первые носят общее название альдоз, вторые называются кетозами. По числу содержащихся кислородных атомов моносахариды подразделяются на б позы, трл-озы, тетрозы, пен тоз ы, гексозы  

    [c.414]

        Старейшей из гаких особых систем обозначения стереохимии является применение заглавных латинских букв О та I в химии углеводов, в зависимости от того, как в классической проекционной формуле Фишера ориентирован заместитель при максимально нумерованном асимметрическом атоме углерода — вправо или влево. В общем виде это показано на линейной формуле 1)-гексозы (44). [c.170]

        По условию, введенному Фишером, связи, направленные вправо и влево на рис. 21-15, а, ведут от центрального атома к атомам, лежащим выше плоскости рисунка. Связи, указанные вверх или вниз от центрального атома, ведут к атомам, лежащим ниже плоскости рисунка. Изменение конфигурации групп вокруг любого асимметрического атома углерода в гексозе указывается на фишеровской диаграмме взаимной заменой положений групп —И и —ОН. Эту асимметрию легче заметить при представлении той же молекулы в виде плоского шестиугольника (рис. 21-15, б). Истинная форма молекулы с тетраэдрической геометрией связей вокруг каждого атома углерода изображена на рис. 21-15, в. Молекула глюкозы имеет конформацию кресла, с которой мы впервые познакомились на примере циклогексана. 

    [c.310]

        Гептозы. Гсптозы были первоначально получены синтетически из гексоз с помощью реакций удлинения углеродной цепи. Таким путем пз глюкозы получаются две эпимерные глюко ептозы, а- и 3-. Первая из них при окислении образует недеятельную, а вторая — оптически активную пентаоксипимелиновую кислоты. Отсюда можно заключить, что они обладают следующим строением  [c.442]

        Процесс получения гидролизного спирта осуществляется следующим образом. Древесные отходы (щепа, стружки, опилки) после специальной подготовки загружаются в гидролизанпарат, футерованный кислотоупорной плиткой и бетоном. После оконча-niiH загрузки в гидролизаппарат подается нагретый до 180— 190° С 0,5%-пый раствор серной кислоты и перегретый нар с давлением до 10 ати. В этих условиях происходит гидролиз содержащихся в древесине полисахаридов до моносахаров — гексоз и пентоз. Серная кислота служит катализатором гидролиза. 

    [c.27]

        Полимеры производных гексозы служат для построения наружных покровов насекомых (хитин) и клеточных стенок бактерий. В хитине производное гексозы, называемое К-ацетилглюкозамином, полимеризуется без образования поперечных связей. Один из слоев стенки клеток бактерий представляет собой полимер производных гексозы, который укреплен поперечными связями из коротких цепей четырех аминокислот. Человек и все остальные высшие организмы вырабатывают фермент лизоцим, который защищает их, растворяя полисахаридные стенки клеток патогенных (вызывающих болезни) бактерий. Лизоцим содержится в большинстве таких вьщелений, как пот или слезы. О-Аминокислоты обнаруживаются в живых организмах крайне редко, например их находят 

    [c.312]

        Этиловый спирт получается при брожении из гексоз СбН Ое (декстрозы и левулозы) через ряд последовательных реакций, катализируемых различными ферментами, содержащимися в дрожжах. Суммарно эти реакции представляются уравнением  [c.494]

        Более перспективным является получение маннита гидрированием гексоз. При гидрировании маннозы выход маннита количественный, из фруктозы получают 50% маннита и 50%) сорбита. Однако указанные моносахариды дороги и не могут быть сырьем для промышленного производства маннита. Наиболее пригодным сырьем для промышленного производства маннита является сахароза. 

    [c.172]

        Гексозы получаются из материалов, богатых крахмалом или сахаром (картофеля, винограда и др.). [c.494]

        Так, в насыщенной известковой воде при 35 °С из глюкозы получается равновесная смесь гексоз, содержащая 63,5% глюкозы, 31,0% фруктозы и 2,5% маннозы кроме того, образуется около 3% сахариновых кислот [41]. [c.19]

        Метод [53—58], который не служит для получения чистого глицерина, а дает скорее смесь глицерина с другими гликолями, основан на углеводах как исходных веществах (крахмал, древесная мука и сахар, особенно тростниковый). Из углеводов в результате гидролиза получают сначала гексозы, которые затем гидрируют в 40— 50% водном растворе в присутствии 6% никеля под давлением водорода 300 кгс/см2 и при температуре, повышающейся от 80 до 180 °С. После выпаривания реакционная смесь — глицероген — состоит примерно из 35—40% глицерина, 25—30% пропиленгликоля, 5—10% этиленликоля, 1—6% воды и гекситов.

    [c.192]

        Давно уже известно, что в щелочной среде происходит конденсация молекул формальдегида друг с другом, приводящая к образованию целого ряда оксиальдегидов и оксикетонов вплоть до гексоз и выше. Этот процесс был затем видоизменен в том направлении, что были найдены условия, при которых конденсация формальдегида приводит к получению многоатомных спиртов с 2—4 атомами углерода. По одному из методов конденсацию проводили следующим образом. Раствор, содержавший 20 вес. частей формальдегида, 32 части метилового спирта, 48 частей воды и 5 частей продуктов конденсации от предыдущей операции, обрабатывали при кипячении 0,2 частями окиси свинца (для этой цели можно применять окиси или гидроокиси щелочноземельных металлов). Затем раствор кипятили в течение 6—7 час., непрерывно добавляя кашицу извести в водном этилен-гликоле, с тем чтобы pH не спускался ниже 6—6,6. Процесс проводили До тех пор, пока количество вступившего в реакцию формальдегида не достигало 80%. При этом в продуктах реакции содержался большой процент оксиальдегидов и оксикетонов с 2, 3 и 4 атомами углерода [8]. Гидрируя эти продукты, можно получить смесь соответствующих двух- и многоатомных спиртов этиленгликоля, глицерина и эритрита. Гидрирование протекает легче и более гладко, если предварительно удалить метиловый спирт и непрореагировавший формальдегид [9]. Реакции, протекающие при производстве многоатомных спиртов из формальдегида, выражаются следующей схемой  

    [c.297]

        Удлинение цепи моносахаридов. Превращение тетрозы в пентозу, пентозы в гексозу и т. п. может быть осуществлено по методу, разработанному Килиани и Э. Фишером. К альдозе присоединяют синильную кислоту, полученный циангидрин омыляют до альдоновой кислоты, которую затем переводят в лактои и подвергают восстановлению. В то время как сами альдоповые кислоты не под- 

    [c.425]

        Укорочение цепи моносахаридов. Для получения нз какой-либо альдозы ее ближайшего низшего гомолога (например, пентозы из гексозы) можно воспользоваться многими путями. Например  [c.425]

        Гексозы. Наличие у гексоз четырех асимметрических атомов углерода позволяет предвидеть существование 16 стереоизомеров. Все они получены синтетически и имеют следующие названия  [c.431]

        Гексозы. Гексозы в свободном виде широко распространены в природе, но содержание нх в природных продуктах относительно невелико. Зато в громадных количествах сип содержатся в различных полисахаридах как обладающих, так н не обладающих свойствами сахаров, а также в многочисленных гликозидах. 

    [c.441]

        Различия между стереоизомерами могут показаться незначительными, но они очень важны. Стереоизомерия свойственна большинству соединений, входящих в состав живых тканей, и организм легко отличает один стереоизо-м,ер от другого. Например, в составе крови есть глюкоза, но нет никаких других гексоз, хотя их существует шестнадцать. У взрослого человека в крови содержится в среднем шесть граммов глюкозы. Это энергетическое сырье человеческого организма кровь разносит его по всем клеткам, и каждая клетка использует на свои нужды столько глюкозы, сколько ей необходимо. В клетках глюкоза превращается в двуокись углерода и воду, а энергия, выделяющаяся при этом, потребляется клеткой. [c.137]

        У 32 изомеров гексозы, возникающих при 32 возможных перестановках групп, окружающих атомы углерода с номерами от 1 до 5, положения групп —Н и —ОН при атоме углерода 1 указывают приставками а- или Р-. У всех а-гексоз гидроксильная группа при атоме углерода 1 направлена вниз, как на рис. 21-15, б и в у всех (З-гексоз она направлена вверх, как на рис. 21-15, г. Соединение, являющееся полным зеркальным отражением О-гексозы относительно всех пяти асимметрических атомов углерода, называется Ь-гексозой. Следовательно, для каждого типа гексозы существуют четыре варианта а-О, а-Ь, р-О и (З-Ь. Таким образом, должно существовать 32 4 = 8 различных типов гексозы, которым приписывают индивидуальные названия.

    Однако в природе встречаются только три из них глюкоза, галактоза и манноза. Эти три сахара отличаются конфигурациями групп вокруг атомов углерода 2 и 4 и сопоставляются на рис. 21-15, г, д и е. Галактоза входит в состав молочного сахара лактозы, а манноза-растительный продукт (название которого происходит от библейского слова манна ). Однако самой распространенной гексозой является глюкоза. [c.310]

        Г емицеллюлозы — полисахариды (гексозаны, пентозаны, полиуроновые кислоты), сопровождающие целлюлозу, но отличающиеся от нее меньшей длиной цепи и меньшей химической стойкостью. Гемицеллюлоза легче гидролизуется разбавленными минеральными кислотами и щелочами и переходит в раствор. Гексозаны при этом дают гексозы — сахара, способные бродить и образовывать спирт. Содержание гемицеллюлоз в зависимости от породы сильно различается так, в хвойных породах ее содержится 17—20%, а в лиственной древесине — 30—35%. [c.201]

        Сырье для производства ксилита, помимо пентозанов, при гидролизе которых получаются пентозы (главным образом ксилоза и небольшое количество арабинозы), содержит целый ряд Х1имнче-ских веществ, переход которых в пентозный гидролизат затрудняет процесс получения ксилита из ксилозных растворов. Поэтому гидролиз сырья для производства ксилита должен проводиться таким образом, чтобы пентозный гидролизат содержал возможно меньшее количество гексоз, зольных элементов, азотистых, красящих и коллоидных веществ. [c.146]

        Фе1шентативный метод получения глицерина не внедрен в промышленность. Лишь в Германии во время первой мировой войны большие количества глицерина наряду с ацетальдегидом получали при дрожжевом брожении гексоз в присутствии сульфита натрия. Данный метод не выдерживает конкуренции в сравнении с более рентабельным способол получения глицерина из дешевого сырья, например из Л1блассы. [c.193]

        Важнейшей структурной единицей углеводов являются моносахариды, или просто сахара. Такие сахара могут включать три, четыре, пять или шесть атомов углерода, и тогда они соответственно называются трнозами, тетрозами, пентозами или гексозами. Мы рассмотрим здесь только гексозы и подробно наиболее распространенную из них О-глюкозу. Структура О-глюкозы представлена на рис. 21-15, а-в. Рис. 21-15, а показывает нумерацию шести атомов углерода, а также предложенный Фишером способ записи формул для указания структур, включающих асимметрический атом углерода. [c.308]

        При анаэробном брожении в итоге ферментативного расщепления гексоз до осколков, содержащих три углеродных атома, возникают многообразные конечные продукты. Распад глюкозы (после ее фосфорилирования) с образованием фосфодиоксиацетона и фосфоглицеринового альдегида осуществляет фермент альдолаза (зимогексаза, альдегид-лиаза), которая активируется ионами двухвалентных металлов [69]. В состав альдолазы входит цинк и в очень малых количествах железо и марганец [72]. Добавление к реакционной системе хелатирующего агента, связывающего катионы (например, этилендиаминтетрауксусной кислоты), ингибирует альдолазу. Активность ингибированного таким образом фермента восстанавливается при добавлении в систему ионов Zn +, Ре , Со +, Мп-+. Можно предположить, что эти ионы участвуют в про- [c.94]

        Из Л-рибозы при реакции удлинения углеродной цепи можно получить две эпимерные гексозы, Д-а л л о з у и Д-альтрозу, строение которых выражается формулами ХУИ1 и XIX. Так как /)-альтроза мо-лоптически деятельную тетраоксиади-пиновую кислоту (Д-талослизевую кислоту), то формула XIX должна быть приписана ей, а формула XVIII — Д-аллозе озазоны обоих сахаров идентичны  [c.433]

        Итак, процесс в Хёхсте был характерен большим временем контакта и высоким давлением водорода, что позволило применить значительную концентрацию моносахаридов и низкие дозировки катализатора и крекирующего агента. Следствием двухстадийно-сти процесса было довольно высокое содержание непревращенных гекситов в гидрогенизате, так как гидрогенолиз гекситов протекает гораздо медленнее, чем прямой гидрогенолиз гексоз.[c.100]

        В результате гидрогеиолиза гексоз в описанной системе реакторов получены выходы в гидрогенизате глицерина 37—42% и гликолей 19—32%. Эти результаты близки к получавшимся при производстве глицерогена, но достигаются лишь в 3—4 реакторах и за более короткое время, так как исключена стадия предварительного гидрирования гексоз в гекситы. [c.103]

        Недавно появился ряд работ, в которых подтверждено катали тическое действие соединений металлов при низкотемпературно гидрогенолизе глюкозы [56], при прямом ее гидрогенолизе [33] при гидрогенолизе со стационарным медно-алюминиевым катали затором [42]. В этих работах в качестве крекирующего агент использовали гидроокиси кальция и бария. Однако нами было пс казано, что в сочетании с гидроокисями железа, цинка и др. пол щелачивание раствора можно производить и едким натром [40] так, с катализатором никель на кизельгуре при добавлении в ратвор 0,15 моль едкого натра и 0,03 моль сернокислого цинка н 1 моль гексоз в автоклаве был получен гидрогенизат, содержащи после обезвоживания 16% высших полиолов, 37% глицерина 43% гликолей. Аналогичные результаты были получены и в прс точных условиях. Исключение применения гидроокисей щелочноз мельных металлов при гидрогенолизе углеводов особенно важн [c.122]

        При обработке самых молодых твердых топлив — торфа и сапропеля — холодной или горячей водой из них извлекается некоторое количество водорастворимых органических соединений. Установлено, что эти вещества представляют собой смесь простых MOHO- и дисахаридов, а также пентоз и гексоз, образованных при гидролизе целлюлозы и пектиновых веществ. Кроме того, в водном растворе обнаруживаются аминокислоты и часть гуминовых веществ. Частично могут растворяться и некоторые минеральные компоненты. [c.137]

        Итак, в семействе гексоз шесгнадцахъ изомеров, а с учетом возможности их существования в а- и р-формах — еще бoJIЬшe. Нои этим не исчерпывается многообразие форм глюкозы. Образование ацеталь-ного цикла может происходить не только за счет гидроксильной группы при С , но и при С . При это.м образуются пятичленные циклы. [c.260]

        Соединение СНз—(СН0Н).1—СНО, несмотря на наличие шести углеродных атомов, представляет собой не гексозу, а метилпен-тозу, поскольку оно содержит только пять кислородных атомов. [c.414]

        При превращении пентозы в гексозу появляется новый асимметрический атом углерода, благодаря чему возможно образование двух шимерных сахаров. Действительно, прн этом синтезе часто образуются одновременно оба изомера. И наоборот, при укорочении цепи два эпи-мерных моносахарида образуют один и тот же низший сахар, так как Б этом случае один асимметрический атом угл( рода исчезает. [c.426]

        Даже если оба сахарных остатка дисахарида одинаковы, то и тогда уже возможно существование многих изомеров, так как первая молекула может соединиться с различным и гидроксилами второй молекулы. Кроме того, каждый дисахарид может существовать в а- и Р-формах, соответствующих а- и 3-глюкозам и глюкозидам, поскольку и первый и второй моносахарндные остатки могут иметь а- или -кон-фигурацию. Наконец, при образовании в1>1сших сахаров часто соединяются ме-жду собой не одинаковые молекулы, а различные пентозы и гексозы, что приводит к еще большему разнообразию получающихся соединений. [c.445]

        По количеству образовавшегося тетраметилового эфира гексозы (например, тетраметилглюкозы) можно устгновить число концевых сахарных остатков в цепи (метод определения концевых групп в полисахаридах). [c.446]


    Основы неорганической химии для студентов нехимических специальностей (1989) — [ c.263 ]

    Биохимия Том 3 (1980) — [ c.108 ]

    Органическая химия (1974) — [ c.932 ]

    Методы органической химии Том 3 Выпуск 1 (1934) — [ c. 270 ]

    Органическая химия Том2 (2004) — [ c.473 ]

    Катализ в неорганической и органической химии книга вторая (1949) — [ c.358 ]

    Итоги науки химические науки химия и технология синтетических высокомолекулярных соединений том 3 выпуск 1 книга 2 (1959) — [ c.0 ]

    Основы органической химии (1983) — [ c.243 ]

    Химия и биохимия углеводов (1977) — [ c.7 , c.28 , c.61 ]

    Методы исследования углеводов (1975) — [ c.0 ]

    Курс физической органический химии (1972) — [ c.362 ]

    Жизнь зеленого растения (1983) — [ c.127 , c.132 , c.148 , c.150 ]


    Гексозы моносахариды — Справочник химика 21

        Брожение или ферментация — процесс разложения углеводов под воздействием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. В производстве этанола методом гидролиза (также, как и в методах осахаривания крахмала и из сульфитных щелоков) используют один из видов брожения — спиртовое брожение, вызываемое ферментом зимазой, содержащемся в дрожжевых клетках. Из моносахаридов брожению подвергаются только гексозы. Процесс спиртового брожения а-1)-глюкозы, являющейся структурной единицей глюкозы, происходит без доступа кислорода (анаэробное брожение) и состоит из ряда ста- [c.279]
        В зависимости от числа атомов углерода в молекуле углевода различают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы И Т. д. Приведем примеры таких моносахаридов  [c.423]

        Моносахариды по своей химической природе являются оксиальдегидам и или оксикетонам и, в которых карбонильная группа расположена рядом с гидроксилом. Первые носят общее название альдоз, вторые называются кетозами. По числу содержащихся кислородных атомов моносахариды подразделяются на б позы, трл-озы, тетрозы, пен тоз ы, гексозы  [c.414]

        К углеводам относятся многие соединения, обладающие более сложной структурой, чем простые сахара. Большинство углеводов, встречающихся в природе, состоит из двух или более молекул сахаров. Названия различных классов углеводов показывают, из какого числа молекул простого сахара (моносахаридов) состоит молекула углевода (например, дисахариды и трисахариды), в то время как термины олигосахариды и полисахариды используются для обозначения соединений, содержащих мало или много моносахаридных фрагментов. Хотя многие полисахариды построены из гексоз, также хорошо известны полисахариды, содержащие тетрозы и пентозы. [c.280]

        Окисление многоатомных спиртов. При осторожном окислении многоатомных спиртов одна из их спиртовых групп может быть окислена в карбонильную в результате образуются моносахариды. Естественно, при этом получаются смеси альдоз и кетоз первые образуются при окислении первичных спиртовых групп, вторые — вторичных. Из гекситов и пентитов (стр. 119) получаются соответственно гексозы и пентозы. Например  [c.245]

        В зависимости от пространственного расположения атомов Н и ОН-групп у 4-го атома углерода у пентоз и 5-го атома углерода у гексоз моносахариды относят к О- или Ь-ряду. [c.608]

        Моносахариды — это гетероциклические соединения, содержащие чаще всего пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода. В пятичленных или шестичленных циклах моносахаридов всегда имеется один атом кислорода. Моносахариды с пятичленным кольцом называются фуранозами (из-за сходства с гетероциклом фураном), а моносахариды с шестичленным кольцом — пиранозами (из-за сходства с гетероциклом пира-ном). Пентозы и гексозы могут существовать в виде как фура-ноз, так и пираноз, хотя у определенного моносахарида часто преобладает одна из этих форм, обычно пиранозная. [c.201]

        Моносахариды с альдегидной группой называются аль-дозами, с кетогруппой — кетозами. По числу углеродных атомов в молекуле моносахариды делятся на тетрозы, пентозы, гексозы и т. д. [c.607]

        Моносахариды, содержащие альдегидную группу, называются альдозами содержащие кетонную группу—/сетозали. По числу атомов кислорода в молекуле различают биозы, триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы и т. д. Так  [c.316]

        Гексозы. Моносахариды гексозы, несомненно, наиболее важны в пищевом и физиологическом отношении. Большая часть углеводов, содержащихся в пищевых продуктах, состоит из гексоз (в виде моносахаридов, дисахаридов и полисахаридов). Гексозы, обычно присутствующие в пищевых продуктах,— это глюкоза, фруктоза и галактоза. Все [c.293]

        Восстановление. Все моносахариды, подобно альдегидам и кето-нам, при восстановлении образуют спирты. При восстановлении гексоз образуются шестиатомные спирты — гекситы. Так, О-глюко-за при этом переходит в шестиатомный спирт — /)-сорбит  [c.241]

        Более перспективным является получение маннита гидрированием гексоз. При гидрировании маннозы выход маннита количественный, из фруктозы получают 50% маннита и 50%) сорбита. Однако указанные моносахариды дороги и не могут быть сырьем для промышленного производства маннита. Наиболее пригодным сырьем для промышленного производства маннита является сахароза. [c.172]

        СН ,ОН См. также Гексозы, Моносахариды. [c.144]

        Удлинение цепи моносахаридов. Превращение тетрозы в пентозу, пентозы в гексозу и т. п. может быть осуществлено по методу, разработанному Килиани и Э. Фишером. К альдозе присоединяют синильную кислоту, полученный циангидрин омыляют до альдоновой кислоты, которую затем переводят в лактои и подвергают восстановлению. В то время как сами альдоповые кислоты не под- [c.425]

        Укорочение цепи моносахаридов. Для получения нз какой-либо альдозы ее ближайшего низшего гомолога (например, пентозы из гексозы) можно воспользоваться многими путями. Например  [c.425]

        Моносахариды в зависимости от числа входящих в их состав атомов кислорода (обычно это число совпадает и с числом атомов углерода) разделяют на группы тетроз, пентоз, гексоз и т. д В зависимости от присутствия альдегидной или кетонной группы моносахариды разделяют на альдозы и кетозы. Сказанное можно иллюстрировать следующей схемой  [c.280]

        Важнейшим источником получения моносахаридов являются природные полисахариды. При гидролизе их в присутствии минеральных кислот образуются различные гексозы и пентозы. Так, при гидролизе крахмала и целлюлозы получается О-глюкоза при гидролизе тростникового сахара образуется смесь О-глюкозы и 0-фруктозы, молочного сахара — смесь О-глюкозы и 0-галактозы и т. д. [c.245]

        Моносахариды — это гетероциклические соединения, содержащие чаще всего пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода. В цикле этих соединений всегда имеется атом кислорода. [c.244]

        Моносахаридами называют такие углеводы, которые не способны распадаться на более простые углеводы. Большинство моносахаридов содержат одинаковое число атомов углерода и кислорода. Моносахариды, содержащие альдегидную группу, назьшают альдозами, а моносахариды, содержащие кетогруппу,—к е т о 3 а м и. Число углеродных атомов указывают с помощью греческих числительных. Так, глюкоза С(,Н,204 относится к гексозам. [c.363]

        Восстановление моносахаридов. Каталитически активированный водород (например, в присутствии N1 ) присоединяется к кар бонильной группе моносахаридов. Последние, таким образом, восстанавливаются в многоатомные спирты. Из гексоз при этом получаются гекситы, из пентоз — пентиты (стр. 119) и т. д. Например  [c.236]

        Моносахариды, содержащие альдегидную группу, называются альдозами. В зависимости от числа атомов углерода в моле-куле различают триозы, тетрозы, пеитозы и гексозы. Моносахариды, содержащие кетогруппу, носят общее наименование кетозы (кетопентоза, кетогексоза и др.). При восстановлении альдоз и кетоз образуются соответствующие многоатомные спирты. Согласно номенклатуре, названия этих полиок-сисоединений образуются заменой окончания оза в названии моносахарида на [c.31]

        Олигосахариды (оИ оз — малый ) — низкомолекулярные сахароподобные углеводы, содержащие от двух до десяти остатков моносахаридов (обычно гексоз), соединенных гликозидными связями. [c.619]

        В природе встречаются почти исключительно пентозы и гексозы. Подавляющее большинство моносахаридов имеет нормальную цепь углеродных атомов. [c.316]

        Гексозы — моносахариды, содержащие щесть атомов углерода. В зависимости от принадлежности к альдозам или кетозам соответственно различают альдогвксозы (глюкоза, галактоза и т.д.) и квтогвксозы (фруктоза, сорбоза и т.д.). См. Альдозы, Квпюзы. [c.72]

        Сахара, оптическая изомерия. Сахара, их распространение в природе и биологическая роль. Понятие о фотосинтезе. Классификация сахаров простые и сложные (олиго- и полисахариды) тстрозы, пентозы, гексозы, гептозы и т. д. альдозы и кетозы. Пространственная конфигурация моносахаридов D- и -ряды. Химические свойства моносахаридов. Окисление до -оновых и уроновых кислот, восстановление, удлинение цепи действием синилгной кислоты, укорачивание цени альдоз. Качественные реакции иа сахара. Инверсия сахаров. Замещение атомов водорода п гидроксильных группах получение сахаратов, сложных эфиров моноз, их простых эфиров, глико шдон. [c.248]

        Моносахариды можно рассматривать как нолиоксиальдеги-ды или полиоксикетоны и классифицировать как альдозы или кетозы в зависимости от того, содержат они альдегидную или кетонную группу. Их можно классифицировать также в соответствии с числ01М атомов углерода, которое в них содержится , например, пентоза — это моносахарид, содержащий пять атомов углерода, а гексоза — моносахарид, содержащий шесть углеродных атомов. Обе классификации часто объединяют. Тогда глюкоза будет альдогексозой (т. е. шесть атомов углерода и альдегидная группа), а фруктоза — кетогексозой (шесть атомов углерода и кетонная группа). Эти соединения могут быть представлены так, как показано на рис. 11.2. [c.243]

        Гексозы (моносахариды). Среди соединений этой группы в растениях наиболее распространены глюкоза и фруктоза. Как показали в 1893 г. Браун и Моррис [37], практически они встречаются во всех листьях в количествах, зависящих от вида растения и от его предшествующей обработки. Голодание может свести содержание глюкозы и фруктозы до нуля, а интенсивный фотосинтез может повысить сухой вес листа на 10—15%. Свободная фруктоза иногда встречается в больших количествах, чем свободная глюкоза. Так, Браун и Моррис [37] нашли в листьях ТгораеоЫт та]из в 4 раза больше свободной фруктозы, чем глюкозы, а Гаст [57] — в 8 раз больше в листьях пяти различных видов. В тростниковом сахаре (сахарозе), присутствующем во всех листьях, содержатся равные количества глюкозы и фруктозы наиболее обычные высоко-полимеризованные углеводы—крахмал и целлюлоза — построены исключительно из глюкозных единиц. Таким образом, глюкоза является одним из самых распространенных органических соединений на зем.1е. [c.43]

        Важнейшей структурной единицей углеводов являются моносахариды, или просто сахара. Такие сахара могут включать три, четыре, пять или шесть атомов углерода, и тогда они соответственно называются трнозами, тетрозами, пентозами или гексозами. Мы рассмотрим здесь только гексозы и подробно наиболее распространенную из них О-глюкозу. Структура О-глюкозы представлена на рис. 21-15, а-в. Рис. 21-15, а показывает нумерацию шести атомов углерода, а также предложенный Фишером способ записи формул для указания структур, включающих асимметрический атом углерода.[c.308]

        Пентозы и гексозы присоединяют один моль синильной кислоты и образуют окси.мы в реакции с гидроксиламином, обнаруживая, что один из атомов углерода — карбонильный. Однако в одних моносахаридах это альдегидная группа, окисляемая фелииговой жидкостьк) или аммиачным раствором оксида серебра (П) в карбоксил, а в других — кетонная, не восстанавливающаяся этими реактивами, но присоединяющая синильную кислоту с образованием бокового ответвления. [c.157]

        Итак, процесс в Хёхсте был характерен большим временем контакта и высоким давлением водорода, что позволило применить значительную концентрацию моносахаридов и низкие дозировки катализатора и крекирующего агента. Следствием двухстадийно-сти процесса было довольно высокое содержание непревращенных гекситов в гидрогенизате, так как гидрогенолиз гекситов протекает гораздо медленнее, чем прямой гидрогенолиз гексоз. [c.100]

        При превращении пентозы в гексозу появляется новый асимметрический атом углерода, благодаря чему возможно образование двух шимерных сахаров. Действительно, прн этом синтезе часто образуются одновременно оба изомера. И наоборот, при укорочении цепи два эпи-мерных моносахарида образуют один и тот же низший сахар, так как Б этом случае один асимметрический атом угл( рода исчезает. [c.426]

        В природе чаще встречаются гексозы СбН120б и пентозы С5Н10О5. В зависимости от характера оксогруппы (альдегидная или кетонная), входящей в состав моносахаридов, последние делятся, как известно, на альдозы (полиоксиальдегиды) и кетозы (полиоксикетоны). Из гексоз наиболее важное значение имеют глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Глюкоза — представитель альдоз, а фруктоза — кетоз. [c.233]

        ГЕКСОЗЫ — сахара, молекулы которых содержат шесть углеродных атомов. Общая формула Г. СвНггОе. Г. и их производные составляют наиболее распространенную группу моносахаридов. В зависимости от характера карбонильной группы Г. делятся на альдо-гексозы (напр., глюкоза, Галиктоза, [c.66]

        ПЕНТОЗЫ — моносахариды, содержащие в молекуле пять атомов углерода, общей формулы СйНюОб- Распространены в природе, встречаются в свободном виде, входят в состав гликозидов, полисахаридов (арабанов, ксиланов). Фосфорные производные П. являются важными промежуточными продуктами обмена углеводов. Получают П. из природных источников, главным образом, гидролизом полисахаридов. П.— кристаллы, хорошо растворимые в воде. Синтезируют П. из гексоз. [c.187]

        Моносахариды. По числу углеродных атомов в цепи моносахариды делят на тетрозы, пентозы, гексозы и т. д. В зависимости от того, какая группа — альдегидная или кетонная — содержится в молекуле, их делят на альдозы и кетозы. С учетом числа углеродных атомов в цепи и наличия альдегидной или кетонной группы моносахариды могут быть, например, альдопентозами, альдогексозами, кетогексозами  [c.297]

        Отдельные представители моносахаридов, Пентозы рибоза, дезоксирибоза и ксилоза. Проблема псптозансодержащего сырья. Гексозы глюкоза, ыанноза, галактоза, фруктоза, Энимеризация сахаров, эпимеры. Витамин С. [c.248]

        Пентозы ацилируются уксусным ангидридом или хлористым ацетилом, приобретая четыре ацетильных остатка, т.е. образуя сложный эфир. Следовательно, они имеют четыре гидроксильных группы. Так же реакция показывает наличие п гексозах пяти гидроксилов. Количество гидроксильных групп устанавливается также посредством алкилирования моносахаридов иодистым метилом или диметил-сульфатом в щелочной среде. Пентозы получают четыре, а гексоз11 — пять метильных групп. [c.157]

        Моносахариды — соединения, имеющие химическую природу оксиальдегидов или оксикетонов. По числу входящих в состав их молекул атомов кислорода (оно равно числу атомов углерода) моносахариды разделяют на группы тетроз, пен-тоз, гексоз и т. д. В зависимости от того, имеется ли в молекуле моносахаридов альдегидная группа или кетонная, их делят на альдозы и кетозы. Представителями моносахаридов являются тетрозы (С4(Нг0)4)—эритроза, треоза пеп-тозы (Сб(Н20)5)—арабиноза, ксилоза, рибоза гексозы (Сб(Н20)б) —глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза. [c.353]

        Моносахариды делят на группы прежде всего в зависимости от содержания в их молекулах общего числа кислородных атомов. Моносахариды состава СвНхзОв (с шестью атомами кислорода) называют гексозами все моносахариды, имеющие состав С5Н10О5 (с пятью атомами кислорода),— пентозами, состав С4Нв04 (с четырьмя атомами кислорода) — тетрозами. [c.222]

        Moho- и дисахариды являются веществами первостепенной биохимической значимости, широко распространенными в растительном и животном мире. При этом из всего многообразия природных моносахаридов (пентоз и гексоз, альдоз и кетоз) по своему значению выделяется глюкоза — самый важный и самый распространенный моносахарид. [c.302]

        Альдозы и кетозы с одинаковым числом атомов углерода изомерны между собой. Наибольшее-значение реди моносахаридов имеют гексозы и пентозы. [c.608]

        Полисахариды — высокомолекулярные несахарэпо-добные углеводы, содержащие от десяти до сотен тысяч остатков моносахаридов (обыч но гексоз), связан ных гликозидными связями. [c.622]


    Тесты по химии для 10 класса на тему «Углеводы»

    Тест «УГЛЕВОДЫ»

    1вариант

    1. К углеводам относятся вещества с общей формулой

    1) CxHyOz 2) Cn(H2O)m 3) CnH2nO2 4) CnH2n+2O

    2. Моносахариды, содержащие пять атомов углерода называются

    1) гексозы 2) пентозы 3) тетрозы 4) триозы

    3. Наиболее распространенный моносахарид гексоза

    1) глюкоза 2) фруктоза 3) рибоза 4) сахароза

    4. При полном гидролизе полисахаридов чаще всего образуется

    1) фруктоза 2) глюкоза 3) рибоза 4) галактоза

    5. Основная функция глюкозы в клетках животных и человека

    1) запас питательных веществ 3) передача наследственной информации

    2) строительный материал 4) источник энергии

    6.Бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, получившее

    название «виноградный сахар», — это

    1) сахароза 2) глюкоза 3) фруктоза 4) крахмал

    7.По своему химическому строению глюкоза является

    1) кислотой 2) сложным эфиром 3) альдегидоспиртом 4) кетоспиртом

    8.С аммиачным раствором оксида серебра глюкоза реагирует в виде

    1) α-циклической формы 3) β-циклической формы

    2) линейной (альдегидной) формы 4) смеси α- и β-циклических форм

    9. Раствор ярко-синего цвета образуется при взаимодействии глюкозы с

    1) Ag2О/NH3 2) Cu(OH)2 3) H2/Ni 4) СН3СООН

    10.При спиртовом брожении глюкозы образуется

    1) CH3COOH 2) C2H5OH 3) CH3CHOHCOOH 4) CH3CH2CH2COOH

    11. Белый аморфный порошок, не растворяется в холодной воде, в горячей образует

    коллоидный раствор (клейстер) — это

    1) целлюлоза 2) сахароза 3) крахмал 4) мальтоза

    12.В клетках растений крахмал выполняет функцию

    1) передачи наследственной информации 3) строительную и конструкционную

    2) запаса питательных веществ 4) катализатора биологических процессов

    13.Содержание амилопектина в крахмале составляет

    1) 10-20% 2) 30-40% 3) 50-60% 4) 80-90%

    14. Конечным продуктом гидролиза крахмала является

    1) мальтоза 2) фруктоза 3) глюкоза 4) галактоза

    15. При полном окислении 1 моль крахмала выделяется CО2 в количестве

    1) 6 моль 2) 6n моль 3) 12 моль 4) 12n моль

    16. Общая формула целлюлозы, с выделением свободных ОН-групп

    1) [С6Н7О2(ОН)3]n 2) [С6Н8О3(ОН)2]n 3) [С6Н9О4(ОН)]n 4) [С6Н6О(ОН)4]n

    17. Чтобы отличить глюкозу от фруктозы, используют

    1) H2/Ni 2) Ag2O/NH3 3) C2H5OH/H+ 4) CH3COOH

    18. Продуктом восстановления глюкозы водородом на никелевом катализаторе

    является

    1) глюконовая кислота 2) сорбит 3) молочная кислота 4) фруктоза

    19. Определите вещество В в следующей схеме превращений:

    Глюкоза АБВ

    1) ацетат натрия 2) этаналь 3) этил ацетат 4) этилен

    20. При молочнокислом брожении 160 г глюкозы получили молочную кислоту с

    выходом 85%, Определите массу полученной молочной кислоты

    1) 116 г 2) 126 г 3) 136 г 4) 146 г

    Тест «УГЛЕВОДЫ»

    2 вариант

    1.К углеводам относится вещество

    1) CH2O 2) C2H4O2 3) C5H10O5 4) C6H6O

    2.Моносахариды, содержащие шесть атомов углерода, называются

    1) гексозы 2) пентозы 3) тетрозы 4) триозы

    3. К дисахаридам не относится

    1) сахароза 2) мальтоза 3) лактоза 4) галактоза

    4. К полисахаридам не относится

    1) крахмал 2) гликоген 3) целлюлоза 4) сахароза

    5.РНК и ДНК, содержащие остатки рибозы и дезокси- рибозы, выполняют функцию

    1) запаса питательных веществ 3) передачи наследственной информации

    2) строительного материала 4) источника энергии

    6. Бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, получившее

    название «фруктовый сахар», — это

    1) сахароза 2) глюкоза 3) фруктоза 4) крахмал

    7. Изомер глюкозы — фруктоза — является

    1) кислотой 2) сложным эфиром 3) альдегидоспиртом 4) кетоспиртом

    8. Продуктом восстановления глюкозы водородом на никелевом катализаторе

    является

    1) глюконовая кислота 2) сорбит 3) молочная кислота 4) фруктоза

    9. Максимальное число молекул уксусной кислоты, с которыми может прореагировать

    глюкоза при образовании сложного эфира, равно

    1) одной 2) двум 3) трем 4) пяти

    10. При молочнокислом брожении глюкозы образуется

    1) CH3COOH 2) C2H5OH 3) CH3CHOHCOOH 4) CH3CH2CH2COOH

    11. Твердое волокнистое вещество, нерастворимое в воде

    1) целлюлоза 2) сахароза 3) крахмал 4) мальтоза

    12. В клетках растений целлюлоза выполняет функцию

    1) передачи наследственной информации 3) строительную и конструкционную

    2) запаса питательных веществ 4) катализатора биологических процессов

    13. В горячей воде растворяется

    1) амилоза 2) амилопектин 3) крахмал 4) целлюлоза

    14. Общая формула целлюлозы, с выделением свободных OH-групп

    1) [C6H7O2(OH)3]n 2) [C6H8O3(OH)2]n 3) [C6H9O4(OH)]n 4) [C6H6O(OH)4]n

    15. Взрывчатое вещество «пироксилин» — это

    1) тринитроцеллюлоза 2) ди- и триацетилцеллюлоза

    3) мононитроцеллюлоза 4) триацетилкрахмал

    16. Общая формула полисахаридов, образованных глюкозой

    1) (CH2O)n 2) (C2H4O2)n 3) (C6H10O5)n 4) (C6H6O)n

    17.Молочный сахар — это дисахарид

    1) сахароза 2) мальтоза 3) лактоза 4) галактоза

    18.Продуктом окисления глюкозы аммиачным раствором оксида серебра является

    1) глюконовая кислота 2) сорбит 3) молочная кислота 4) фруктоза

    19. Определите вещество В в следующей схеме превращений:

    целлюлозаАБB

    1) глюкоза 2) бутадиен-1,3 3) этилен 4) этанол

    20. При взаимодействии 126 г глюкозы с избытком аммиачного раствора оксида

    серебра получен металлический осадок массой 113,4 г. Определите выход продуктов

    реакции в процентах.

    1) 80 2) 75 3) 70 4) 60

    Тест «УГЛЕВОДЫ»

    3 вариант

    1. По способности углеводов гидролизоваться не выделяют группу

    1) моносахаридов 2) дисахаридов 3) трисахаридов 4) полисахаридов

    2. Пентоза, входящая в состав РНК, называется

    1) глюкоза 2) фруктоза 3) рибоза 4) дезоксирибоза

    3. Пищевой сахар — это дисахарид

    1) сахароза 2) мальтоза 3) лактоза 4) галактоза

    4. Общая формула полисахаридов, образованных глюкозой

    1) (CH2O)n 2) (C6H12O6)n 3) (C6H10O5)n 4) (C6H6O)n

    5. Для растительных клеток целлюлоза выполняет функцию

    1) запаса питательных веществ 3) передачи наследственной информации

    2) строительного материала 4) источника энергии

    6. Конечными продуктами окисления глюкозы в организме человека являются

    1) СО2 и Н2О 2) СО2 и Н2 3) СО2 и Н2О2 4) СО и Н2О

    7. В растворе глюкоза существует в виде

    1) одной циклической α-формы 3) двух линейных форм

    2) двух циклических и одной линейной формы 4) одной линейной формы

    8. Продуктом окисления глюкозы аммиачным раствором оксида серебра является

    1) глюконовая кислота 2) сорбит 3) молочная кислота 4) фруктоза

    9. Образование ярко-синего раствора в результате взаимодействия глюкозы с Сu(ОН)2

    является доказательством наличия в молекуле глюкозы

    1) альдегидной группы 3) кето-группы

    2) двух и более гидроксогрупп 4) одной гидроксогруппы

    10. При диабете в качестве заменителя сахара используется

    1) фруктоза 2) крахмал 3) глюкоза 4) сорбит

    11. Наибольшее количество крахмала (до 80%) содержится

    1) картофеле 2) пшенице 3) рисе 4) кукурузе

    12. Более короткие макромолекулы крахмала, имеющие линейную структуру,

    называются

    1) гликогеном 2) амилозой 3) амилопектином 4) декстрином

    13. Крахмал — макромолекула, структурным звеном которой являются остатки

    1) α-циклической формы глюкозы 3) β-циклической формы глюкозы

    2) линейной формы глюкозы 4) линейной формы фруктозы

    14. В каждом структурном звене молекулы целлюлозы число свободных

    гидроксогрупп равно:

    1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

    15. При синтезе 0,5 моль крахмала в листьях растений выделяется кислород в

    количестве

    1) 6 моль 2) 6n моль 3) 3 моль 4) 3n моль

    16. К углеводам относится вещество

    1) СН2О 2) С2Н4О2 3) С5Н10О5 4) С6Н6О

    17. Чтобы отличить крахмал от целлюлозы используют

    1) Ag2О/NH3 2) раствор I2 3) Сu(ОН)2 4) HN03

    18. Продуктами взаимодействия глюкозы с гидроксидом меди(II) при нагревании

    являются

    1) сорбит и Cu2О 3) молочная кислота и Cu2О

    2) глюконовая кислота и Cu2О 4) фруктоза и Сu

    19. Определите вещество В в следующей схеме превращений:

    крахмалАБВ

    1) глюкоза 2) этанол 3) этаналь 4) уксусная кислота

    20. Глюкозу окислили аммиачным раствором оксида серебра, получив при этом 32,4 г

    осадка. Определите массу шестиатомного спирта, который можно получить из того же

    количества глюкозы, если выход продуктов реакции количественный.

    1) 27, 3 г 2) 29,3 г 3) 31,3 г 4) 33,3 г

    Тест «УГЛЕВОДЫ»

    4 вариант

    1. Углеводы, которые не гидролизуются, называются

    1) моносахаридами 2) дисахаридами 3) трисахаридами 4) полисахаридами

    2. Пентоза, входящая в состав ДНК, называется

    1) глюкоза 2) фруктоза 3) рибоза 4) дезоксирибоза

    3. Солодовый сахар — это дисахарид

    1) сахароза 2) мальтоза 3) лактоза 4) галактоза

    4. В качестве эталона сладости используется сладкий вкус

    1) фруктозы 2) глюкозы 3) сахарозы 4) галактозы

    5. Крахмал, гликоген и сахароза выполняет функцию

    1) запаса питательных веществ 3) передачи наследственной информации

    2) строительного материала 4) источника энергии

    6. Энергетическая потребность живых организмов в значительной степени

    обеспечивается за счет окисления

    1) сахарозы 2) глюкозы 3) фруктозы 4) рибозы

    7. Из трех форм существования глюкозы в растворе, максимальное содержание (около

    67%) приходится на

    1) β-циклическую форму 3) линейную (альдегидную) форму

    2) α-циклическую форму 4) смесь линейной и α-циклической форм

    8. Продуктами взаимодействия глюкозы с гидроксидом меди(II) при нагревании

    являются

    1) сорбит и Сu2О 3) молочная кислота и Сu2О

    2) глюконовая кислота и Cu2О 4) фруктоза и Сu

    9. Чтобы отличить глюкозу от фруктозы, используют

    1) H2/Ni 2) Ag2О/NH3 3) С2Н5ОН/Н+ 4) СН3СООН

    10. При изготовлении зеркал и елочных игрушек используется

    1) фруктоза 2) крахмал 3) глюкоза 4) сорбит

    11. Наибольшее количество целлюлозы (до 95%) содержится в волокнах

    1) древесины 2) хлопка 3) льна 4) конопли

    12. Часть крахмала с растворённой структурой молекул называется

    1) гликогеном 2) амилозой 3) амилопектином 4) декстрином

    13. Целлюлоза — макромолекула, структурным звеном которой являются остатки

    1) α-циклической формы глюкозы 3) β-циклической формы глюкозы

    2) линейной формы глюкозы 4) линейной формы фруктозы

    14. При образовании сложного эфира с молекулой целлюлозы может максимально

    прореагировать

    1) Зn С2Н5ОН 2) 3n СН3СООН 3) 2n С2Н5ОН 4) 2n СН3СООН

    15. Искусственный шелк — это продукт переработки

    1) тринитроцеллюлозы 3) мононитроцеллюлозы

    2) ди- и триацетилцеллюлозы 4) триацетилкрахмала

    16. К углеводам относятся вещества с общей формулой

    1) CxHyOz 2) Сn2О)n 3) CnH2nO2 4) СnН2n + 2O

    17. Конечными продуктами окисления глюкозы в организме человека являются

    1) СО2 и Н2О 2) СО2 и Н2 3) СО2 и Н2О2 4) СО и Н2О

    18. Раствор ярко-синего цвета образуется при взаимодействии глюкозы с

    1) Ag2О/NH3 2) Cu(OH)2 3) H2/Ni 4) СН3СООН

    19. Определите вещество В в следующей схеме превращений:

    глюкозаАБВ

    1) сорбит 2) этанол 3) этаналь 4) уксусная кислота

    20. Массовая доля целлюлозы в древесине составляет 50%. Какая масса спирта может

    быть получена при гидролизе100кг древесных опилок и брожения полученной глюкозы,

    если выход этанола в процессе брожения составляет 75%?

    1) 15,3 кг 2) 17,3 кг 3) 19,3 кг 4) 21,3 кг

    Ответы

    1вариант

    1) 2;

    2) 2;

    3) 1;

    4) 2;

    5) 4;

    6) 2;

    7) 3;

    8) 2;

    9) 2;

    10) 2;

    11) 3;

    12) 2;

    13) 4;

    14) 3;

    15) 2;

    16) 1;

    17) 2;

    18) 2;

    19) 1;

    20) 3;

    2вариант

    1) 3;

    2) 1;

    3) 4;

    4) 4;

    5) 3;

    6) 3;

    7) 4;

    8) 2;

    9) 4;

    10) 3;

    11) 1;

    12) 3;

    13) 1;

    14) 1;

    15) 1;

    16) 3;

    17) 3;

    18) 1;

    19) 2;

    20) 2;

    3вариант

    1) 3;

    2) 3;

    3) 1;

    4) 3;

    5) 2;

    6) 1;

    7) 2;

    8) 1;

    9) 2;

    10) 4;

    11) 3;

    12) 2;

    13) 1;

    14) 3;

    15) 4;

    16) 3;

    17) 2;

    18) 2;

    19) 3;

    20) 1;

    4вариант

    1) 1;

    2) 4;

    3) 2;

    4) 2;

    5) 1;

    6) 2;

    7) 1;

    8) 2;

    9) 2;

    10) 3;

    11) 2;

    12) 3;

    13) 3;

    14) 2;

    15) 2;

    16) 2;

    17) 1;

    18) 2;

    19) 4;

    20) 4;

    Межзвездный сахар.

    2019-11-25. В метеоритах нашли органические вещества из РНК — одной из основных макромолекул, которая содержится в клетках всех живых организмов. А это значит, что жизнь на Землю занесена из космоса!
    Килограммы метеоритного вещества исследовала международная группа ученых под руководством астробиолога Томоки Накамура из японского Университета Тохоку. Она изучила множество метеоритов, упавших на территории Австралии, Африки и Антарктиды за последние полвека. Метеориты, как гигантские космические флешки, приносят на Землю весьма интересную информацию, поэтому специалисты регулярно обращаются к внеземным образцам. На этот раз ученых интересовала органика. Успех ожидал исследователей в пробе марокканского метеорита с неромантичным названием NWA 801 и в Мурчисонском метеорите. Ученые впервые достоверно обнаружили в метеоритном веществе молекулы различных сахаров внеземного происхождения.
    — Все образцы содержат очень много тяжелого изотопа углерода С13,— объясняет «Огоньку» профессор РАН, профессор кафедры петрологии и вулканологии геологического факультета МГУ Павел Плечов.— Это говорит о том, что метеоритная органика образовалась в космосе и имеет внеземное происхождение. Такое «самозарождение» органики в космических камнях вполне нормально, учитывая высокое содержание углерода и воды. Можно сказать, что при таких условиях неизбежно будут образовываться более сложные соединения. Правда, на этот раз концентрации органических соединений в них очень маленькие. И сам факт обнаружения сахаров в этом веществе не говорит о существенной роли органики в космосе.
    Сахарку не найдется?
    Первый «сахарный» метеорит прилетел к нам с задворок Вселенной в середине прошлого века. Этот космический булыжник весом 108 килограммов упал в Австралии в 1969 году. Один из его осколков пробил крышу здания, что случается очень редко. Назвали пришельца по имени близлежащей деревни — Мурчисонским. Этому небесному объекту никак не меньше 4,65 млрд лет, что делает Мурчисон телом более древним, чем Земля и даже Солнце.
    Второй метеорит — пятикилограммовый NWA 801 — упал на территории Марокко в 2001 году.
    В обоих образцах ученые нашли сахара с химическим названием пентоза и гексоза. К числу первых относится рибоза — органическое вещество, содержащееся в РНК — важнейшей молекуле, которая, как и ДНК, кодирует генетическую информацию.
    Гексозы — это главные источники энергии для жизни, по крайней мере, на Земле. Исследователи полагают, что именно благодаря таким метеоритам на Земле и других планетах могла сформироваться жизнь. Свои выводы они опубликовали в престижном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
    — Метеориты были переносчиками органических молекул на раннюю Землю,— пишут исследователи.— Поэтому обнаружение внеземных сахаров в этих небесных телах говорит о том, что подобные молекулы могли участвовать в рождении первых молекул на Земле и в других мирах.
    Оба метеорита относятся к распространенному типу углистых хондритов, которые давно привлекают внимание ученых. Дело в том, что Земля, по принятой теории, образовалась из того же вещества, что и эти «космические камни». При этом их состав удивительно схож с составом Солнца. По сути, хондриты сделаны из вещества новорожденной Солнечной системы, они как бы законсервировали ее в первозданном виде.
    Однако точно изучить, из чего же состояла ранняя Солнечная система, все равно очень сложно. Проходя атмосферу Земли, хондриты сильно изменяются, что-то выгорает, что-то трансформируется под действием температуры. Даже пресловутые органические соединения, тот же сахар, в них находили уже раньше, однако выяснилось, что метеориты ими были загрязнены уже на Земле. В этот раз ученые учли методологические ошибки специалистов, работавших с метеоритами раньше, и доказали: сахар — внеземной.
    Заражение жизнью
    Нынешнее открытие подливает масла в огонь споров двух противоборствующих теорий о появлении жизни на Земле.
    Первая говорит о самозарождении жизни на поверхности планеты. Ее, в частности, в прошлом веке активно разрабатывал советский ученый Александр Опарин, доказывая, что органические молекулы появились в бульоне высокомолекулярных соединений. Другая теория, которую подтверждает нынешнее открытие, -панспермия. Она утверждает, что органические молекулы попали к нам из космоса. При этом и та, и другая теории никак не конкурируют с теорией Дарвина, так как относятся к самому начальному периоду зарождения жизни.
    Теорию панспермии в свое время развивали известный немецкий ученый-энциклопедист Герман Гельмгольц, российский ученый Владимир Вернадский и шведский химик Сванте Аррениус, который сформулировал ее наиболее полно. Правда, к середине ХХ века, когда появилось больше данных о космосе с его глубоким вакуумом и жестким космическим излучением, приверженцев панспермии в научном мире поубавилось. Зато появились еще более экзотические гипотезы о намеренном «заражении» планет жизнью какой-то развитой космической цивилизацией.
    Больше всего внимание к теории панспермии было приковано в конце прошлого века. В 1984-м году американская правительственная миссия по поиску метеоров обнаружила в Антарктиде камень, отколовшийся около 15 млн лет назад от Марса, а через десять лет внутри него нашли структуры, похожие на остатки земных бактерий. Это была сенсация. Журнал Science выпустил статьи с громкими заголовками, а президент Билл Клинтон дал добро на старт обширной программы по изучению Марса с помощью роботов — эта работа продолжается и сейчас. Правда, вскоре другие исследователи заявили, что марсианские бактерии — земное органическое загрязнение, но дебаты по этом поводу продолжаются по сей день.
    Всюду жизнь
    Согласно теории панспермии, именно метеориты и другие космические тела играли ключевую роль в развитии жизни на Земле. Так воду на нашу планету вполне могли занести кометы, примерно 4 млрд лет назад. При этом первые следы жизни датируют возрастом в 3,5 млрд лет. Согласно этим данным, вода вообще может быть вполне распространенным веществом в космосе. Ее следы обнаружены на Луне и Марсе. Есть основания полагать, что вода есть на спутниках Юпитера — Европе, Каллисто и Ганимеде, а также на самой планете-гиганте.
    Органические соединения — не редкость в нашей Солнечной системе. Так, на крупнейшем спутнике Сатурна Титане есть метан, этан и даже ацетилен — все это органические молекулы. По данным космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2», на поверхности спутника текут целые реки из метана, и, возможно, существуют океаны из этого вещества. На Земле метан — это газ, но из-за низких температур на Титане он стал жидкостью. Ученые также не исключают, что на этой планете может существовать примитивная жизнь, которая получилась в результате химической эволюции.
    Считается, что именно теория химической эволюции способна приоткрыть тайну возникновения жизни на Земле. Если на небесном теле есть условия для образования органических молекул, то постепенно возможно образование все более и более сложных структур: сахаров, белков, аминокислот и в конце концов РНК и ДНК. Так, сегодня ученые-эволюционисты полагают, что на Земле первая жизнь была основана только на молекулах РНК, а ДНК и белки, которые вместе с РНК являются неотъемлемой частью сегодняшних живых организмов, появились позже.
    Обнаружение рибозы на углистых хондритах дает основание полагать, что как раз был реализован внеземной сценарий развития жизни.
    Также есть вероятность, что некое подобие примитивной жизни могло появиться и на Марсе, и на других планетах.
    Чтобы подтвердить эту гипотезу, сейчас к астероиду Рюгу летит межпланетная японская станция «Хаябуса-2». Зонд должен доставить на Землю образцы грунта небесного тела, которое принадлежит к группе хондритов, в теории там тоже могут быть органические соединения. В то же время американский аппарат Osiris-Rex летит к астероиду Бенну, у которого тоже есть шансы оказаться «космической флешкой», содержащей органику. Так как эти тела не проходили через земную атмосферу, то эксперимент получится более очевидным и может подтвердить гипотезу о том, что все мы — пришельцы из космоса. Тэги: Результаты космических исследований и экспериментов
    [Источник]

    Урок 10. углеводы. глюкоза. олигоса- хариды. сахароза — Химия — 10 класс

    Химия, 10 класс

    Урок № 10. Углеводы. Глюкоза. Олигосахариды. Сахароза

    Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению углеводов, особенностям их строения. Рассмотрено влияние функциональных групп на свойства углеводов. Даётся характеристика химических свойств глюкозы и сахарозы. Объяснена биологическая роль углеводов и области их применения.

    Глоссарий

    Алкилирование реакция образования простых эфиров в результате замещения атома водорода углеводородным радикалом в гидроксогруппе.

    Ацилирование – реакция образования сложных эфиров в результате взаимодействия спиртов, в том числе многоатомных, с кислотами или кислотными ангидридами.

    Брожение маслянокислое – превращение глюкозы под действием маслянокислых бактерий в масляную кислоту. Сопровождается выделением углекислого газа и водорода.

    Брожение молочнокислое – превращение глюкозы под действием молочнокислых бактерий в молочную кислоту.

    Брожение спиртовое – разложение глюкозы под действием дрожжей с образованием этилового спирта и углекислого газа.

    Глюкоза – моносахарид состава С6Н12О6, состоящий из 6 атомов углерода, 5 гидроксильных групп и альдегидной группы. Может существовать как в виде линейной, так и циклической молекул. Вступает в реакции окисления, восстановления, ацилирования, алкилирования, подвергается молочнокислому, спиртовому, маслянокислому брожению.

    Крахмал – полисахарид, состоящий из остатков α-глюкозы.

    Лактоза, или молочный сахар – дисахарид С12Н22О11, состоящий из остатков глюкозы и галактозы, подвергается гидролизу, может окисляться до сахариновых кислот.

    Моносахариды – углеводы, не подвергающиеся гидролизу, состоят из 3–10 атомов углерода, могут образовывать циклические молекулы с одним циклом (глюкоза, фруктоза, рибоза).

    Невосстанавливающие углеводы – углеводы, не содержащие альдегидной группы и не способные к реакциям восстановления (фруктоза, сахароза, крахмал).

    Олигосахариды – углеводы, образующие при гидролизе от 2 до 10 молекул моносахаридов (сахароза, лактоза).

    Полисахариды – углеводы, образующие при гидролизе от нескольких десятков до сотен тысяч молекул моносахаридов (целлюлоза, крахмал).

    Рибоза— моносахарид, относится к пентозам. Линейная молекула содержит альдегидную группу. Образует пятичленный цикл. Входит в состав РНК.

    Сахароза – дисахарид, состоящий из остатков α-глюкозы и β-фруктозы. Относится к невосстанавливающим углеводам, так как не содержит альдегидную группу и не может восстанавливать гидроксид меди (II) до одновалентного оксида меди и серебро из аммиачного раствора гидроксида серебра. Является многоатомным спиртом. Подвергается гидролизу.

    Углеводы – кислородсодержащие органические соединения, содержащие карбонильную и несколько гидроксильных групп.

    Фруктоза – моносахарид состава С6Н12О6, относится к кетозам. Может существовать как в виде линейной молекулы, так и образовывать пятичленный цикл.

    Целлюлоза – полисахарид, состоящий из остатков β-глюкозы.

    Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

    Дополнительная литература:

    1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

    2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

    Открытые электронные ресурсы:

    • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

    ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

    Понятие об углеводах, их классификация

    Углеводами называются кислородсодержащие органические соединения, содержащие карбонильную и несколько гидроксильных групп и обычно отвечающие общей формуле Сп2О)т. К углеводам относятся глюкоза, фруктоза, рибоза, сахароза, лактоза, крахмал, целлюлоза и другие. Углеводы могут существовать как в виде линейных, так и циклических молекул. Углеводы, молекулы которых могут образовывать только один цикл, называют моносахаридами (глюкоза, фруктоза, рибоза). Если молекула углевода при гидролизе распадается на несколько (от двух до десяти моносахаридов), они называются олигосахаридами (сахароза, лактоза). Углеводы, образующие при гидролизе десятки, сотни и более моносахаридов, называются полисахаридами (крахмал, целлюлоза).

    Моносахариды

    В молекуле моносахарида может быть от двух до десяти атомов углерода. Все моносахариды имеют окончание -оза. В названии сначала указывается количество атомов углерода, а затем прибавляется окончание: триоза, тетроза, пентоза, гексоза.

    Для живых организмов наиболее важны пентоза и гексоза. Моносахариды с альдегидной группой называют альдозами (например, глюкоза), а содержащие кетогруппу – кетозами (например, фруктоза). Нумерация атомов углерода в альдозах начинается с атома альдегидной группы, а в кетозах – с крайнего атома, наиболее близкого к карбонильной группе.

    Глюкоза

    Самым распространённым моносахаридом в природе является глюкоза. Она содержится в сладких ягодах и фруктах. Мёд также содержит много глюкозы.

    Глюкоза относится к группе гексоз, так как содержит шесть атомов углерода. Молекулы глюкозы могут быть как линейными (D-глюкоза, альдоза), так и циклическими (α и β-глюкоза). Линейная молекула глюкозы содержит на конце альдегидную группу. Общей формулой С6Н12О6 можно обозначить как глюкозу, так и фруктозу.

    Фруктоза относится к кетозам и образуется пятичленный цикл. Она является изомером глюкозы. Фруктоза, также, как и глюкоза, может существовать в виде линейных и циклических молекул, в зависимости от положения заместителей у второго атома углерода различают α- и β-фруктозу.

    Глюкоза – бесцветное кристаллическое вещество. Она хорошо растворяется в воде, имеет сладкий вкус. Факт наличия в молекуле глюкозы альдегидной группы доказывает реакция «серебряного зеркала». С фруктозой эта реакция не идёт. Один моль глюкозы реагирует с пятью молями уксусной кислоты с образованием сложного эфира, что доказывает наличие в молекуле глюкозы пяти гидроксильных групп. Такая реакция называется ацилированием. Если к раствору глюкозы на холоде добавить растворы сульфата меди и щелочи, то вместо осадка образуется ярко-синее окрашивание. Эта реакция доказывает, что глюкоза – многоатомный спирт. Благодаря наличию в молекуле глюкозы альдегидной группы, она может не только вступать в реакцию «серебряного зеркала», но и восстанавливать гидроксид меди (II) до одновалентного оксида. Водород в присутствии никелевого катализатора восстанавливает глюкозу до сорбита – шестиатомного спирта. В реакциях с низшими спиртами в кислой среде или с йодистым метилом в щелочной среде гидроксильные группы участвуют в образовании простых эфиров – происходит реакция алкилирования.

    Глюкоза, в зависимости от условий, вступает в реакции брожения с образованием различных продуктов. Под действием молочнокислых бактерий глюкоза превращается в молочную кислоту – этот процесс получил название «молочнокислое брожение». Он используется при изготовлении кисломолочных продуктов. В присутствии дрожжей глюкоза подвергается спиртовому брожению. Этот вид брожения используется при изготовлении алкогольных напитков, а также дрожжевого теста. В этом процессе, кроме спирта, образуется углекислый газ, который делает тесто пышным. Брожение глюкозы, в результате которого образуется масляная кислота, происходит под действием особых маслянокислых бактерий. Этот вид брожения применяют в производстве масляной кислоты, эфиры которой широко используют в парфюмерии. Но если маслянокислые бактерии попадут в пищевые продукты, они могут вызвать их гниение.

    Одним из продуктов фотосинтеза, который идет с участием зеленых растений, является глюкоза. Для человека и животных глюкоза является основным источником энергии для осуществления обменных процессов. В организмах животных глюкоза накапливается в виде гликогена (полисахарида, образованного остатками глюкозы). В растениях глюкоза превращается в крахмал (полисахарид, состоящий из остатков α-глюкозы). Клеточные оболочки высших растений построены из целлюлозы (полисахарид, состоящий из остатков β-глюкозы).

    В крови человека находится около 0,1% глюкозы. Этой концентрации достаточно для снабжения организма энергией. Но при заболевании, называемом «сахарный диабет», глюкоза не расщепляется, её концентрация в крови может достигать 12%, что приводит к серьёзным нарушениям в работе всего организма.

    В лабораторных условиях глюкозу можно получить из формальдегида в присутствии гидроксида кальция. Впервые этот синтез осуществил Александр Михайлович Бутлеров в 1861 году. В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала под действием серной кислоты.

    Сахароза

    Самым распространенным дисахаридом является сахароза. В природе она в большом количестве находится в свёкле и в сахарном тростнике. Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы.

    Сахароза – бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, в два раза слаще глюкозы. Температура плавления равна 160 оС. В результате реакции сахарозы с гидроксидом меди появляется ярко-синее окрашивание, что характерно для многоатомных спиртов, но при нагревании раствора красный осадок не образуется, что указывает на отсутствие альдегидной группы. В присутствии минеральных кислот при нагревании сахароза подвергается гидролизу, распадаясь на α-глюкозу и β-фруктозу. Если к суспензии известкового молока прилить раствор сахарозы, то осадок растворяется. Образуется растворимый в воде сахарат кальция. Эта реакция лежит в основе получения сахарозы из сахарной свеклы и сахарного тростника. Если через раствор сахарата кальция пропустить углекислый газ, то образуется осадок карбоната кальция и раствор сахарозы.

    Сахарозу применяют в пищевой промышленности для изготовления кондитерских изделий, консервирования (джемы, варенья, компоты).

    ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

    1. Расчет количества реагента, необходимого для реакции с глюкозой

    Условие задачи: Для получения ацетоуксусного эфира глюкозы на 1 моль глюкозы необходимо 5 моль уксусной кислоты. Сколько граммов 35%-ного раствора уксусной кислоты требуется, чтобы полностью прореагировать с 10 г глюкозы, если выход продукта реакции равен 75%?

    Ответ запишите в виде целого числа.

    Шаг первый: найдём молярные массы глюкозы и уксусной кислоты.

    М(С6Н12О6) = 6·12 + 12·1 + 6·16 = 180 (г/моль).

    М(СН3СООН) = 2·12 + 1·16 + 4·1 = 60 (г/моль).

    Шаг второй: Найдём массу уксусной кислоты, которая вступает в реакцию с 10 г глюкозы. Для этого составим пропорцию:

    180 г глюкозы реагирует с 5·60 г уксусной кислоты;

    10 г глюкозы реагирует с х1 г уксусной кислоты.

    (г).

    Шаг третий: Найдём массу уксусной кислоты с учетом выхода продукта реакции. Для этого составим пропорцию:

    16,7 г уксусной кислоты прореагирует с 75% глюкозы;

    х2 г уксусной кислоты прореагирует со 100% глюкозы.

    (г).

    Шаг четвёртый: Найдём массу 35%-ного раствора уксусной кислоты, в котором содержится 22,2 г кислоты. Для этого составим пропорцию:

    В 100 г раствора содержится 35 г кислоты;

    в х3 г раствора содержится 22,2 г кислоты.

    (г)

    Ответ: 63

    2. Расчёт количества энергии, полученной организмом при расщеплении глюкозы.

    Условие задачи: В процессе расщепления 1 моль глюкозы в организме человека выделяется 200 кДж энергии. В сутки старшекласснику необходимо 12500 кДж энергии. Какой процент от суточной потребности в энергии восполнит ученик, съевший 200 г винограда, если содержание глюкозы в винограде составляет 30%? Ответ запишите с точностью до десятых долей.

    Шаг первый: Найдём молярную массу глюкозы:

    М(С6Н12О6) = 6·12 + 12·1 + 6·16 = 180 (г/моль).

    Шаг второй: Найдём массу глюкозы, которая содержится в 200 г винограда.

    Для этого массу винограда умножим на 30% и разделим на 100%:

    г.

    Шаг третий: Найдём количество моль глюкозы, которое содержится в 60 г этого углевода.

    Для этого массу глюкозы разделим на её молярную массу:

    (моль).

    Шаг четвёртый: Найдём количество энергии, которая выделится при расщеплении 0,33 моль глюкозы.

    Для этого составим пропорцию:

    При расщеплении 1 моль глюкозы выделяется 200 кДж энергии;

    при расщеплении 0,33 моль глюкозы выделяется х1 кДж энергии.

    (кДж).

    Шаг пятый: Найдём, какой процент от суточной потребности составляет это количество энергии.

    Для этого составим пропорцию:

    12500 кДж составляет 100% суточной потребности;

    66 кДж составляет х2% суточной потребности.

    (%).

    Ответ: 0,5.

    Причина превращения глюкозы в фруктозу при гликолизе

    Уточняющий вопрос

    Путь гликолиза начинает гексозу (глюкозу), но в определенный момент — реакция альдолазы — генерируются две молекулы триозы, которые затем преобразуются в одну и ту же триозу, после чего этот путь продолжает пируват, генерируя чистый АТФ. Каждая из этих триозных молекул несет фосфат, который, как упоминает автор, предотвращает их диффузию через клеточную мембрану, поэтому предшественник гексозы должен нести два фосфата. Таким образом, вопрос «почему образуется фруктоза?» может быть пересчитан как:

    «Почему гексозный предшественник двух триозофосфатов является фруктозой 1,6-бисфосфата, а не просто глюкозо- 1,6-бисфосфатом?»

    Короткий ответ

    Химическая структура глюкозы не подходит для образования бисфосфатного соединения, которое может давать взаимопревращающиеся триозофосфаты в биохимических реакциях, которые использует клетка.

    Полный ответ с химическими деталями

    Сначала рассмотрим линейные и циклизованные структуры соответствующих фосфатных производных глюкозы и фруктозы:

    Глюкоза 1,6- бис- фосфат может быть незнакомой: он обнаруживается в клетках в небольших количествах и может иметь некоторую регуляторную функцию. Проверка показывает, что, поскольку альдегидная группа находится в положении 1 глюкозы, фосфат может быть добавлен только в этом положении после того, как циклизация приводит к образованию спирта там. После образования глюкозо-1,6- бис- фосфата он не может превращаться в структуру с прямой цепью, в отличие от фруктозы-1,6- бис- фосфата, где кетоновая группа находится в положении 2. (Следовательно, ничего не показано.) Это ключевой момент.

    Теперь давайте обратимся к взаимопревращению триоза-гексоза, которое необходимо как для гликолиза, так и для глюконеогенеза, который когда-либо начинался первым. Это имеет два требования:

    1. То, что молекулы триозофосфата могут реагировать друг с другом, образуя гексозо-углеродную основу (проще рассмотреть реакцию в этом направлении).
    2. Что если требуются разные молекулы триозы, они могут легко преобразовывать одну (или) одну триозу.

    Требование 1 легче всего выполняется в биологических системах за счет альдольной конденсации, такой как реакция альдолазы (также встречающаяся в цикле Кальвина), в которой нуклеофильный углерод енолята атакует углерод альдегида.

    Требование 2 может быть удовлетворено путем изомеризации альдегида (такого как глицеральдегид-3-фосфат) в кетон (например, дигидроксиацетонфосфат).

    Тот факт, что кетон, такой как дигидроксиацетонфосфат, потенциально может образовывать енолят (показано выше), объясняет особую пригодность этих триоз по отношению к реакции альдозы:

    [ Взято из Chemistry Libre Texts . ]

    Исходным продуктом этой реакции является, по необходимости, линейный гексозо-1,6- бис- фосфат — с фруктозой в качестве гексозы в качестве ее карбонила, который находится при С2. После того, как фруктоза 1,6-бисфосфат потерял фосфат в положении С1, он может изомеризоваться в глюкозо-6-фосфат (с положением С1, свободным для образования альдегида) аналогично изомеризации триозофосфата.

    Таким образом, важна не только симметрия фруктозы (отмечена автором в комментарии), но и структура самой глюкозы. Глюкоза 1,6-бисфосфат, конечно, не единственный сахар, который может «запереть» в своей циклической форме. Например, дезоксирибозные кольца в основной цепи ДНК не могут линеаризоваться, потому что основания присоединены к C1ʹ, где изначально была альдегидная группа.

    Определение гексозы по Merriam-Webster

    шестнадцатеричный | \ ˈHek-ˌsōs , -ˌSōz \

    : моносахарид (например, глюкоза), содержащий шесть атомов углерода в молекуле

    Определение гексозы в словаре.com

    [hek-sohs] SHOW IPA

    / ˈhɛk soʊs / PHONETIC RESPELLING


    существительное

    любой из классов сахаров, содержащих шесть атомов углерода, включая глюкозу и фруктозу.

    ВИКТОРИНЫ

    БУДЕТ ЛИ ЭТА ВИКТОРИНА DASHES ВЫГОДНОЙ ПОБЕДОЙ ДЛЯ ВАС?

    Думаете, вы отличите дефисы от дефисов? Вы стойкий приверженец em dash? Проверьте свою «лихую» силу духа с помощью этой викторины на всех рывках.

    Вопрос 1 из 7

    В то утро она проснулась ___ облачным, невзрачным утром ___ совершенно не подозревая, что ее жизнь вот-вот изменится с приходом письма от бабушки.

    Слова рядом с гексозой

    гексон, гексоновое основание, гексозамин, гексозаминидаза, гексозан, гексоза, гексозофосфатаза, шестнадцатеричный знак, гексулоза, гексил, гидрохлорид гексилкаина

    Dictionary.com Unabridged На основе Несокращенного словаря Random House, © Random House, Inc. 2021

    Примеры предложений из Интернета для гексозы

    .expandable-content {display: none;}. Css-12x6sdt.expandable.content-extended> .expandable-content {display: block;}]]>
    • Многие из обычных тяжелых металлов в щелочных растворах сильно восстанавливаются при кипячении с растворами гексозных сахаров.

    • При гидролизе они дают арабинозу и гексозу; последний иногда представляет собой галактозу и иногда маннозу.

    • Эти наблюдения подтверждают мнение о том, что фурфуроиды происходят от гексозо-пентозной серии преобразований.

    • Это гексозные составляющие гидролизованного комплекса, пентозы (или «фурфуроиды») сохранились нетронутыми.

    СМОТРЕТЬ БОЛЬШЕ ПРИМЕРОВ СМОТРЕТЬ МЕНЬШЕ ПРИМЕРОВ

    

    Просмотреть словарь.com

    li {-webkit-flex-base: 49%; — ms-flex-preferred-size: 49%; flex-base: 49%;} @ media only screen and (max-width: 769px) {. css- 2jtp0r> li {-webkit-flex-base: 49%; — ms-flex-предпочтительный-размер: 49%; flex-base: 49%;}} @ media only screen и (max-width: 480px) {. Css -2jtp0r> li {-webkit-flex-базис: 100%; — ms-flex-предпочтительный-размер: 100%; гибкий-базис: 100%;}}]]>

    Британский словарь определений для гексозы

    гексозы

    / (ˈHɛksəʊs, -əʊz) /


    существительное

    моносахарид, такой как глюкоза, который содержит шесть атомов углерода в молекуле

    Словарь английского языка Коллинза — полное и несокращенное издание 2012 г., цифровое издание © William Collins Sons & Co.Ltd. 1979, 1986 © HarperCollins Издательство 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

    Медицинские определения гексозы


    n.

    Любой из различных простых сахаров, таких как глюкоза и фруктоза, которые имеют шесть атомов углерода в молекуле.

    Медицинский словарь American Heritage® Stedman’s Авторское право © 2002, 2001, 1995 компанией Houghton Mifflin. Опубликовано компанией Houghton Mifflin.

    Научные определения гексозы


    Любой из различных простых сахаров (моносахаридов), таких как глюкоза и фруктоза, которые имеют шесть атомов углерода на молекулу.

    Научный словарь американского наследия® Авторские права © 2011. Издано издательской компанией Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

    Прочие — это Readingli {-webkit-flex-base: 100%; — ms-flex-предпочтительный размер: 100%; flex-base: 100%;} @ media only screen и (max-width: 769px) {. Css -1uttx60> li {-webkit-flex-base: 100%; — ms-flex-preferred-size: 100%; flex-base: 100%;}} @ media only screen and (max-width: 480px) {. css-1uttx60> li {-webkit-flex-base: 100%; — ms-flex-предпочтительный размер: 100%; flex-base: 100%;}}]]>

    Синтез l-гексоз и связанных с ними биомолекул

    Углеводы, либо конъюгированные, либо свободные, играют важную роль во многих биологических процессах.Желание понять природу их функций и продолжить разработку терапевтических и диагностических приложений способствовало недавнему всплеску в области гликологии. Гомогенные и четко определенные сахарные конструкции, получаемые в основном путем химического синтеза, пользуются большим спросом для оценки структуры и активности. Хотя сахар D , особенно D -гексозы, доминировали в углеводном ландшафте, L -гексозы также привлекли внимание, потому что они являются известными компонентами важных полисахаридов, антибиотиков и других природных продуктов.Тем не менее, материалы на основе гексозы L , необходимые для изготовления строительных блоков для сахарных сборок, встречаются редко и обычно дороги, если они коммерчески доступны. Таким образом, интенсивные усилия были сосредоточены на разработке инновационных и надежных методов приобретения L -гексоз и их производных. Этот обзор описывает несколько эффективных и рентабельных способов химического синтеза L -гексоз, уделяя особое внимание подходам, которые используют коммерчески доступные сахара в качестве исходных материалов.Также предоставляется образец применения сгенерированных L -гексоз для получения биологически значимых соединений.

    У вас есть доступ к этой статье

    Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте еще раз?

    Транспортер сахара принимает гексозу и сахарозу для модулированного сорбитолом роста пыльцевых пробирок в яблоках

    ВВЕДЕНИЕ

    Прорастание пыльцы и быстрый рост пробирки необходимы для репродуктивного успеха цветущих растений, поскольку он доставляет сперматозоиды к семяпочкам для двойное оплодотворение.Как только пыльцевые зерна приземляются на рыльце, совместимые пыльцевые зерна после гидратации прорастают и превращаются в передающую ткань так же, как при благоприятных условиях. Ранние процессы прорастания пыльцы и начального роста трубки могут зависеть от накопления питательных веществ в пыльцевом зерне (Read et al., 1993), но из-за симпластической изоляции пыльцевой трубки последующий рост трубки требует поглощения сахаров из апопласта передающего ткань. Suc выгружается через симпласт из оттока флоэмы в апопласт с помощью сахаров, которые в конечном итоге будут экспортированными транспортерами (SWEET), SWEET9 и SWEET10, причем отток Glc, возможно, опосредован SWEET1, в передающей ткани (Chen et al., 2010; Вернер и др., 2011; Rottmann et al., 2018c). Высвобожденный Suc либо непосредственно поглощается транспортерами Suc (SUT / SUC), либо сначала превращается в Glc и Fru с помощью инвертазы клеточной стенки, а затем поглощается белками-переносчиками сахара (STP) в растущую трубку пыльцы (Goetz et al. , 2017; Rottmann et al., 2018c).

    Превращение Suc в гексозы с помощью инвертазы клеточной стенки требуется не только для развития пыльцы, но также для прорастания пыльцы и роста трубок у многих растений. В табаке ( Nicotiana tabacum ; Goetz et al., 2001), Arabidopsis ( Arabidopsis thaliana ; Hirsche et al., 2009) и масличного рапса ( Brassica napus ; Engelke et al., 2011), развитие пыльцы было остановлено тканеспецифической антисмысловой репрессией инвертазы клеточной стенки. , приводящее к мужскому бесплодию. Когда ингибитор инвертазы клеточной стенки табака, NtCIF , сверхэкспрессировался под контролем промотора гена инвертазы клеточной стенки, NtcwINV2 ( Nin88 ), пыльцевые зерна были полностью развиты, но имели более низкую активность инвертазы и, следовательно, более низкую прорастание и рост трубок (Weil et al., 1994; Greiner et al., 1998; Hirsche et al., 2009). Поглощение гексоз, полученных из Suc, в пыльцевую трубку опосредуется локализованными в плазматической мембране STP. STP4, STP6, STP8, STP9, STP10 и STP11 в первую очередь ответственны за поглощение Glc пыльцевыми трубками Arabidopsis (Rottmann et al., 2018c). В огурце ( Cucumis sativus ) антисмысловая репрессия HT1 , пыльцевого переносчика гексозы с высоким сходством последовательностей с AtSTP11 , ингибирует прорастание пыльцы, рост трубок и развитие семян (Cheng et al., 2015).

    Было также продемонстрировано, что прямое поглощение Suc SUT / SUC пыльцевыми зернами имеет решающее значение для прорастания пыльцы и роста трубок. У томатов ( Solanum lycopersicum ) антисмысловая репрессия LeSUT2 приводит к снижению прорастания пыльцы и роста трубок, что ставит под угрозу развитие плодов и семян (Hackel et al., 2006). Мутанты Arabidopsis SUC1 (Sivitz et al., 2008) и риса ( Oryza sativa ) SUT1 (Hirose et al., 2010) имеют плохое прорастание пыльцы и нарушение сегрегации.У огурца антисмысловая репрессия SUT1 нарушает развитие пыльцы, что приводит к мужскому бесплодию (Sun et al., 2019). Снижение поглощения Suc, по-видимому, отвечает за снижение прорастания пыльцы трансгенных растений табака, когда тканеспецифическая сверхэкспрессия NtCIF вызывает умеренное снижение активности инвертазы клеточной стенки; Дальнейшее снижение активности инвертазы клеточной стенки привело к снижению поглощения Glc и дополнительному снижению прорастания пыльцы (Goetz et al., 2017).Эксперименты по прорастанию пыльцы in vitro показывают различные реакции прорастания пыльцы на отдельные сахара в качестве источника углерода, начиная от одинакового хорошего роста на Glc, Fru и Suc для петунии ( Petunia hybrida ; Ylstra et al., 1998) до почти полного подавления роста. Glc и Fru по сравнению с Suc для Arabidopsis (Hirsche et al., 2017), с множеством видов (например, табак, помидор, яблоко) между ними. С этой сильно зависящей от вида потребностью в сахаре для прорастания пыльцы и роста трубок (Hirsche et al., 2017; Rottmann et al., 2018c), ожидается, что зависимость прорастания пыльцы и роста трубок от инвертазы клеточной стенки и типов переносчиков сахара (SUT / SUC по сравнению с STP) варьируется между видами. Однако неизвестно, есть ли у растений транспортер сахара, который поглощает и гексозу, и Suc для прорастания пыльцы и роста трубок.

    Suc и Glc могут также служить сигналами для прорастания пыльцы и роста трубок в дополнение к источникам углерода. Хотя Glc в качестве единственного источника углерода достаточно для прорастания пыльцы табака, удлинение трубки требует Suc в качестве метаболического сигнала (Goetz et al., 2017). В соответствии с этой сигнальной ролью Suc было продемонстрировано, что антисмысловое подавление SUCROSE NON ФЕРМЕНТИРОВАНИЕ 1 RELATED KINASE1 ( SnRK1 ), что приводит к аномальному развитию пыльцы и мужской стерильности у ячменя горького ( ; Zhang et al., 2001). У арабидопсиса Glc подавляет рост пыльцевых трубок посредством передачи сигналов, зависимой от гексокиназы 1 (Rottmann et al., 2016, 2018c).

    Многие виды растений синтезируют сахарные спирты в дополнение к Suc, который, по оценкам, обеспечивает 30% первичного производства углерода в глобальном масштабе (Bieleski, 1982).Присутствие сахарных спиртов у этих видов поднимает интересный вопрос о том, как передача сигналов сахарных спиртов действует в регуляции метаболизма сахара и использования для роста и развития растений. Прорастание пыльцы in vitro и рост трубок представляют собой отличную модельную систему для изучения передачи сигналов сахар / сахарный спирт из-за ее простоты и возможности экспериментальных манипуляций (Hirsche et al., 2017), хотя сообщалось о различиях в профилях экспрессии генов между in vitro. и системы in vivo (Qin et al., 2009).

    В семечковых и косточковых плодах семейства розоцветных, включая яблоко ( Malus domestica ), грушу ( Pyrus communis ), персик ( Prunus persica ), абрикос ( Prunus armeniaca ), сливу ( Prunus domestica ). ) и вишни ( Prunus avium ), сорбит является одним из основных углеводов, транспортирующих фотосинтез и флоэму. Сорбитол синтезируется посредством двухэтапного процесса в цитозоле исходных листьев: превращение Glc 6-фосфата в сорбитол-6-фосфат с помощью альдозо-6-фосфатредуктазы (A6PR) с последующим дефосфорилированием сорбитол-6-фосфата в сорбит (Negm and Лешер, 1981; Чжоу и др., 2003). Сорбитол попадает во флоэму вместе с Suc посредством пассивной симпластической нагрузки для транспортировки на большие расстояния (Reidel et al., 2009; Fu et al., 2011). В тонких тканях, таких как кончики побегов или плоды, сорбитол превращается в Fru под действием сорбитолдегидрогеназы (Negm and Loescher, 1979; Yamaguchi et al., 1994). Когда синтез сорбита снижается за счет антисмысловой репрессии A6PR в листьях яблони, больше Suc транспортируется в приемные органы, такие как кончики побегов и развивающиеся плоды, и соответствующая регуляция метаболизма Suc сохраняет гомеостатический рост деревьев и развитие плодов (Cheng et al., 2005; Чжоу и др., 2006; Ли и др., 2018). Однако в цветках трансгенных деревьев снижение уровня сорбита приводит к аномальному развитию тычинок и снижению прорастания пыльцы и роста трубок за счет фактора транскрипции MYB, MYB39L, что явно указывает на сигнальную роль сорбита в развитии тычинок и росте пыльцевых трубок (Meng et al. др., 2018а). В этой работе мы описываем характеристики STP, который поглощает Suc, а также гексозу и необходим для модулируемого сорбитолом роста пыльцевых трубок яблони.

    РЕЗУЛЬТАТЫ

    Антисмысловая репрессия

    MdSTP13a снижает рост пыльцевых трубок на Glc

    В более ранней работе было обнаружено, что трансгенные яблони «Зеленые рукава» со сниженным синтезом сорбита имели аномальное развитие тычинок и снижение роста пыльцевых трубок. Четыре предполагаемых переносчика сахара ( MdHT1 . 4 1 . 7 ) были среди генов с пониженной регуляцией в развивающихся пыльниках и растущих пыльцевых трубках трансгенных линий (Meng et al., 2018а). Филогенетический анализ этих переносчиков вместе с 14 STP Arabidopsis показывает, что они имеют наибольшее сходство последовательностей с AtSTP13 (дополнительный рисунок 1), и поэтому они переименованы в MdSTP13a, b, c и d, что соответствует MdHT1.7, 1.6, 1.5, и 1.4 (Wei et al., 2014).

    Принимая во внимание важность поглощения сахара для роста пыльцевых трубок, мы исследовали потенциальную роль этих четырех транспортеров сахара посредством трансфекции антисмысловых олигонуклеотидов (Meng et al., 2014b).Трансфекция пыльцы дикого типа ‘Greensleeves’ антисмысловым олигонуклеотидом снижала экспрессию соответствующего транспортера сахара во время роста пыльцевой трубки без изменения экспрессии других трех генов транспортера сахара (рисунки 1A-1D; дополнительный рисунок 2), но только антисмысловая трансфекция с олигонуклеотиды, нацеленные на MdSTP13a , приводили к значительному снижению роста пыльцевых трубок на 5% Glc (рисунки с 1E по 1I). Это указывает на то, что MdSTP13a необходим для роста трубок пыльцы яблони in vitro на Glc.В отличие от AtSTP13 , который экспрессируется в листьях (Schofield et al., 2009; Yamada et al., 2016), MdSTP13a специфически экспрессируется в тычинках и пыльцевых трубках цветков яблони (дополнительный рисунок 3; Meng et al., 2018a), что соответствует его роли в росте пыльцевых трубок.

    Рисунок 1. Уровни экспрессии

    MdSTP13s и рост пыльцевых трубок в ответ на трансфекцию антисмысловыми олигонуклеотидами.

    (A) от до (D) Уровни экспрессии MdSTP13a , MdSTP13b , MdSTP13c и MdSTP13d в пыльце, трансфицированной смысловым олигонуклеотидом MdSTP13d MdSTP137 и MdSTP13d (s- MdSTP13a , MdSTP13b , MdSTP13c , MdSTP13d ), антисмысловой олигонуклеотид (as- MdSTP137 MdSTP137 MdSTP137 MdSTP137 ) (Контроль) во время роста пыльцевой трубки на среде 5% Glc.

    (E) от до (H) Рост пыльцевой трубки в ответ на трансфекцию смысловым или антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a , MdSTP13b , MdSTP13c , MdSTP.

    (I) Фотографии роста пыльцевой трубки через 120 мин. Шкала шкалы = 50 мкм.

    Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка, n = 3. Различные буквы (a, b) указывают на значительную разницу между группами с использованием теста Tukey’s Honest Significant Difference Test при P <0.05 после ANOVA.

    MdSTP13a локализуется на плазматической мембране пыльцы

    MdSTP13a имеет 511 аминокислотных остатков и имеет 75% сходства аминокислотной последовательности с AtSTP13 (дополнительный рисунок 4), который является переносчиком гексозы (Nørholm et al., 2006; Schofield et al., 2009; Бюттнер, 2010). Все охарактеризованные AtSTPs являются белками, связанными с плазматической мембраной, которые транспортируют моносахариды (в основном гексозы) из апопласта в клетку (Büttner, 2007). Было предсказано, что MdSTP13a будет иметь 11 трансмембранных доменов (TMD) через TMHMM (http: // www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/), по сравнению с 12 TMD в AtSTP13 (дополнительный рисунок 5; Schofield et al., 2009).

    Для определения клеточной локализации белка MdSTP13a слитую конструкцию 35S: MdSTP13a-GFP временно экспрессировали в протопластах каллуса яблока. Сигнал GFP от слитого белка был совместно локализован на плазматической мембране с маркером Deep Red плазматической мембраны в отличие от широкого распределения по протопласту в контроле 35S: GFP (Фигуры 2A и 2B).Учитывая, что MdSTP13a высоко экспрессируется в тычинках и пыльцевых трубках (Meng et al., 2018a), мы также определили локализацию MdSTP13a в пыльцевых трубках путем биолистической экспрессии MdSTP13a-GFP под специфическим для пыльцы промотором Lat52 (Albani et al. , 1991; Хурана и др., 2012). Четкий сигнал GFP от слитого белка был обнаружен в плазматической мембране пыльцевой трубки с помощью красного маркера FM 4-64 (рис. 2С). Эти результаты показывают, что MdSTP13a является белком плазматической мембраны.

    Рисунок 2.

    Субклеточная локализация MdSTP13a.

    (A) и (B) Протопласт каллуса яблони, экспрессирующий 35S: GFP или 35S: MdSTP13a – GFP, при совместной локализации с маркером Deep Red плазматической мембраны (каталожный номер C10064; Thermo Fisher Scientific), наблюдаемый с помощью конфокальный лазерный микроскоп.

    (C) Пробирка пыльцы яблони, экспрессирующая Lat52: MdSTP13a-GFP, при совместной локализации с маркером плазматической мембраны FM 4-64, наблюдаемая с помощью конфокального лазерного микроскопа.

    Шкала = 10 мкм.

    MdSTP13a конкурентно транспортирует гексозу и Suc в дрожжах

    Чтобы охарактеризовать транспортные свойства кодируемого белка, мы экспрессировали MdSTP13a через вектор экспрессии дрожжей pDR196 в штамме дрожжей EBY.VW4000 с дефицитом транспорта гексозы, который не может расти на гексоза, но может расти на мальтозе (Wieczorke et al., 1999). Как и ожидалось, VW4000 с пустым вектором pDR196 не рос на 2% (мас. / Об.) Glc, но экспрессия MdSTP13a сделала возможным его рост на Glc (фиг. 3A).Анализ поглощения 14 C-Glc показал, что MdSTP13a -экспрессирующий EBY.VW4000 поглотил 14 C-Glc, тогда как пустой векторный контроль — нет (фиг. 3B). В исследованном диапазоне pH (от 2,0 до 8,0) максимальное поглощение C-Glc 14 происходило в диапазоне от 5,5 до 6,0 (рис. 3C), что согласуется с оптимумами pH, сообщенными для других членов семейства STP (Rottmann et al., 2016, 2018а). Основываясь на реакции поглощения 14 C-Glc на концентрации Glc, значение MdSTP13a для Glc K M было оценено как 157.3 ± 12,6 мкМ, с максимальной скоростью поглощения ( V макс ) 26,6 ± 1,3 нмоль мин -1 мг -1 клеток при pH 6,0 (рис. 3D) с помощью нелинейной регрессии, примененной к Михаэлису – Ментен кинетический анализ.

    Рисунок 3. Рост дрожжей

    и поглощение 14 C-Glc MdSTP13a, экспрессируемого в дрожжах ( S. cerevisiae ), штамм EBY.VW4000.

    (A) Анализ роста дрожжей EBY.VW4000, трансформированного pDR196 MdSTP13a или pDR196 отдельно на 2% мальтозе или Glc.

    (B) Динамика захвата 14 C-Glc штаммом дрожжей EBY.VW4000, трансформированный pDR196-MdSTP13a (закрашенный кружок) или только pDR196 (незаштрихованный кружок).

    (C) Зависимость от pH 14 Поглощение C-Glc EBY.VW4000, экспрессирующее MdSTP13a .

    (D) Кинетический анализ Михаэлиса – Ментен захвата 14 C-Glc в зависимости от концентрации Glc. K m = 153,7,9 ± 12,6 мкМ; В макс. = 26.6 ± 1,3 пмоль мин –1 мг –1 клеток. Кинетические константы были получены из нетрансформированных данных с помощью нелинейной регрессии с использованием программного обеспечения R (https://rpubs.com/RomanL/6752).

    (E) 14 Поглощение C-Glc MdSTP13a, выраженное в EBY.VW4000, под действием конкурирующих сахаров и метаболических ингибиторов. Конкурирующие сахара и метаболические ингибиторы (CCCP и PCMBS) добавляли за 30 секунд до добавления меченого 14 C-Glc в конечной концентрации 1 мМ и 50 мкМ, соответственно, и поглощение 14 C-Glc оценивали в течение 4 минут. .Значения относятся к значениям, полученным в отсутствие какого-либо конкурирующего сахара или метаболического ингибитора (контроль за 100%).

    (F) Графики Лайнуивера – Берка для 14 поглощения C-Glc MdSTP13a , выраженного в EBY.VW4000 при различных концентрациях Suc. Кинетические константы были получены из нетрансформированных данных с помощью нелинейной регрессии с использованием программного обеспечения R. Расчетное значение K m = 148,1 ± 10,2 мкМ, V max = 25.0 ± 1,4 пмоль мин –1 мг –1 клеток без Suc; K m = 184,2 ± 4,5 мкМ, V макс. = 25,1 ± 1,5 пмоль мин. –1 мг –1 клеток с 250 мкМ Suc; K m = 236,3 ± 5,9 мкМ, V макс. = 24,7 ± 1,5 пмоль мин. –1 мг –1 клеток с 500 мкМ Suc; и K м = 355,7 ± 9,2 мкМ, V max = 25.2 ± 1,4 пмоль мин -1 мг -1 клеток с 750 мкМ Suc. K I = 246 ± 13 мкМ.

    Данные представляют собой среднее ± стандартное значение, n = 3. Различные буквы (a, b, c, d) в (E) указывают на значительную разницу между группами с использованием теста честной значимой разницы Тьюки при P <0,05 после одного -way ANOVA. FW, свежий вес.

    Чтобы определить субстратную специфичность MdSTP13a, возможное поглощение других сахаров было оценено путем измерения поглощения 14 C-Glc в присутствии 10-кратного избытка нерадиоактивных сахаров, как показано на рисунке 3E.Другие гексозы, Gal, Fru и Man, снижали скорость поглощения 14 C-Glc до 56%, 53% и 50% соответственно. Поскольку добавление нерадиоактивного Glc снижало поглощение 14 C-Glc до 30% от контроля, данные показывают, что эти сахара транспортируются MdSTP13a, но с более низким сродством, чем Glc. Напротив, пентозы, такие как Xyl, Ara и Rib, дисахариды, включая туранозу, мальтозу, трегалозу и мелибиозу, и трисахариды, такие как раффиноза и основной сахарный спирт в яблоке, сорбит, не изменяли поглощение 14 C-Glu.Однако поглощение 14 C-Glc было значительно снижено в присутствии нерадиоактивного Suc (до 29% от контроля) и его аналога эскулина (до 49% от контроля), что позволяет предположить, что MdSTP13a имеет потенциал для транспортировки Suc. Кроме того, низкие концентрации разобщителя протонов, карбонилцианида m -хлорфенилгидразона (CCCP), значительно снизили поглощение 14 C-Glc (до 18%), но p -хлоркурифенилсульфоновая кислота (PCMBS), сульфгидрил реактивный реагент, нет (рис. 3E).Это говорит о том, что поглощение сахара через MdSTP13a происходит в симпорте с протонами, как было показано для других STP (Cheng et al., 2015; Rottmann et al., 2016, 2018a).

    Мы дополнительно проанализировали захват 14 C-Glc в ответ на диапазон концентраций Suc (от 0 до 750 мкМ), чтобы изучить тип ингибирования и кинетику MdSTP13a Suc. Увеличение концентрации Suc не изменило значение V max для 14 C-Glc, но уменьшило его значение K M с K I (константа ингибирования) значение 246 ± 13 мкМ (рис. 3F).Эти результаты предполагают, что Suc является конкурентным ингибитором поглощения Glc MdSTP13a.

    Чтобы напрямую оценить поглощение Suc MdSTP13a, мы экспрессировали MdSTP13a в транспорте гексозы и SUC2 -дефицитный штамм CSY4000 Saccharomyces cerevisiae , который был получен из EBY.VW4000 в качестве переносчиков гексозы для характеристики переносчиков гексозы. транспортеры (Rottmann et al., 2016). CSY4000 с пустым вектором pDR196 рос только на мальтозе, но дополнение CSY4000 с MdSTP13a обеспечивало рост на Suc и Glc (рис. 4A).Как и предполагалось, CSY4000, экспрессирующий MdSTP13a, , занял 14 C-Suc, тогда как пустой векторный контроль — нет (фиг. 4B). Оптимальный pH для поглощения 14 C-Suc с помощью MdSTP13a составляет ∼6,0 (рисунок 4C), аналогично тому, что для поглощения 14 C-Glc (рисунок 3C). Однако значение K M для Suc (66,9 ± 1,8 мкМ) ниже, чем для Glc (рис. 4D). Значение V max для Suc (9,4 ± 0,2 нмоль min -1 мг -1 клеток) составляет ∼1 / 3 от этого значения для Glc.Ингибирование поглощения 14 C-Suc нерадиоактивными сахарами аналогично ингибированию поглощения 14 C-Glc: гексозы, такие как Glc, Fru, Gal и Man, и Suc и его аналог эскулин ингибировали 14 C-Suc поглощение, тогда как другие сахара нет (рис. 4E). Подобно захвату C-Glc 14 , захват C-Suc 14 значительно ингибировался CCCP, но не PCMBS. Чтобы дополнительно подтвердить ингибирование поглощения 14 C-Suc Glc, мы проанализировали поглощение 14 C-Suc в диапазоне концентраций Glc (от 0 до 750 мкМ).Увеличение концентрации Glc не изменило значение V max для поглощения 14 C-Suc, но уменьшило значение K M с K I из 296 ± 16 мкМ (рис. 4F), демонстрируя типичную кинетику конкурентного ингибирования.

    Рисунок 4. Рост дрожжей

    и поглощение 14 C-Suc MdSTP13a, экспрессируемого в дрожжах ( S . cerevisiae ), штамм CSY4000.

    (A) Анализ роста дрожжей CSY4000, трансформированного pDR196 MdSTP13a или pDR196 отдельно на 2% мальтозе, Suc или Glc.

    (B) Динамика поглощения 14 C-Suc штаммом дрожжей CSY4000, трансформированным pDR196-MdSTP13a (закрашенный кружок) или только pDR196 (незаштрихованный кружок).

    (C) Зависимость от pH 14 Поглощение C-Suc CSY4000, экспрессирующего MdSTP13a .

    (D) Кинетический анализ Михаэлиса – Ментен захвата 14 C-Suc в зависимости от концентрации Suc. K м = 66,9 ± 1,8 мкМ, V макс = 9.4 ± 0,2 пмоль мин. –1 мг –1 клеток. Кинетические константы были получены из нетрансформированных данных с помощью нелинейной регрессии с использованием программного обеспечения R (https://rpubs.com/RomanL/6752).

    (E) 14 Поглощение C-Suc MdSTP13a, экспрессируемого в CSY4000, под действием конкурирующих сахаров и метаболических ингибиторов. Конкурирующие сахара и метаболические ингибиторы (CCCP и PCMBS) добавляли за 30 секунд до добавления меченого 14 C-Suc в конечной концентрации 1 мМ и 50 мкМ, соответственно, и поглощение 14 C-Suc оценивали в течение 4 минут. .Значения относятся к значениям, полученным в отсутствие какого-либо конкурирующего сахара или метаболического ингибитора (контроль за 100%).

    (F) Графики Лайнуивера – Берка для 14 поглощения C-Suc MdSTP13a , выраженного в CSY4000 при различных концентрациях Glc. Кинетические константы были получены из нетрансформированных данных с помощью нелинейной регрессии с использованием программного пакета R. Расчетное значение K m = 66,2 ± 5,5 мкМ, V max = 9.2 ± 0,2 пмоль мин –1 мг –1 клеток без Glc; K m = 113,9 ± 3,8 мкМ, V макс. = 9,3 ± 0,2 пмоль мин. –1 мг –1 клеток с 250 мкМ Glc; K m = 148,1 ± 7,8 мкМ, V макс. = 9,4 ± 0,4 пмоль мин. –1 мг –1 клеток с 500 мкМ Glc; и K м = 193,6 ± 13,9 мкМ, V max = 9.2 ± 0,2 пмоль мин. –1 мг –1 клеток с 750 мкМ Glc. K I = 296 ± 16 мкМ.

    Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка, n = 3. Различные буквы (a, b, c) в (E) указывают на значительную разницу между группами с использованием теста честной значимой разницы Тьюки при P <0,05 после одностороннего ANOVA. FW, свежий вес.

    Чтобы наши анализы 14 C-сахара были надежными, два ранее охарактеризованных транспортера сахара — STP от Arabidopsis, AtSTP13 (Nørholm et al., 2006) и транспортер Suc из картофеля ( Solanum tuberosum ), StSUT1 (Krügel et al., 2013) — были экспрессированы в CSY4000 через pDR196 и включены в качестве дополнительных контролей. Анализы эскулина показали, что CSY4000, экспрессирующий MdSTP13a или StSUT1 , поглощал эскулин, тогда как CSY4000, экспрессирующий AtSTP13 или пустой вектор pDR196 , не поглощал (дополнительная фигура 6A). В соответствии с ранее сообщенной субстратной специфичностью, 14 захват C-Glc с помощью AtSTP13 ингибировался Glc, но не Suc или эскулином, тогда как захват 14 C-Suc с помощью StSUT1 ингибировался Suc и эскулином, но не Glc (Дополнительные рисунки 6B и 6C).

    Мы также экспрессировали MdSTP13a в широко используемом штамме дрожжей SUSY7 / ura3 с дефицитом поглощения Suc и SUC2 (Riesmeier et al., 1992) для дальнейшей проверки его способности поглощать 14 C-Suc, с StSUT1 выражается в SUSY7 / ura3 в качестве положительного контроля. Подобно результатам, полученным с CSY4000-MdSTP13a, 14 Поглощение C-Suc с помощью SUSY7 / ura3-MdSTP13a ингибировалось Glc, Suc и эскулином. Напротив, захват 14 C-Suc с помощью SUSY7 / ura3-StSUT1 ингибировался Suc и эскулином, но не Glc (дополнительные фигуры 6D и 6E).Взятые вместе, эти результаты показывают, что MdSTP13a является двойным транспортером, который поглощает Suc, а также гексозу.

    Антисмысловая репрессия

    MdSTP13a снижает рост пыльцевых трубок на Glc и Suc, но не на мальтозе

    Основываясь на субстратной специфичности MdSTP13a, полученной в дрожжах, мы предположили, что MdSTP13a необходим для роста пыльцевых трубок яблони на Suc, а также Glc, но не на мальтозе. Чтобы проверить эту гипотезу, мы провели эксперименты по выращиванию в пыльцевой трубке трех сахаров, изменив экспрессию MdSTP13a посредством олигонуклеотидной трансфекции.В жидких средах для проращивания, содержащих 5% Glc, Suc или мальтозу, трансфекция антисмыслового олигонуклеотида с помощью MdSTP13a (as- MdSTP13a ) значительно снижает уровень его транскрипта во время роста пыльцевой трубки по сравнению с контролем (только агент трансфекции) и смысловой олигонуклеотидной трансфекцией. (s- MdSTP13a ; Рисунок 5A). Это привело к значительно более медленному росту пыльцевых трубок как на среде Glc, так и на среде Suc, но не на среде с мальтозой (рисунок 5B; дополнительный рисунок 7). Это согласуется с обнаружением у дрожжей с гетерологичной экспрессией MdSTP13a, что и Glc, и Suc поглощаются MdSTP13a, тогда как мальтоза — нет (Фигуры 3D и 4D).

    Рисунок 5. Рост пыльцевой пробирки

    в ответ на MdSTP13a Трансфекция антисмысловым олигонуклеотидом на средах с различными сахарами и активность транспорта сахара, определенная с помощью зажима-зажима.

    (A) Уровни экспрессии MdSTP13a в пыльце, трансфицированной смысловым или антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a (s- MdSTP13a , as- MdSTP13a , только as- MdSTP13a в пробирке во время роста пыльцы или в пробирке для трансфекции ), контрольная пробирка для трансфекции пыльцы на 5% Glc, Suc или среде мальтозы.

    (B) Рост in vitro пыльцевых трубок пыльцы, трансфицированной s- MdSTP13a , as- MdSTP13a , или контроль.

    (C) Репрезентативные записи токов через протопласты пыльцевых трубок, трансфицированных s- MdSTP13a , as- MdSTP13a , или контроль после добавления 50 мМ Glc (вверху) или 50 мМ Suc (внизу).

    (D) Glc-индуцированные изменения плотности тока (вверху), полученные из отдельных протопластов пыльцевых трубок, трансфицированных s- MdSTP13a ( n = 8), as- MdSTP13a ( n = 8) или Контроль ( n = 6) и Suc-индуцированные изменения плотности тока (внизу), полученные из отдельных протопластов пыльцевой трубки, трансфицированных s- MdSTP13a ( n = 8), as- MdSTP13a ( n = 8) или Control ( n = 7).

    Данные являются средними ± стандартными значениями, n = 3 в (A) и (B) . Разные буквы (а, b) указывают на значительную разницу между группами, использующими критерий честной значимой разницы Тьюки при P <0,05 после однофакторного дисперсионного анализа.

    Поскольку внеклеточная инвертаза может расщеплять Suc на Glc и Fru, поддерживая рост пыльцевых трубок на среде Suc, мы использовали два подхода, чтобы определить, играет ли превращение Suc в Glc и Fru значительную роль в обеспечении углеродом для роста пыльцевых трубок яблони на Среда Suc.Во-первых, мы непосредственно измерили сахарный состав среды Suc на протяжении роста пыльцевой трубки. Концентрация Suc оставалась практически неизменной в течение 2-часового периода роста пыльцевой трубки (дополнительная фигура 8A). В начале роста пыльцевых трубок в среде Suc было следовое количество Glc и Fru (предположительно из-за примеси используемого Suc), и их концентрации увеличивались в первые 1,5 часа, а затем выравнивались. Однако концентрации Glc и Fru все еще были очень низкими даже в конце 2-часового периода роста пыльцевой трубки (~ 120 мкг / мл), что позволяет предположить, что расщепление Suc инвертазой клеточной стенки очень ограничено.Основываясь на кинетике поглощения MdSTP13a для Glc и Suc и их конкурентном ингибировании, мы предсказали, что вклад поглощения Glc / Fru в рост пыльцевых трубок на среде Suc будет незначительным. Когда пыльцевые зерна проращивали на среде Glc и Fru при концентрации 120 мкг / мл каждая, с добавлением маннита или без него, чтобы довести осмотический потенциал до уровня 5% Suc, рост пыльцевых трубок был по существу таким же, как и в контроле без сахара, тогда как пыльца Пробирка была значительно длиннее в среде Suc в течение первых 2 часов и позже (дополнительный рисунок 8B).Это ясно демонстрирует, что, хотя первоначальный рост пыльцевой трубки зависит в первую очередь от питательных веществ, хранящихся в пыльцевых зернах, их последующий рост в основном поддерживается за счет поглощения Suc из среды Suc. Во-вторых, мы выбрали наиболее экспрессируемую инвертазу клеточной стенки, MdCWI2 (MDP0000268052), на основе наших данных РНК-секвенирования (Meng et al., 2018a) с последующим подтверждением количественной ПЦР с обратной транскрипцией (RT-qPCR) и трансфицировали пыльцу яблони дикого типа ‘Greensleeves’, чтобы определить, приводит ли подавление ее экспрессии к снижению роста пыльцевых трубок.Трансфекция олигонуклеотида антисмыслового MdCWI2 пыльцы дикого типа значительно снижала уровень ее транскрипта, но не влияла на рост пыльцевых пробирок (дополнительная фигура 9). В совокупности эти результаты показывают, что превращение Suc в Glc и Fru очень мало способствует росту пыльцевых трубок на среде Suc в течение первых 2 часов в яблоке.

    Поскольку было продемонстрировано, что SUT / SUC необходимы для роста пыльцевых трубок томатов (Hackel et al., 2006), Arabidopsis (Sivitz et al., 2008), риса (Hirose et al., 2010) и огурца (Sun et al., 2019) мы определили роль SUT в росте пыльцевых трубок яблока на среде Suc. Наиболее высоко экспрессируемый SUT в пыльце, MdSUT2 (MDP0000850943), был выбран для трансфекции пыльцы яблони дикого типа Greensleeves на основании наших данных РНК-секвенирования (Meng et al., 2018a) с последующим подтверждением с помощью ОТ-КПЦР. Трансфекция олигонуклеотида антисмысловым MdSUT2 значительно снижала его экспрессию, но не влияла на рост пыльцевых трубок (дополнительная фигура 10).

    Чтобы подтвердить, что MdSTP13a поглощает как Glc, так и Suc во время роста пыльцевой трубки, мы использовали технику патч-кламп для мониторинга активности переносчика через плазматическую мембрану изолированных протопластов пыльцевой трубки в ответ на антисмысловую олигонуклеотидную трансфекцию MdSTP13a (as- MdSTP13a ). Поскольку трансмембранный градиент H + управляет транспортной способностью H + -зависимого транспортера, мы решили использовать pH 7,5 для среды пипетки и pH 5.5 для ванны среднего размера. Протопласты пыльцевых трубок выделяли из контроля или трансфицировали флуоресцентным зондом, меченным cy5 as- MdSTP13a или олигонуклеотидом s- MdSTP13a , и отбирали под флуоресцентным микроскопом для патч-кламп. Когда Glc был добавлен в раствор ванны до конечной концентрации 50 мМ, трансмембранные токи 0,46 ± 0,04 пА / пФ и 0,42 ± 0,02 пА / пФ были зарегистрированы в контроле и протопластах, трансфицированных s- MdSTP13a , соответственно, тогда как значительно меньший ток (0.29 ± 0,03 пА / пФ) был обнаружен в протопластах, трансфицированных as- MdSTP13a (Фигуры 5C и 5D; Дополнительный Рисунок 11). Аналогичным образом, когда Suc добавляли отдельно к раствору ванны до конечной концентрации 50 мМ, в клетках, трансфицированных олигонуклеотидом as- MdSTP13a (0,31 ± 0,05 пФ), был зарегистрирован значительно меньший трансмембранный ток, чем в контроле ( 0,56 ± 0,03 pA / pF) и клетки, трансфицированные олигонуклеотидом s- MdSTP13a (0,58 ± 0,03 pA / pF) (фигуры 5C и 5D).Поскольку токи регистрировались в течение нескольких минут после добавления соответствующих сахаров для протопластов (без клеточной стенки), индуцированный ток вряд ли является результатом превращения какой-либо гексозы из Suc. Таким образом, измерения Glc- и Suc-индуцированных трансмембранных токов показывают, что MdSTP13a функционирует как симпортер сахара / протона, опосредуя импорт Glc и Suc в растущие пыльцевые трубки.

    Эскулин использовался для имитации поглощения Suc дрожжами и растениями (Gora et al., 2012; Zanon et al., 2015; Ниберл и др., 2017; Роттманн и др., 2018b; Patzke et al., 2019). Мы провели анализы эскулина на пыльце, трансфицированной as- MdSTP13a или s- MdSTP13a (в качестве контроля), чтобы дополнительно проверить поглощение Suc MdSTP13a для роста пыльцевых трубок. Инкубация развивающихся пыльцевых пробирок с 1 мМ эскулина в течение 40 минут показала, что пыльцевые пробирки, трансфицированные as- MdSTP13a– , имели значительно более низкую интенсивность флуоресценции, чем пыльцевые пробирки, трансфицированные s- MdSTP13a– (рис. 6), что указывает на as- MdSTP13a. Трансфекция привела к значительному снижению способности поглощения Suc пыльцевыми трубками.

    Фигура 6. Поглощение

    эскулина пыльцевыми пробирками в ответ на трансфекцию антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a .

    (A) Конфокальные изображения поглощения эскулина в пыльцевых трубках, трансфицированных CY5-меченным смысловым или антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a (s- MdSTP13a , as- MdSTP13a ).

    (B) Количественная оценка поглощения эскулина в пыльцевых трубках, трансфицированных s- MdSTP13a или as- MdSTP13a .Относительную флуоресценцию измеряли с помощью программного обеспечения ImageJ (https://imagej.nih.gov/ij/). Данные являются средними ± стандартными значениями. ** Представляет собой значительные различия по сравнению с контролем с использованием теста Стьюдента t при P <0,01.

    Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка, n = 10. ** Представляет значимые различия с использованием теста Стьюдента t при P <0,01.

    Пыльца с более низким содержанием сорбита снижает рост пыльцевых трубок на Glc и Suc, но не на мальтозе

    В более ранней работе были обнаружены уровни транскрипции MdMYB39L , фактора транскрипции MYB, и нескольких его потенциальных генов-мишеней, включая MdSTP13a подавляется в развивающихся тычинках и растущих пыльцевых трубках двух трансгенных линий (A4 и A10) с антисмысловым подавлением экспрессии A6PR .Снижение синтеза сорбита привело к аномальному развитию тычинок и уменьшению роста пыльцевых трубок в антисмысловых линиях через MdMYB39L , а применение экзогенного сорбита частично восстановило фенотип (Meng et al., 2018a). Измерения концентрации сахара в зрелых пыльцевых зернах подтвердили, что концентрация сорбита была значительно ниже как в A4, так и в A10, чем в диком типе, при этом A10 имеет несколько более низкий уровень сорбита, чем A4, в то время как не было обнаружено разницы в концентрациях других сахаров (дополнительная фигура 12).Мы пришли к выводу, что, если MdSTP13a необходим для модулируемого сорбитом роста пыльцевых трубок, рост пыльцевых трубок трансгенных линий будет зависеть от того, является ли источник углерода, используемый в среде, субстратом MdSTP13a или нет. Мы провели анализ роста пыльцевых трубок в среде с Glc, Suc или мальтозой в качестве единственного источника углерода. Уровни транскрипта как MdMYB39L , так и MdSTP13a были значительно ниже в пыльцевых трубках A4 и A10, чем в контроле дикого типа, независимо от используемого источника углерода (рисунки 7A и 7B), с уровнем MdSUT2 и средним сахарным составом. без изменений между генотипами на среде Suc (дополнительная фигура 13).Однако A4 и A10 показали более медленный рост пыльцевых трубок по сравнению с контролем дикого типа на среде Glc и Suc, но не на среде мальтозы (фигура 7C; дополнительная фигура 14). Мы также измерили Glc- и Suc-индуцированные трансмембранные токи в протопластах пыльцевых трубок, выделенных из линий дикого типа (контроль), A4 и A10 с помощью патч-зажима. Значительно меньшие токи были обнаружены в пыльцевых трубках трансгенных линий A4 и A10 по сравнению с таковыми из контроля дикого типа при добавлении 50 мМ Glc или Suc (фигуры 7D и 7E; дополнительная фигура 15).Эти данные согласуются с данными, когда уровень транскрипта MdSTP13a подавлялся антисмысловой олигонуклеотидной трансфекцией (Фигуры 5C и 5D). Взятые вместе, эти данные демонстрируют, что трансгенная пыльца со сниженным уровнем сорбита снижает рост пыльцевых трубок на Glc и Suc, а снижение роста связано со сниженным опосредованным MdSTP13a поглощением Glc и Suc в растущие пыльцевые трубки. Отсутствие различий в росте пыльцевых трубок между двумя трансгенными линиями и диким типом на мальтозе согласуется с тем, что мальтоза не является субстратом MdSTP13a.

    Рис. 7. Рост в пыльцевой трубке

    антисмысловых линий A6PR (A4 и A10) яблока «Зеленые рукава» на средах с разным сахаром и активность транспорта сахара через плазменную мембрану пыльцевых пробирок, определенную с помощью зажима-зажима.

    (A) — (B) Уровни экспрессии MdMYB39L и MdSTP13a во время роста пыльцевой трубки нетрансформированного контроля дикого типа (СК) и антисмысловых линий A6PR (A4 и A10) на Glc, Suc, или мальтозная среда.

    (C) Рост CK, A4 и A10 в пыльцевой трубке in vitro на 5% Glc, Suc или среде с мальтозой.

    (D) Репрезентативные записи токов, полученных от отдельных протопластов пыльцевых трубок CK, A4 и A10 после добавления 50 мМ Glc (вверху) или 50 мМ Suc (внизу).

    (E) Glc-индуцированные изменения плотности тока (вверху), полученные из протопластов пыльцевых трубок CK ( n = 8), A4 ( n = 6) и A10 ( n = 6) и Suc-индуцированные изменения плотности тока (внизу), полученные из протопластов пыльцевых трубок CK ( n = 8), A4 ( n = 7) и A10 ( n = 7).

    Данные являются средними ± стандартными значениями, n = 3 дюйма (A) , (B) , (C), и (D) . Различные буквы (a, b, c) указывают на существенные различия между генотипами с использованием теста Tukey’s Honest Significant Difference Test при P <0,05 после однофакторного дисперсионного анализа.

    Анализы поглощения эскулина во время роста пыльцевых пробирок показали, что пыльцевые пробирки A4 и A10 имели значительно более низкую интенсивность флуоресценции, чем контрольные пыльцевые пробирки дикого типа (дополнительный рисунок 16), что указывает на то, что трансгенная пыльца с пониженным уровнем сорбита имеет значительно более низкую способность поглощения Suc. для поддержки роста пыльцевых трубок.

    MYB39L связывается с промотором

    MdSTP13a , и антисмысловая репрессия MYB39L снижает рост пыльцевых трубок на Glc и Suc, но не на мальтозе. полученные ранее (Meng et al., 2018a), и параллельные изменения уровней транскриптов между MdMYB39L и MdSTP13a во время роста пыльцевой трубки предполагают регуляцию транскрипции MdSTP13a с помощью MdMYB39L.Мы обнаружили два типичных сайта связывания MYB, MBS1 (CAACTG) и MBS2 (CGGTCA), в промоторной области (1017 п.н.) MdSTP13a с помощью анализа секвенирования (рис. 8A). Впоследствии были проведены анализы одного гибрида дрожжей (Y1H), чтобы определить, связывается ли MdMYB39L с промотором MdSTP13a . MdMYB39L был вставлен в вектор pGADT7, и фрагменты промотора MdSTP13a различной длины были сгенерированы и вставлены в вектор pAbAi, как показано на Фигуре 8B. Дрожжи, котрансформированные pGADT7-MdMYB39L и pAbAi-MdSTP13a-Pro, содержащие один или оба сайта связывания MBS, нормально росли в планшетах SD-Leu-Ura / 200 нг мл -1 aureobasidin A (AbA), но отрицательный контроль или промоторная область без мотива MBS — нет (фиг. 8C).

    Рисунок 8. Анализ связывания

    фактора транскрипции MdMYB39L с мотивом MBS в промоторе MdSTP13a .

    (A) сайтов связывания MYB MBS1 (CAACTG) и MBS2 (CGGTCA), а также CARE1 (TGGGATA) и CARE2 (CAACAGA) в промоторе MdSTP13a . Цифры указывают положения различных цис--действующих элементов перед CDS MdSTP13a с первым нуклеотидом его стартового кодона, обозначенным как ноль.

    (B) Различные области промотора MdSTP13a для анализа Y1H, с вертикальными пунктирными линиями, представляющими положения MBS1 и MBS2.

    (C) Y1H анализ связывания белка MdMYB39L с различными областями промотора MdSTP13a , как показано в (B) . Положительный контроль: pGADT7-Rec-p53 + p53-AbAi; Отрицательный контроль-1: pGADT7-MYB39 + pAbAi; Отрицательный контроль-2: pGADT7 + pAbAi-MdSTP13a-Pro.

    (D) EMSA для связывания белка MdMYB39L с промотором MdSTP13a . Меченые биотином олигонуклеотиды использовали в качестве зондов для EMSA. Дорожки с 1 по 5 представляют собой CARE1, CARE2, MBS1, MBS2 и положительный контроль в наборе, соответственно.

    (E) ChIP-PCR подтверждение связывания белка MdMYB39L с MBS1 и MBS2 в промоторе MdSTP13a . Комплекс MdMYB39L-ДНК коиммунопреципитировали из каллусов трансгенных яблок MdMYB39L-GFP с использованием антитела GFP с пустыми каллусами яблок, трансгенных с вектором GFP, в качестве отрицательного контроля. Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка, n = 3. ** Представляет значимые различия с использованием теста Стьюдента t при P <0,01.

    Анализ сдвига электрофоретической подвижности (EMSA) выполняли с использованием прокарион-экспрессируемых и очищенных слитых белков MdMYB39L-GST.Олигонуклеотидный зонд из промотора MdSTP13a , содержащий любой из сайтов MBS, использовали для аффинного улавливания ДНК. Когда белок MdMYB39L инкубировали с меченными биотином промоторными олигонуклеотидами MdSTP13a , ДНК-белковый комплекс с более медленной подвижностью наблюдался для фрагментов промотора, содержащих любой сайт MBS (рис. 8D, дорожки 3 и 4), но не для фрагментов промотора без MBS. (Рисунок 8D, дорожки 1 и 2). Это предполагает, что для специфического связывания MdMYB39L с промотором MdSTP13a требуется мотив MYB.

    Для проверки связывания MdMYB39L in vivo с промотором MdSTP13a был проведен анализ иммунопреципитации хроматина (ChIP) -PCR с использованием трансгенных каллусов яблони, сверхэкспрессирующих MdMYB39L-GFP и контроль GFP. Промоторные области MBS MdSTP13a , но не другие цис-действующие регуляторные элементы (CARE в качестве отрицательного контроля), были обогащены с помощью ChIP-PCR в трансгенных каллусах 35S: MYB39L-GFP по сравнению с контролем 35S: GFP (рис. 8E). Эти результаты подтверждают специфическое связывание MdMYB39L с мотивами MBS в промоторе MdSTP13a .

    Чтобы подтвердить, что MdMYB39L транскрипционно регулирует MdSTP13a во время роста пыльцевой трубки, мы подавили экспрессию MdMYB39L с помощью антисмысловой олигонуклеотидной трансфекции MdMYB39L (as- MdMYB). По сравнению с трансфекцией смыслового олигонуклеотида (s- MdMYB39L ) и контролем трансфекционного агента, as- MYB39L значительно снижал уровень транскрипта как MdMYB39L , так и MdSTP13a (Фигуры 9A и 9B117), не влияя на экспрессию MdSUT (Дополнительный рисунок 17).Это привело к значительному снижению роста пыльцевых трубок на среде Glc и Suc, но не на среде с мальтозой (рисунок 9C; дополнительный рисунок 18). Эти результаты демонстрируют, что MdMYB39L регулирует экспрессию MdSTP13a , модулируя рост пыльцевых трубок, изменяя способность MdSTP13a поглощать Glc и Suc.

    Рисунок 9. Рост пыльцевых пробирок

    в ответ на трансфекцию антисмысловым олигонуклеотидом MdMYB39L на Glc, Suc или мальтозной среде.

    (A) и (B) Уровни экспрессии MdMYB39L и MdSTP13a в пыльце, трансфицированной смысловым или антисмысловым олигонуклеотидом MdMYB39L или трансфекцией MdMYB39L , MdMYB39L (s- MdMYB39L ) только агент (контроль) во время роста пыльцевых трубок на среде с 5% Glc, Suc или мальтозой.

    (C) Рост пыльцевых трубок in vitro пыльцы, трансфицированной s- MdMYB39L , as- MdMYB39L , или контроль на 5% Glc, Suc или среде мальтозы.

    Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка, n = 3. Различные буквы (a, b) указывают на значительную разницу между группами, использующими критерий достоверной разницы Тьюки при P <0,05 после однофакторного дисперсионного анализа.

    Модулированный сорбитолом рост пыльцевых трубок зависит как от MdMYB39L, так и от MdSTP13a

    Ранее было продемонстрировано, что добавление сорбита к среде для прорастания пыльцы in vitro частично восстанавливает рост пыльцевых трубок A6PR антисмысловых линий A4 и A10 на Suc и гексозы ( Meng et al., 2018а). Мы предсказали, что если сорбитол-модулированный рост пыльцевых трубок зависит как от MdMYB39L, так и от MdSTP13a, антисмысловое подавление любого из них уменьшит частичное восстановление роста пыльцевых трубок за счет добавления сорбита в среду для проращивания.

    Когда 25 мМ сорбита было добавлено в среду для прорастания пыльцы с 5% Suc в сочетании со смысловой или антисмысловой трансфекцией олигонуклеотида MdMYB39L , только трансфекция as- MdMYB39L значительно снизила уровень транскрипта MdMYB39L в дикой природе. тип пыльцы и, как следствие, уменьшение роста пыльцевых трубок (Рисунок 10), что аналогично результату, полученному ранее без добавления сорбита (Рисунок 9).Для пыльцы A4 и A10 добавление сорбита увеличивало экспрессию как MdMYB39L , так и MdSTP13a и частично восстанавливало рост пыльцевых трубок, но это частичное восстановление было заблокировано трансфекцией as- MdMYB39L , которая значительно снизила относительный уровень транскрипта MdMYB39L . на трансфекцию s- MdMYB39L (фиг.10; дополнительная фигура 19). Аналогичные результаты были получены при использовании 5% Glc в качестве источника углерода (дополнительная фигура 20).Эти данные подтверждают, что сорбит модулирует рост пыльцевых трубок через MdMYB39L.

    Рисунок 10.

    Рост пыльцевой трубки контроля дикого типа (CK) и A6PR антисмысловых линий (A4 и A10) Apple «Greensleeves» в ответ на добавление сорбита в комбинации с MdMYB39L Трансфекция антисмысловым олигонуклеотидом в сахаросодержащую среду .

    (A) и (B) Уровни экспрессии MdMYB39L и MdSTP13a в ответ на добавление сорбита (25 мМ) в комбинации с MdMYB39L смысловой или антисмысловой олигонуклеотидной олигонуклеотидом MdMYB39L или as- MdMYB39L ), используя среду 5% Suc только в качестве контроля.

    (C) Ответы роста пыльцевых трубок на добавление сорбита в комбинации с трансфекцией s- MdMYB39L или as- MdMYB39L .

    Данные являются средними ± стандартными значениями. n = 3. Различные буквы (а, b) указывают на значимые различия с использованием критерия честной значимой разницы Тьюки при P <0,05 после однофакторного дисперсионного анализа.

    Чтобы определить, требует ли модулированный сорбитолом рост пыльцевой трубки посредством MdMYB39L поглощение сахаров, опосредованное MdSTP13a, мы добавили 25 мМ сорбита в среду для прорастания пыльцы с 5% Suc в сочетании со смысловым или антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a, трансфекция MdSTP13a .В пыльце дикого типа только трансфекция as- MdSTP13a значительно снизила уровень транскрипта MdSTP13a , что привело к снижению роста пыльцевых трубок. Добавление сорбита увеличивало экспрессию как MdMYB39L , так и MdSTP13a в пыльцевых пробирках A4 и A10 и частично восстанавливало их рост, но это частичное восстановление блокировалось трансфекцией as- MdSTP13a , которая значительно снижала уровень транскрипта MdSTP13a относительно s- Трансфекция MdSTP13a (фигура 11; дополнительная фигура 21).Аналогичные результаты были получены при использовании 5% Glc в качестве источника углерода (дополнительная фигура 22). В сочетании с данными, полученными по регуляции транскрипции MdSTP13a с помощью MdMYB39L (рисунки 8, 9 и 10), эти результаты ясно показывают, что модулированный сорбитолом рост пыльцевых трубок требует опосредованного MdSTP13a поглощения Suc и Glc, которое регулируется MdMYB39L. в ответ на сорбитол.

    Рисунок 11.

    Рост пыльцевых трубок контроля дикого типа (CK) и A6PR антисмысловых линий (A4 и A10) Apple «Greensleeves» в ответ на добавление сорбита в комбинации с MdSTP13a Трансфекция антисмысловым олигонуклеотидом в среде Suc .

    (A) и (B) Уровни экспрессии MdMYB39L и MdSTP13a в ответ на добавление сорбита (25 мМ) в комбинации с MdSTP13a смысловой или антисмысловой олигонуклеотидной трансфекцией MdSTP13a (sdST-P ) или as- MdSTP13a ), используя среду 5% Suc только в качестве контроля.

    (C) Ответы роста пыльцевых трубок на добавление сорбита в комбинации с трансфекцией s- MdSTP13a или as- MdSTP13a .

    Данные являются средними ± стандартными значениями. n = 3. Различные буквы (а, b) указывают на значимые различия с использованием критерия честной значимой разницы Тьюки при P <0,05 после однофакторного дисперсионного анализа.

    ОБСУЖДЕНИЕ

    В более ранней работе мы обнаружили, что сорбит действует как сигнал, регулирующий развитие тычинок, прорастание пыльцы и рост трубок яблони посредством MYB39L (Meng et al., 2018a). Один из генов, регулируемых снижением уровня сорбита в тычинках и пыльцевых трубках, — это MdSTP13a , STP, гомологичный STP13 у Arabidopsis.Здесь мы демонстрируем, что MdSTP13a поглощает Suc, а также гексозу для роста пыльцевых трубок in vitro и транскрипционно регулируется MdMYB39L в ответ на сорбитол. Это выявляет ситуацию, когда локализованный в плазматической мембране транспортер сахара служит двойным транспортером для гексозы и Suc и регулируется сахарным спиртом, опосредуя поглощение сахара для ключевого процесса развития растений.

    MdSTP13a — двойной транспортер сахара, необходимый для роста пыльцевых трубок яблони

    MdSTP13a был впервые идентифицирован как один из генов с пониженной регуляцией по пониженному уровню сорбита в тычинках и пыльцевых трубках трансгенных яблонь с антисмысловой репрессией A6PR (Meng. и другие., 2018а). Подавление экспрессии MdSTP13a посредством антисмысловой олигонуклеотидной трансфекции пыльцы дикого типа указывает на то, что она играет важную роль в росте пыльцевых трубок на Glc (рис. 1). MdSTP13a локализуется на плазматической мембране пыльцевых трубок (рис. 2). 14 Анализы поглощения C-Glc MdSTP13a, экспрессированного в дефицитном по транспорту гексозе дрожжевом штамме EBY.VW4000, подтвердили, что он транспортирует Glc и другие гексозы, что аналогично Arabidopsis STP13 (Nørholm et al., 2006). Сродство MdSTP13a к Glc ( K M = 153.7 мкМ) ниже, чем у AtSTP1, STP4, STP6, STP8, STP9, STP10, STP11 и STP12 ( K M = от 7,6 до 84 мкМ) и CsHT1 ( K M = 107,3 ​​мкМ), но выше, чем у AtSTP3 ( K M = 2 мМ; Truernit et al., 1996; Büttner et al., 2000; Sherson et al., 2000; Schneidereit et al., 2003, 2005; Scholz-Starke et al., 2003; Cheng et al., 2015; Rottmann et al., 2016, 2018a). Первым признаком того, что MdSTP13a также функционирует как транспортер Suc, является ингибирование его поглощения 14 C-Glc Suc и его аналогом эскулином, и впоследствии было установлено, что это ингибирование является конкурентным по природе с помощью анализов поглощения 14 C-Glc. с увеличением концентрации Suc (рис. 3).Анализы захвата 14 C-Suc на штамме дрожжей CSY4000 с дефицитом транспорта гексозы и SUC2 , дополненном MdSTP13a, подтвердили поглощение Suc и его конкурентное ингибирование Glc (фиг. 4). Дополнительное подтверждение конкурентного ингибирования между Suc и Glc было получено с помощью анализов поглощения 14 C-сахара MdSTP13a, экспрессированного в широко используемом штамме дрожжей с дефицитом поглощения Suc и SUC2 , SUSY7 / ura3 (дополнительная фигура 6D). Интересно, что сродство MdSTP13a к Suc ( K M = 66.9 мкМ) близко к верхнему пределу высокоаффинных SUT / SUC двудольных ( K M = от 66 мкМ до 2 мМ; Stadler et al., 1995; Stadler and Sauer, 1996; Kühn et al. , 1997; Barker et al., 2000; Weise et al., 2000; Knop et al., 2004; Sivitz et al., 2007; Kühn, Grof, 2010) и намного выше, чем у других SUT / SUC ( K M = от 2 до 20 мМ; Rae et al., 2005; Reinders et al., 2006). В совокупности эти данные демонстрируют, что MdSTP13a является двойным переносчиком гексозы и Suc.

    MdSTP13a специфически экспрессируется в тычинках и пыльцевых трубках (Meng et al., 2018a; Supplemental Figure 3). Несколько линий доказательств подтверждают, что он поглощает Suc, а также Glc для роста пыльцевых трубок. Во-первых, когда Suc, Glc или мальтоза использовались в качестве единственного источника углерода для пыльцы яблони дикого типа, трансфицированной антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a , снижение роста пыльцевых трубок было обнаружено как на Suc, так и на Glc, но не на мальтозе. Это согласуется с субстратной специфичностью MdSTP13a, полученной в дрожжах, о том, что и Suc, и Glc поглощаются MdSTP13a, а мальтоза — нет (Фигуры 3E и 4E).Во-вторых, гексозы, полученные в результате расщепления Suc инвертазой клеточной стенки, очень мало влияют на рост пыльцевых трубок яблони на среде Suc. Измерения сахарного состава среды Suc на протяжении роста пыльцевой трубки показали очень низкие концентрации Glc и Fru, и даже самые высокие обнаруженные концентрации Glc и Fru не поддерживали рост пыльцевой трубки за пределами контроля без сахара (дополнительный рисунок 8 ). Трансфекция пыльцы антисмысловым олигонуклеотидом гена инвертазы основной клеточной стенки, MdCWI2 , также не влияла на рост пыльцевых трубок (дополнительная фигура 9).В-третьих, патч-кламп-анализ протопластов пыльцы показал значительно более низкие трансмембранные токи, вызываемые Suc и Glc в пыльцевых трубках дикого типа, трансфицированных антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a , по сравнению с контролем, трансфицированным смысловым MdSTP13a (Фигуры 5C и 5D). . Поскольку протопласты не имеют клеточных стенок и измерения отдельных протопластов проводились за несколько минут, расщепление Suc на гексозы вряд ли внесет значительный вклад в вызванный током.Наконец, анализы эскулина показали, что трансфекция антисмысловой MdSTP13a значительно снижает способность поглощения Suc пыльцевыми трубками (фиг. 6). MdSTP13a-опосредованное поглощение Suc, являющееся в первую очередь ответственным за рост пыльцевых трубок яблони на среде Suc, также подтверждается тем фактом, что антисмысловое подавление наиболее высоко экспрессируемого SUT в пыльце яблони, MdSUT2 , не влияло на рост пыльцевых трубок (Дополнительная информация Фиг.10), а уровень транскрипта MdSUT2 не был изменен антисмысловой супрессией A6PR или MdMYB39L (дополнительные фигуры 13 и 17).

    Зависимость роста пыльцевых трубок яблони почти полностью от прямого поглощения Suc, а не от расщепления Suc инвертазой клеточной стенки на среде Suc, контрастирует с таковой у таких видов, как табак (Goetz et al., 2001), Arabidopsis (Hirsche et al. ., 2009) и масличного рапса (Engelke et al., 2011), где обнаружено, что инвертаза клеточной стенки играет важную роль для развития пыльцы и роста пыльцевых трубок. Для петунии почти весь Suc превращается в Glc и Fru в течение 13 часов в среде Suc (Ylstra et al., 1998). Однако даже у этих видов, зависящих от инвертазы клеточной стенки, поглощение и гексозы, и Suc происходит одновременно во время роста пыльцевых трубок in vitro, как показано на табаке (Goetz et al., 2017), прежде чем весь Suc превратится в гексозы. У всех видов, о которых сообщалось до сих пор, поглощение гексозы и Suc для роста пыльцевых трубок опосредуется транспортирующими гексозу STP и SUT / SUC, соответственно. Однако поглощение гексозы и Suc в яблоке опосредуется MdSTP13a. Эта двойная транспортная функция могла бы снизить потребность в использовании инвертазы клеточной стенки для преобразования Suc в гексозы перед поглощением у этого вида во время роста пыльцевых трубок in vitro.Однако следует отметить, что экссудаты рыльца цветков яблони содержат Glc, Fru и Suc (Pusey et al., 2008). Гексоза является либо результатом активности инвертазы клеточной стенки в ткани рыльца, либо оттоком из клеток стигмы после гидролиза Suc нейтральной инвертазой внутри клеток. Профиль сахара в апопласте передающих тканей для яблока еще предстоит охарактеризовать, но независимо от соотношения между гексозой и Suc MdSTP13a, скорее всего, является основным переносчиком сахара, который поглощает сахара для роста пыльцевых трубок in vivo, согласно нашим данным in vitro.

    Как MdSTP13a эволюционировал для поглощения гексозы и Suc в яблоке, не ясно. MdSTP13a гомологичен AtSTP13, но AtSTP13 транспортирует только гексозу и участвует в запрограммированной гибели клеток (Nørholm et al., 2006). MdSTP13a не похож ни на один из описанных SUT / SUC, но имеет более высокое сродство к Suc, чем к Glc (рисунки 3 и 4). Электрофизиологические анализы переносчиков моносахаридов тонопласта Arabidopsis (TMT), TMT1 и TMT2 (позже переименованных в переносчики сахара тонопласта [TST1 и TST2]) и сахарной свеклы ( Beta vulgaris ) TST1 показывают, что они являются сахаром / H + антипортерами. поглощение как гексоз, так и Suc, тогда как BvTST2.1 специализируется на поглощении Suc в вакуоль стержневых корней сахарной свеклы (Schulz et al., 2011; Jung et al., 2015). Предполагается, что спецификация субстрата в отношении Suc с помощью BvTST2.1, скорее всего, является результатом селекции для получения высоких уровней Suc в этой культуре за последние 200 лет из-за более широкой субстратной специфичности переносчиков типа TST как для моносахаридов, так и для дисахаридов (Jung et al. др., 2015). Недавно было обнаружено, что пластидный транспортер сахара, pSuT1, ранее названный «вакуолярным транспортером Glc», VGT3, у Arabidopsis, использует как Glc, так и Suc в качестве субстратов на основе анализа транспорта дрожжевых клеток, экспрессирующих усеченную версию pSuT1, нацеленную на вакуоль. (Патцке и др., 2019). Неводное фракционирование субклеточного распределения сахара подтверждает роль pSuT1 в опосредовании экспорта Suc из хлоропластов для развития соцветий и устойчивости к холодному стрессу. Все эти три типа транспортеров — STP, TST и VGT — принадлежат к большому семейству моносахаридных транспортеров сахаров, но яблочный MdSTP13a — единственный, который, как было обнаружено, транспортирует и гексозу, и Suc в симпорте с протонами через плазматическую мембрану. . Было бы очень интересно определить, обладают ли ортологи MdSTP13a у других синтезирующих сорбит видов в семействе Rosaceae сходными транспортными свойствами, и какие последовательности / структуры определяют более широкую субстратную специфичность MdSTP13a по сравнению с другими STP, которые переносят только гексозы.

    MdSTP13a транскрипционно регулируется MdMYB39L, а опосредованное MdSTP13a поглощение сахара необходимо для сорбитол-модулируемого роста яблочной пыльцы снижение прорастания пыльцы и роста трубок за счет MYB39L (Meng et al., 2018a). Биоинформатический анализ идентифицировал MdSTP13a как один из потенциальных генов-мишеней MYB39L.Впоследствии анализ Y1H, EMSA и анализ ChIP-PCR подтвердили связывание MYB39L с сайтами MYB в промоторе MdSTP13a (фиг. 8). Антисмысловая репрессия MdMYB39L посредством олигонуклеотидной трансфекции снижает уровень транскрипта MdSTP13a и рост пыльцевых трубок яблони дикого типа (фиг.9) и блокирует частичное восстановление роста пыльцевых трубок A6PR антисмысловых линий A4 и A10 путем добавления сорбита (фиг. 10), обеспечивая механизм регуляции транскрипции MdSTP13a в ответ на уровень сорбита.

    Требование MdSTP13a-опосредованного поглощения сахара для модулируемого сорбитолом роста пыльцевых трубок яблони подтверждается множеством доказательств. Во-первых, антисмысловые линии A6PR снизили уровни транскриптов MdMYB39L и MdSTP13a во время роста пыльцевых трубок независимо от типа сахара, используемого в среде, и снизили рост пыльцевых трубок на Glc и Suc, но не на мальтозе (Фигуры 7A. , 7B и 7C). Кроме того, анализ патч-зажим протопластов пыльцевых трубок показал, что пыльцевые трубки антисмысловых линий A6PR имеют значительно более низкие трансмембранные токи, вызванные Glc и Suc, и более низкое поглощение эскулина (Фигуры 7D и 7E; Дополнительный Рисунок 16).Во-вторых, трансфекция пыльцы дикого типа антисмысловым олигонуклеотидом MdMYB39L значительно снижает уровни транскриптов MdMYB39L и MdSTP13a независимо от типа сахара и снижает рост пыльцевых трубок на Glc и Suc, но не на мальтозе (рис. ). В этом и во всех других случаях (рисунки 5 и 7) эффекты лечения (антисмысловая репрессия) на рост пыльцевых трубок в зависимости от типа сахара (Glc и Suc по сравнению с мальтозой) соответствуют субстратной специфичности MdSTP13a, полученной в дрожжах (рисунки 3D и 4D). , я.е. и Glc, и Suc поглощаются MdSTP13a, тогда как мальтоза — нет. Это позволило нам использовать мальтозу в качестве контроля, чтобы продемонстрировать, что модулированный сорбитом рост пыльцевых трубок с помощью MdMYB39L зависит от MdSTP13a только тогда, когда используемый источник углерода является субстратом MdSTP13a, таким как Suc и Glc. И Glc, и Suc имеют отношение к поставке сахара in vivo, поскольку они присутствуют в стигматическом экссудате цветков яблони (Pusey et al., 2008), а антисмысловые линии A6PR (A4 и A10) снижают рост пыльцевых трубок in vivo ( Meng et al., 2018а). Мальтоза полностью поддерживает прорастание пыльцы яблони и рост трубок, как показано, но поглощение мальтозы, по-видимому, достигается отдельной транспортной системой, а не MdSTP13a, и в результате поддерживаемый мальтозой рост пыльцевых трубок не зависит от MdSTP13a, MdMYB39L или сорбита. Наконец, добавление сорбита частично восстановило рост антисмысловых линий A6PR пыльцевых трубок на средах Suc и Glc, но это восстановление было заблокировано трансфекцией антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a (фиг. 11).

    Было обнаружено, что Suc и Glc действуют как сигналы, регулирующие прорастание пыльцы и рост трубок. Suc необходим для удлинения пыльцевых трубок табака в качестве метаболического сигнала (Goetz et al., 2017), скорее всего, через SnRK1-опосредованный путь передачи сигнала, поскольку антисмысловое подавление SnRK1 ранее приводило к аномальному развитию пыльцы и мужскому бесплодию (Zhang et al. др., 2001). Glc подавляет рост пыльцевых трубок Arabidopsis в зависимости от гексокиназы 1 (Rottmann et al., 2016, 2018c).Однако у яблока, вида, синтезирующего и транспортирующего сорбит, сорбит, по-видимому, выполняет сигнальную роль для прорастания пыльцы и роста трубок. Сорбит составляет от 60% до 80% фотосинтатов, продуцируемых исходными листьями яблони (Bieleski, 1982; Cheng et al., 2005), и накапливает больше энергии, чем Suc и Glc на эквивалентной молярной основе углерода (Loescher, 1987), что делает его идеальный кандидат для представления энергетического статуса растения. Высокая потребность в энергии для развития пыльцы и роста трубок могла побудить яблоко принять сорбит в качестве сигнальной молекулы для этих процессов развития, хотя сорбитол гораздо менее распространен, чем Suc в зрелых зернах пыльцы (дополнительный рисунок 12).На основании результатов, представленных здесь и в других источниках (Meng et al., 2018a), мы предлагаем следующую модель роста пыльцевых трубок, модулируемую сорбитолом (Рисунок 12): Сорбит, присутствующий в пыльцевом зерне или поступающий из апопласта окружающих тканей. или среда in vitro предположительно переносчиками полиола / моносахарида усиливает экспрессию MdMYB39L в ядре, и впоследствии MdMYB39L связывается с промотором MdSTP13a , чтобы активировать его экспрессию. Белок MdSTP13a нацелен на плазматическую мембрану и опосредует поглощение как Suc, так и гексозы конкурентным образом, обеспечивая энергию для роста пыльцевых трубок.То, как сорбитол воспринимается и сигнал трансдуцируется для изменения экспрессии MdMYB39L , требует дальнейшей работы. Поскольку недавно было обнаружено, что сорбитол модулирует устойчивость листьев яблони к Alternaria alternata , регулируя экспрессию гена NLR , NLR16 , через фактор транскрипции WRKY, WRKY79 (Meng et al., 2018b), оказывается, что сорбитол служит сигналом для устойчивости к биотическому стрессу, а также для развития растений. В свете присутствия сигналов Glc и Suc у яблока (Hu et al., 2016; Liu et al., 2017), то, как передача сигналов сорбита взаимодействует с сетью передачи сигналов гексозы / Suc у видов, синтезирующих сахарный спирт, заслуживает дальнейшего исследования.

    Рисунок 12.

    Модель поглощения сахара, опосредованного MdSTP13a, для модулированного сорбитолом роста пыльцевых трубок в Apple.

    Белок MdSTP13a находится в плазматической мембране пыльцевых трубок и опосредует поглощение Suc и гексозы конкурентным образом, обеспечивая энергию для роста пыльцевых трубок. Сорбит, присутствующий в пыльцевом зерне или поглощенный из апопласта окружающих тканей или среды in vitro, предположительно транспортерами полиола / моносахарида, усиливает экспрессию MdMYB39L в ядре, и впоследствии MdMYB39L связывается с промотором MdSTP13a , чтобы активировать его выражение.

    МЕТОДЫ

    Растительный материал и условия роста

    Нетрансформированное яблоко «Greensleeves» дикого типа ( Malus domestica ; CK) и две трансгенные линии с антисмысловой супрессией MdA6PR (A4 и A10) были использованы в этом исследовании. Уровни транскрипта MdA6PR в листьях A4 и A10 составляют ~ 10% от уровня в CK; как A4, так и A10 имеют значительно более низкие концентрации сорбита в листьях и тычинках, причем уровень сорбита в A10 ниже, чем в A4 в тычинках (Cheng et al., 2005; Wu et al., 2015; Meng et al., 2018a). Деревьям было 6 лет, и они росли на подвое M.26 в 20-литровых контейнерах за пределами экспериментального сада Корнелла. Они были размещены в полностью рандомизированном порядке в трех повторах на каждый генотип, с двумя деревьями на реплику. За деревьями поддерживались стандартные методы садоводства и борьбы с болезнями и насекомыми. На стадии попкорна собирали цветы для сбора пыльников, а пыльники сушили при свете ламп накаливания.Высушенные пыльники с выделившимися пыльцевыми зернами хранили при -20 ° C.

    Каллусы, полученные из яблони сорта Orin, использовали для анализов ChIP-PCR. Их культивировали на среде Мурашиге и Скуга (MS) с 30 г / л Suc, 1,5 мг / л 6-BA и 0,5 мг / л индол-3-уксусной кислоты при 25 ° C в темноте.

    Эксперименты по выращиванию в пыльцевой пробирке in vitro

    Пыльцевые зерна гидратировали в течение 15 мин, а затем культивировали в жидкой среде для проращивания (0,01% [мас. / Об.] H 3 BO 3 , 0.015% [мас. / Об.] CaCl 2 и 5% [мас. / Об.] Сахара при pH 5,8), как описано Meng et al. (2014b). Чтобы проверить влияние источника углерода на рост пыльцевых трубок, использовали 5% (мас. / Об.) Glc, Suc или мальтозу, как указано. Пыльцевые зерна инкубировали при 25 ° C в темноте в течение 120 минут для определения роста пыльцевых трубок, и пыльцевые трубки фотографировали с помощью световой микроскопии через 60, 90 и 120 минут. Каждую обработку повторяли трижды, по крайней мере, 100 проросших зерен пыльцы измеряли на биологический повтор (соответствующий таковым в полевом эксперименте) в каждый момент времени.Проросшие зерна пыльцы также собирали для экстракции РНК и анализа экспрессии генов с помощью RT-qPCR. Все эксперименты по выращиванию пыльцевых трубок повторяли трижды. Результаты статистического анализа представлены в дополнительном наборе данных.

    Трансфекция антисмысловым олигонуклеотидом

    Трансфекцию антисмысловым олигонуклеотидом выполняли на пыльцевых зернах, как описано Meng et al. (2014a), чтобы подавить экспрессию целевого гена. Для каждого гена был сконструирован фосфоротиоатный антисмысловой олигодезоксинуклеотид, и его смысловой олигодезоксинуклеотид использовали в качестве контроля.После гидратации в течение 15 минут пыльцевые зерна обрабатывали только антисмысловым, смысловым олигодезоксинуклеотидом или трансфекционным агентом (Lipofectamine 3000; Invitrogen), а затем культивировали в жидкой среде для проращивания в течение 120 минут. Олигодезоксинуклеотидные последовательности, использованные в этом исследовании, перечислены в дополнительной таблице.

    Экстракция РНК и RT-qPCR

    Фиксирующий раствор (4% [об. / Об.] Формальдегида, 10% [мас. / Об.] Suc, 50 мМ 2,2′-пиперазин-1,4-диилбисэтансульфоновой кислоты, 5 мМ MgSO 4 и 0.5 мМ CaCl ( 2 () при pH 7,0) добавляли к жидкой среде для прорастания пыльцы, и пробирки с пыльцой собирали центрифугированием при 12000 g для выделения РНК. Тотальную РНК экстрагировали из пыльцевых пробирок с использованием модифицированного метода CTAB, как описано у Gasic et al. (2004). После расщепления с помощью DNa se I (Thermo Fisher Scientific) 2 мкг общей РНК подвергали обратной транскрипции в кДНК с использованием набора для синтеза кДНК iScript (Bio-Rad). Анализ RT-qPCR выполняли с использованием iQ SYBR Green Supermix в системе iCycler iQ5 (Bio-Rad) в соответствии с инструкциями производителя.Каждую реакцию повторяли три раза на биологический повтор, с ACTIN в качестве внутреннего эталонного гена. Относительную экспрессию каждого гена рассчитывали с использованием метода 2 -ΔCT (Udvardi et al., 2008). Последовательности праймеров для RT-qPCR, используемых в этом исследовании, перечислены в дополнительной таблице.

    Субклеточная локализация MdSTP13a

    Субклеточная локализация MdSTP13a была проведена как в протопластах каллюса яблони, так и в пыльцевых трубках. Кодирующая последовательность (CDS) MdSTP13a была амплифицирована с помощью ПЦР с использованием праймеров MdSTP13a-GFP-F / R (дополнительная таблица), и секвенированный ампликон был вставлен в сайт клонирования Sac I / Hin d III модифицированный вектор CaMV35S-GFP (Lin et al., 2009) для генерации p35S: MdSTP13a – GFP. После очистки с помощью набора NucleoBond Xtra Midi (Macherey-Nagel) оба p35S: MdSTP13a-GFP и p35S: GFP были введены в протопласты каллуса яблока, как описано для Arabidopsis ( Arabidopsis thaliana ; Sheen, 2001). Трансформированные протопласты инкубировали при 23 ° C в темноте в течение 16 ч. Для анализа локализации в пыльцевых пробирках MdSTP13a был клонирован в вектор Lat52: pUC-eGFP, который содержал специфичный для пыльцы промотор Lat52 (Albani et al., 1991; Хурана и др., 2012). Затем рекомбинантную плазмиду смешивали со спермидином (в конечной концентрации 0,1 М), стандартной концентрацией золота и CaCl 2 (в конечной концентрации 2,5 М). Смесь перемешивали еще 10 мин, а затем трансформировали в 15-минутную гидратированную пыльцу яблони бомбардировкой частицами. Затем трансформированные пыльцевые зерна культивировали на среде для проращивания в темноте в течение 4 часов. Сигнал GFP детектировали при длине волны от 500 до 530 нм с использованием конфокального лазерного сканирующего микроскопа (LSM 700; Carl Zeiss) после возбуждения на 488 нм.Окрашивание плазматической мембраны Deep Red (C10064, Thermo Fisher Scientific; возбуждение / излучение: 649/666 нм) и FM 4-64 (T-13320, Thermo Fisher Scientific; возбуждение / излучение: 558/734 нм) использовали для совместная локализация белка MdSTP13a в протопластах каллуса яблони и пыльцевых трубках соответственно.

    Функциональная характеристика MdSTP13a с помощью гетерологичной экспрессии в дрожжах и

    14 Анализы поглощения C-сахара

    CDS MdSTP13a и AtSTP13 были клонированы в дрожжевой экспрессирующий вектор pDR196 с использованием праймеров F13a / MdSTP-MdSTP R и AtSTP13-196-F / R, соответственно (дополнительная таблица), а затем трансформировали в дрожжевой штамм EBY с дефицитом транспорта гексозы.VW4000, штамм дрожжей с дефицитом транспорта гексозы и SUC2 CSY4000 и штамм дрожжей с дефицитом Suc и SUC2 SUSY7 / ura3 с использованием метода ацетата лития с пустым вектором pDR196 в качестве контроля (Riesmeier et al., 1992; Wieczorke et al., 1999; Rottmann et al., 2016). Положительные клоны EBY.VW4000 и CSY4000 помещали в серийные разведения и культивировали на планшете SD / -Ura, который был дополнен 2% (мас. / Об.) Мальтозой, Glc или Suc в качестве единственного источника углерода для тестирования роста дрожжей. Перед фотографированием дрожжевые культуры инкубировали от 3 до 5 дней при 30 ° C.

    Анализы поглощения сахара выполняли, как описано в Cheng et al. (2015). Вкратце, трансформированные штаммы дрожжей, несущие либо рекомбинантную плазмиду, либо пустую pDR196, выращивали в жидкой среде до значения 0,8 OD 623 , собирали центрифугированием при 1240 g , а затем дважды промывали 25 мМ фосфатно-солевого буфера. (PBS при pH 5,5). Собранные дрожжевые клетки ресуспендировали в том же буфере PBS до значения OD 623 , равного 20 (∼0.1 мг дрожжей / 100 мкл) для анализа поглощения сахара. Поглощение сахара определяли путем добавления 14 C-Glc или 14 C-Suc (0,02 мкКи) в дрожжевые клетки до конечной заданной концентрации (100 мкМ) и инкубирования при 30 ° C на водяной бане в шейкере. После инкубации в определенное время дрожжевые клетки собирали вакуумной фильтрацией на стекловолоконных фильтрах 0,8 мкм (Whatman, кат. № 1827-024; GE Healthcare) и трижды промывали 5 мл ледяной дистиллированной воды. Фильтры помещали в сцинтилляционный раствор (Ecoscint H) для жидкостного сцинтилляционного счета на многоцелевом сцинтилляционном счетчике (модель №LS 6500; Бекман Коултер).

    Выделение протопластов пыльцевых трубок и анализ активности транспорта сахара с помощью зажима-зажима

    Пыльцевые зерна проращивали и выращивали в 2 мл жидкой среды для проращивания (0,01% [мас. / Об.] H 3 BO 3 , 0,015 % [мас. / об.] CaCl 2 и 5% [мас. / об.] сахара при pH 5,8) при 25 ° C в течение 1 часа. Жидкую среду для проращивания удаляли и заменяли тем же объемом раствора фермента, который содержал 0,1% (мас. / Об.) Мацерозима R-10 (Onozuka), 0.2% (мас. / Об.) Целлюлазы RS-10 (Onozuka), 0,07% (мас. / Об.) Пектолиазы Y-23 (Seishin) и 1% (мас. / Об.) БСА (Sigma) в основном растворе (200 мМ KCl , 1 мМ CaCl 2 и 2 мМ MgCl 2 при 1200 мОсм). После инкубации в течение от ~ 2 до 5 минут при 25 ° C раствор фермента разбавляли раствором ванны, чтобы остановить расщепление, и фильтровали через нейлоновую сетку 100 мкм. Освободившиеся протопласты пыльцевых трубок центрифугировали при 500 g в течение 5 мин и дважды промывали щелочным раствором.

    Режим целых клеток использовался для электрофизиологии патч-зажим, как описано в Wingenter et al.(2010) и Schulz et al. (2011). Растворы для ванны и пипетки содержали 200 мМ KCl, 1 мМ CaCl 2 и 2 мМ MgCl 2 . Значения pH доводили либо 10 мМ 4- (2-гидроксиэтил) -1-пиперазинэтансульфоновой кислоты-Трис до pH 7,5 для раствора пипетки, либо 10 мМ MES-Tris до pH 5,5 для раствора в ванне. Стеклянные капилляры Kimax-51 (Kimble Products) использовались для изготовления патч-пипеток, которые характеризовались сопротивлением в диапазоне от 3 до 5 мОм в растворе ванны.Токи всей клетки регистрировали в течение 2,5-5 мин после достижения конфигурации всей клетки с использованием усилителя Axopatch-200B (Axon Instruments), подключенного к компьютеру через интерфейс (TL-1 DMA Interface; Axon Instruments). Для записей удерживающий потенциал был ограничен до 0 мВ и подвергался фильтрации нижних частот при 200 Гц. Амплитуды тока отдельных протопластов были нормированы на емкость цельноклеточной мембраны C м , чтобы можно было сравнить величины тока между протопластами разных размеров.Для измерения токов, индуцированных Glc или Suc, Glc или Suc добавляли к раствору ванны до конечной концентрации 50 мМ после того, как была достигнута конфигурация целых клеток, и регистрировали токи целых клеток. Программное обеспечение pCLAMP (v10.2; Axon Instruments) использовалось для получения и анализа токов всей клетки. Программное обеспечение SigmaPlot v11.0 (Systat Software) использовалось для построения графиков плотности тока и напряжения и для анализа данных.

    Анализ поглощения эскулина дрожжевыми и пыльцевыми пробирками

    Штамм дрожжей CSY4000, экспрессирующий MdSTP13a , AtSTP13 , StSUT1 или пустой вектор pDR196 , использовали для анализа поглощения эскулина и др.(2012). Вкратце, дрожжевые клетки, культивированные в течение ночи, собирали центрифугированием при 1240 g , а затем трижды промывали 25 мМ PBS (при pH 5,5). Их рекультивировали в буфере PBS, содержащем 1 мМ эскулина, в шейкере при 200 об / мин в течение 1 ч при 30 ° C. Затем дрожжевые клетки собирали центрифугированием и трижды промывали буфером PBS для удаления остатков эскулина. Осадки дрожжей ресуспендировали в буфере PBS, и сигнал эскулина регистрировали при 450 нм с использованием конфокального лазерного сканирующего микроскопа (LSM 700; Carl Zeiss) после возбуждения при 426 нм.

    Пыльцевые зерна проращивали на 5% (мас. / Об.) Мальтозной среде в течение 60 мин. Мальтозная среда была выбрана выше 5% (мас. / Об.) Suc, потому что уровень транскрипта MdSTP13a был снижен трансфекцией as- MdSTP13a или антисмысловой репрессией A6PR в аналогичной степени для Suc и мальтозы (Фигуры 5A и 7Б). Это сделало возможным поглощение эскулина без какой-либо конкуренции со стороны Suc или какого-либо нарушения, которое смывание высоких концентраций Suc из 5% (мас. / Об.) Среды Suc могло бы оказывать на функцию пыльцевой трубки.Затем к среде для проращивания добавляли эскулин до конечной концентрации 1 мМ в течение 40-минутной инкубации. Затем пыльцевые пробирки промывали и устанавливали на предметные стекла в жидкой среде без эскулина. Флуоресценцию регистрировали с помощью модели № Флуоресцентный микроскоп BX61 (Olympus) при длине волны излучения 454 нм и 670 нм после возбуждения на 426 нм и 635 нм для эскулина и олигонуклеотидов, меченных Cy5, соответственно. Относительную флуоресценцию эскулина анализировали с помощью программного обеспечения ImageJ (https: // imagej.nih.gov/ij/).

    Y1H Assay

    Для анализа Y1H использовали набор Yeast One-Hybrid System-Matchmaker Gold (каталожный № 630491; Clontech). Фрагменты промотора MdSTP13a различной длины, полученные с помощью ПЦР, клонировали в вектор pABAi с использованием праймеров, перечисленных в дополнительной таблице. После линеаризации векторы трансформировали в дрожжевой штамм Y1H Gold. Положительные клоны отбирали с помощью ПЦР и использовали для определения минимальной ингибирующей концентрации AbA.CDS MdMYB39L клонировали в вектор pGADT7 для получения pGADT7-MdMYB39L (праймеры: MdMYB39L-Y1H-F / R; дополнительная таблица), который затем трансформировали в компетентные клетки дрожжевого штамма Y1H Gold, несущие промотор pAbAi-MdSTP13a. Котрансформированные положительные клоны высаживали в серии разведений (1: 1, 1:10, 1: 100 и 1: 1000) и культивировали на планшете SD / -Leu-Ura с или без 200 нг / мл AbA при 30 ° C. ° C в течение 3-4 дней. Пара pGADT7-p53 + pAbAi-p53 была включена в качестве положительного контроля, тогда как пары pGADT7-MdMYB39L + pAbAi и pGADT7 + промотор pAbAi-MdSTP13a использовали в качестве отрицательного контроля.

    EMSA

    Кодирующая область MdMYB39L была амплифицирована с помощью ПЦР (праймер: MdMYB39L-GST-F / R; дополнительная таблица) и клонирована в Eco RI / Xho I сайт pGEX-4T-1. вектор. Рекомбинантной плазмидой (MdMYB39L-GST) трансформировали штамм BL21 (DE3) Escherichia coli Escherichia coli . Экспрессию слияния MdMYB39L-GST индуцировали добавлением 0,1 мМ изопропил-d-1-тиогалактопиранозида в 5-часовой инкубации при 30 ° C. Получение и очистку слитого белка MdMYB39L-GST проводили с использованием глутатион-сефарозы 4B (кат.нет. 17-0756-01; GE Healthcare). EMSA выполняли с использованием набора LightShift Chemiluminescent EMSA (каталожный номер 20148; Thermo Fisher Scientific) в соответствии с инструкциями производителя. Комплементарные пары 5′-концевых меченных биотином олигонуклеотидов промоторной последовательности MdSTP13a (CARE1, CARE2, MBS1 и MBS2) отжигали и использовали в качестве зондов для EMSA. Затем образцы белок-ДНК разделяли на 6% (мас. / Об.) Полиакриламидных гелях, и сигналы регистрировали с помощью ChemiDoc XRS (Bio-Rad).

    Трансформация каллуса яблони и анализ ChIP-PCR

    Трансформацию каллуса яблони выполняли, как описано в An et al.(2012) с небольшими доработками. Полноразмерная кДНК MdMYB39L была амплифицирована с использованием праймеров MdMYB39L-CHIP-F / R (дополнительная таблица) и клонирована в вектор pGWB451 с C-концевой меткой GFP посредством реакций Gateway BP и LR (BP Clonase, кат. № 11789013 и LR Clonase, каталожный номер 11,791,019; Invitrogen). pGWB451-MdMYB39L и пустой вектор трансформировали в Agrobacterium GV3101, и положительные клоны подвергали скринингу с помощью ПЦР колоний на трансформацию каллуса.

    Каллусы «яблони сорта Orin» трехнедельного возраста собирали и суспендировали в жидкой среде Agrobacterium GV3101, содержащей pGWB451-MdMYB39L, или пустой вектор в течение 15 минут при встряхивании (140 об / мин) при 25 ° C.Каллусы совместно культивировали на твердой среде MS (4,34 г / л MS, 1,0 мг / л 6-BA, 1,0 мг / л 2, 4-D, 30 г / л Suc и 7 г / л агара. при pH 5,8) при 25 ° C в темноте. Через 2–3 дня трансгенные каллусы трижды промывали стерильной водой и затем культивировали на твердой среде MS, содержащей 250 мг / л карбенициллина и 30 мг / л канамицина для отбора. ChIP-PCR выполняли с использованием набора Pierce Agarose ChIP Kit (номер по каталогу 26 156; Thermo Fisher Scientific). Приблизительно 1 г контрольных трансгенных каллусов MdMYB39L-GFP или GFP перекрестно сшивали в 1% (об. / Об.) Формальдегиде.Впоследствии иммунопреципитат использовали для выделения комплекса белок-ДНК с антителом к ​​GFP (продукт № PA-980A, лот № Rh336759; Invitrogen). ДНК очищали от комплекса белок-ДНК с использованием набора ChIP, и количество каждого фрагмента ДНК определяли количественно с помощью RT-qPCR с использованием праймеров, перечисленных в дополнительной таблице (CARE1, MdSTP13a-CHIP-3-F / R; CARE2 , MdSTP13a-CHIP-4-F / R; MBS1, MdSTP13a-CHIP-1-F / R; MBS2, MdSTP13a-CHIP-2-F / R).

    Анализ сахаров с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии

    Состав сахара и концентрации пыльцевых зерен и среды прорастания сахаров во время роста пыльцевых трубок анализировали с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС).Для пыльцевых зерен сахар экстрагировали из 20 мг пыльцы в 75% (об. / Об.) Метаноле с добавлением рибита в качестве внутреннего стандарта (Wang et al., 2010). После фракционирования неполярных метаболитов в хлороформ 5 мкл и 20 мкл водной фазы были взяты для анализа Suc и сорбита / гексоз соответственно. Для 5% (мас. / Об.) Среды Suc отбирали 10 мкл через 0, 60, 90 и 120 мин, разбавляли в 40 раз, добавляли рибитол в качестве внутреннего стандарта, а затем 2 мкл и 20 мкл использовали для анализа Suc и гексозы соответственно.Образцы сушили в вакууме без нагрева и дериватизировали гидрохлоридом метоксиамина и н-метил-н-триметилсилил-трифторацетамидом последовательно для разделения и анализа с использованием модели № 7890A GC / 5975C MS (Agilent Technology) на капиллярной колонке DB-5MS (20 м × 0,18 мм × 0,18 мкм) с 5-метровой колонкой Duraguard (Agilent Technology), как описано ранее Wang et al. (2010).

    Регистрационный номер

    Для членов STP в Arabidopsis (https://www.arabidopsis.org/): AtSTP1 (AT1G11260), AtSTP2 (AT1G07340), ATSTP3 (AT5G1171520), ), AtSTP5, (AT1G34580), AtSTP6, (AT3G05960), AtSTP7, (AT4G02050), AtSTP8, (AT5G26250), AtSTP9, (AT1G26250), , AtSTP9, (AT1G11740, , AtSTP, , 40, , , (AT1G11740), , AtSTP12 (AT4G21480), AtSTP13 (AT5G26340), AtSTP14 (AT1G77210).Для генов яблока (https://www.rosaceae.org/, Malus x domestica Whole Genome v1.0): MdSTP13a (MDP0000831221), MdSTP13b (MDP0000231284), MdSTP13c (MDP00001909) (MDP0000826835), MdMYB39L (MDP0000574942), MdCWI2 (MDP0000268052), MdSUT2 (MDP0000850943) и MdACTIN (MDP00005).

    Дополнительные данные

    • Дополнительные данные 1. Филогенетический анализ MdHT1.4–1.7 с 14 STP Arabidopsis на основе выравнивания аминокислотной последовательности методом объединения соседей с использованием программного обеспечения MEGA7 (https://www.megasoftware.net/).

    • Дополнительная фигура 2. Уровни транскриптов MdSTP13 в ответ на трансфекцию антисмысловым олигонуклеотидом в среде 5% Glc.

    • Дополнительный рисунок 3. Тканевые паттерны экспрессии MdSTP13a в яблоке «Greensleeves».

    • Дополнительный рисунок 4. Выравнивание последовательностей белков MdSTP13a и AtSTP13 с использованием программного обеспечения DNAMAN (https://www.lynnon.com/). MdSTP13a имеет 75% идентичность аминокислотной последовательности с AtSTP13.

    • Дополнительный рисунок 5. Прогнозируемые TMD для MdSTP13a и AtSTP13 с использованием онлайн-программного обеспечения TMHMM (http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/). Предполагается, что MdSTP13a будет иметь 11 TMD, тогда как StSTP13 имеет 12 TMD.

    • Дополнительный рисунок 6. Эскулин, 14 C-Glc или 14 Поглощение C-Suc в дрожжевых штаммах CSY4000 или SUSY7 / ura3, экспрессирующих AtSTP13 , StSUT1 или MdSTP13a .

    • Дополнительная фигура 7. Пыльцевые трубочки, трансфицированные смысловым или антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a через 2 часа роста на средах с разными сахарами.

    • Дополнительная диаграмма 8. Сахарный состав 5% среды Suc и рост пыльцевых трубок.

    • Дополнительная фигура 9. Рост пыльцевой трубки в ответ на трансфекцию антисмысловым олигонуклеотидом MdCWI2 в среде 5% Suc.

    • Дополнительная фигура 10. Рост пыльцевой трубки в ответ на трансфекцию антисмысловым олигонуклеотидом MdSUT2 в среде 5% Suc.

    • Дополнительная фигура 11. Записи токов через протопласты пыльцевых трубок, трансфицированных смысловым или антисмысловым олигонуклеотидом MdSTP13a (s- MdSTP13a , as- MdSTP13a ) или только контрольным агентом перед добавлением одного только Gl. или Suc.

    • Дополнительный рисунок 12. Концентрации сахаров в зрелых пыльцевых зернах контроля дикого типа (СК) и антисмысловых линий A6PR (A4 и A10) яблони Greensleeves.

    • Дополнительный рисунок 13. Экспрессия MdSUT2 во время роста пыльцевых трубок контроля дикого типа (СК) и антисмысловых линий A6PR (A4 и A10) яблока ‘Greensleeves’ на среде 5% Suc и сахарном составе среды.

    • Дополнительный рисунок 14. Фотографии пыльцевых трубок контроля дикого типа (СК) и антисмысловых линий A6PR (A4 и A10) яблока «Greensleeves» после 2 часов роста на средах с разными сахарами.

    • Дополнительный рисунок 15. Записи токов через протопласты пыльцевых трубок контроля дикого типа (СК) и антисмысловые линии A6PR (A4 и A10) яблока «Greensleeves» перед добавлением Glc или Suc.

    • Дополнительный рисунок 16. Поглощение эскулина пыльцевыми трубками контроля дикого типа (СК) и антисмысловыми линиями A6PR (A4 и A10) яблока «Greensleeves».

    • Дополнительная фигура 17. Уровни экспрессии MdSUT2 в пыльце, трансфицированной смысловым или антисмысловым олигонуклеотидом MdMYB39L (s- MdMYB39L , только как- MdMYB39L , как только MdMY, трансфекция MdMY) рост пыльцевых трубок на среде 5% Suc.

    • Дополнительная фигура 18. Фотографии пыльцевых трубок, трансфицированных смысловым или антисмысловым олигонуклеотидом MdMYB39L (s- MdMYB39L , as- MdMYB39L ) или только после трансфекционного агента (контроль 2 ч.) СМИ с разными сахарами.

    • Дополнительный рисунок 19. Фотографии пыльцевых трубок контроля дикого типа (CK) и A6PR антисмысловых линий (A4 и A10) яблока «Greensleeves» в ответ на добавление сорбита (25 мМ) в комбинации с MdMYB39L смысловой или антисмысловой олигонуклеотидной трансфекцией (s- MdMYB39La , as- MdMYB39L ) на 5% среде Suc, с 5% средой Suc только в качестве контроля.

    • Дополнительная фигура 20. Уровни транскриптов MdMYB39L и MdSTP13a и рост пыльцевых трубок в ответ на добавление сорбита в комбинации со смысловой или антисмысловой олигонуклеотидной средой MdMYB39L при трансфекции глюконуклеотида.

    • Дополнительный рисунок 21. Фотографии пыльцевых трубок контроля дикого типа (CK) и A6PR антисмысловых линий (A4 и A10) яблока ‘Greensleeves’ в ответ на добавление сорбита (25 мМ) в комбинации с MdSTP13a смысловой или антисмысловой олигонуклеотидной трансфекцией (s- MdSTP13a , as- MdSTP13a ) на 5% среде Suc, с 5% средой Suc только в качестве контроля.

    • Дополнительная фигура 22. Уровни транскриптов MdMYB39L и MdSTP13a и рост пыльцевых пробирок в ответ на добавление сорбита в комбинации со смысловой или антисмысловой олигонуклеотидной средой MdSTP13a при трансфекции глюконуклеотида.

    • Дополнительная таблица. Список праймеров и олигодезоксинуклеотидных последовательностей.

    • Дополнительный файл. Выравнивание, используемое для создания филогенетического дерева на дополнительном рисунке 1.

    • Дополнительный набор данных. Результаты статистического анализа.

    ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ФОТОСИНТЕЗА НА МЕХАНИЗМ ОБМЕНА В МОЛЕКУЛАХ ГЕКСОЗЫ (Журнальная статья)

    Кандлер, О., Гиббс, М. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ФОТОСИНТЕЗА НА МЕХАНИЗМ ОБМЕНА В МОЛЕКУЛАХ ГЕКСОЗЫ . Страна неизвестна / Код недоступен: N. p., 1959. Интернет.

    Кандлер, О. и Гиббс, М. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ФОТОСИНТЕЗА НА МЕХАНИЗМ ОБМЕНА В МОЛЕКУЛАХ ГЕКСОЗЫ . Страна неизвестна / код недоступен.

    Кандлер, О., Гиббс, М.Чт. «ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ФОТОСИНТЕЗА НА МЕХАНИЗМ ОБМЕНА В МОЛЕКУЛАХ ГЕКСОЗЫ». Страна неизвестна / код недоступен.

    @article {osti_4289727,
    title = {ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ФОТОСИНТЕЗА НА МЕХАНИЗМ ОБМЕНА В МОЛЕКУЛАХ ГЕКСОЗЫ},
    author = {Кандлер, О. и Гиббс, М.},
    abstractNote = {Глюкоза с маркировкой позиции (глюкоза-1-C / sup 14 /, -2-C / sup 14 /, -6-C / sup 14 /) была добавлена ​​к суспензиям хлореллы, и после длительной инкубации в темноте или в На свету в различных газовых фазах глюкоза, синтезированная в полисахарид, была извлечена.Путем разложения с помощью Leuconostoc mesenteroides было определено распределение радиоактивности в молекуле глюкозы. В темноте примерно 10% радиоактивности было заменено на гомологичные атомы углерода другой половины гексозы. Еще 10% было обнаружено в оставшихся атомах углерода. На свету без CO / sub 2 / обмен радиоактивности значительно меньше, чем в темноте. Добавление CO / sub 2 / к свету привело к увеличению обмена симметрично размещенным гомологичным атомам C, но сильному снижению остальных обменных процессов.Известные реакции альдолазы и транскетолазы сильно влияют на распределения, но недостаточно для количественного объяснения распределений. На основании этих результатов невозможно происхождение асимметричного распределения радиоактивности в фотосинтезе в C / sup 14 / O / sub 2 / из обратных реакций первичной симметрически меченой гексозы. (tr-auth)},
    doi = {},
    url = {https://www.osti.gov/biblio/4289727}, journal = {Zeitschrift fuer Naturforschung (Западная Германия) Разделен на Z.Nautrforsch., A, и Z. Naturforsch., B: Anorg. Chem., Org. Chem., Biochem., Biophys.,},
    number =,
    volume = Vol: 14b,
    place = {Страна неизвестна / Код недоступен},
    год = {1959},
    месяц = ​​{1}
    }

    Блокирование входа гексозы в гликолиз активирует альтернативное метаболическое превращение этих сахаров и усиливает метаболизм пентозы у Aspergillus nidulans | BMC Genomics

    Конструирование и проверка мутантов

    Двойной мутант гексокиназы / глюкокиназы ( hxkA1 glkA4 ) и тройной мутант ( creAΔ4 hxkA1 glkA4 ) из Aspergillus nidulans и дополнительных скрещиваний (таблица 1 файл 3: Рисунок S1).Эталонный штамм с желтым конидиальным цветом (UUAM101.08) был выбран из потомства первого скрещивания, мутант hxkA1 glkA4 (UUAM102.37) был выбран из второго скрещивания и creAΔ4 (UUAM104.47) а также тройной мутант creAΔ4 hxkA1 glkA4 мутант (UUAM104.87) были отобраны из третьего скрещивания для дальнейшего анализа (как описано в Экспериментальных процедурах, Дополнительный файл 3: Рисунок S1).

    Фенотипический анализ был проведен для визуализации известных дефектов роста и, таким образом, подтверждения генетических мутаций в выбранных нами штаммах-потомках.Все штаммы выращивали на D-глюкозе, D-фруктозе и D-ксилозе с использованием соответствующих добавок, как указано в экспериментальных процедурах. Как и ожидалось, рост двойного мутанта глюкокиназы / гексокиназы и тройного мутанта был нарушен на D-глюкозе и D-фруктозе (рис. 1a). Делеция creA повлияла на рост всех исследованных источников углерода (рис. 1a и b). Более того, его рост был снижен на крахмале и крахмале плюс D-глюкоза по сравнению с эталоном, хотя вокруг колонии наблюдался ореол, который был меньше в эталоне (рис.1б). Образование ореолов на крахмальных пластинах вокруг колонии указывает на активность ферментов, разлагающих крахмал, превращающих нерастворимый крахмал в растворимые олигосахариды, эффективно «очищая» среду. В присутствии 3% D-глюкозы или D-ксилозы CreA подавляет выработку этих ферментов, что приводит к отсутствию ореола. Однако при удалении creA ореол наблюдается даже в присутствии 3% D-глюкозы или D-ксилозы. Двойной и тройной мутанты не могли расти на крахмале плюс D-глюкозе, но не на крахмале плюс D-ксилозе, где вокруг колонии также наблюдался ореол (рис.1б). Эти результаты подтвердили ожидаемые фенотипы выбранных штаммов.

    Рис.1

    Проверка фенотипа hxkA1 / glkA4, creAΔ4 и creAΔ4 / hxkA1 / glkA4. a Рост контрольных и мутантов по глюкозе, фруктозе и ксилозе. Штаммы A. nidulans выращивали на ММ с 25 мМ D-глюкозой, 25 мМ D-фруктозой и 25 мМ D-ксилозой в течение 2,5 дней при 37 ° C. b Рост контрольных и мутантов на крахмале.Штаммы A. nidulans выращивали на ММ с 1% крахмала с 1% крахмала лазури, на 1% крахмала плюс 3% D-глюкозы с 1% крахмала лазурного плюс 3% D-глюкозы и на 1% крахмале плюс 3%. D-ксилоза) с 1% лазурного крахмала плюс 3% D-ксилозы в течение 3 дней при 37 ° C. Инокуляции спор проводили с 5 × 10 5 спор / мл. Столбики представляют диаметр колоний

    Профили роста на субстратах растительной биомассы выявили различные фенотипы между контрольным и мутантным штаммами

    Рост контрольного штамма и мутантов был дополнительно проанализирован на 12 чистых полисахаридах и необработанных субстратах сельскохозяйственных отходов для определения важность гликолиза для роста (рис.2).

    Рис. 2

    Рост эталонных штаммов , hxkA1 / glkA4, creAΔ4 и creAΔ4 / hxkA1 / glkA4 на чистых (зеленых) и сырых субстратах. Концентрации субстратов составляли 1% для яблочного пектина, гуаровой камеди, ксилана, арабиноксилана, целлюлозы, ксилоглюкана и 3% для семян хлопчатника, мякоти цитрусовых, соломы пшеницы, пульпы сахарной свеклы и пшеничных отрубей

    По всем выбранным источникам углерода (кроме хлопковая пульпа) мутант creAΔ4 рос сильнее, чем штаммы hxkA1 glkA4 и creAΔ4 hxkA1 glkA4 (рис.2). Мутант, отрицательный по гексокиназе / глюкокиназе, не мог расти на гуаровой камеди и жоме сахарной свеклы, тогда как рост был сильно снижен на других испытанных источниках углерода. На ксилане, мякоти цитрусовых, гуаровой камеди, шелухе соевых бобов и, в частности, на пшеничных отрубях и пульпе сахарной свеклы тройной мутант с дерепрессией углеродного катаболита рос лучше, чем двойной мутант гексокиназа / глюкокиназа (рис. 2). Таким образом, рост двойного мутанта на субстратах сельскохозяйственных отходов может быть частично восстановлен путем устранения репрессии углеродного катаболита.Пшеничные отруби — это сырой субстрат сельскохозяйственного происхождения и побочный продукт мукомольной промышленности. Он состоит в основном из (глюкуроно) арабиноксилана, целлюлозы и крахмала, поэтому является хорошим источником сбраживаемых сахаров, таких как D-глюкоза, D-ксилоза и L-арабиноза. Несколько субстратов продемонстрировали сильную разницу в росте между двойным и тройным мутантами, но мы выбрали пшеничные отруби для дальнейшего анализа в этом исследовании, поскольку этот субстрат уже широко изучался в других исследованиях в нашей лаборатории.Состав полимерного и сырого субстратов был проанализирован (дополнительный файл 4: таблица S1), но это не выявило какой-либо очевидной корреляции между фенотипом и составом субстратов. На арабиноксилане и мякоти семян хлопка не было различий между мутантами. На яблочном пектине creAΔ4 показал улучшенный рост по сравнению с тройным мутантом и двойным мутантом. Разница между creAΔ4 hxkA1 glkA4 и hxkA1 glkA4 была менее заметной, чем на пшеничных отрубях.При сравнении состава арабиноксилана, мякоти семян хлопка и яблочного пектина с другими исследованными источниками углерода, где различия в фенотипах были более выраженными, не было очевидной корреляции между фенотипом и сахарным составом. Это предполагает, что фенотипические различия между этими субстратами, вероятно, обусловлены другими факторами, такими как микроэлементы или ингибирующие соединения, присутствующие в субстратах.

    Сахара не накапливаются в культурах

    контрольных и мутантных штаммов A. nidulans , выращенных на пшеничных отрубях

    Накопление сахаров во внеклеточной среде после переноса контрольных и мутантов на пшеничных отрубях анализировали по количеству восстанавливающих групп что можно было обнаружить.Результаты показали, что высокий уровень внеклеточного сахара присутствует для тройного мутанта через 8 часов культивирования, тогда как для контрольного штамма и штамма creAΔ4 сахаров обнаружено не было. Сахара также присутствовали во внеклеточной среде двойного мутанта через 8 часов переноса в пшеничные отруби, но в концентрации, в пять раз меньшей по сравнению с тройным мутантом (рис. 3а). После 24 часов переноса на пшеничные отруби концентрация сахара в тройном мутанте снижается до очень низкого уровня (рис.3а).

    Рис. 3

    Потребление сахара контрольными и мутантами Aspergillus nidulans . Все штаммов A. nidulans были переведены на 1% пшеничные отруби. a Уровни сахара во внеклеточной среде сравнения, hxkA1 / glkA4, creAΔ4 и creAΔ4 / hxkA1 / glkA4 через 8 и 24 часа переноса в пшеничные отруби. Звездочка указывает на значительную разницу для глюкозы через 8 часов. b HPAEC-PAD Моносахаридный анализ глюкозы, ( c ) ксилозы и ( d ) арабинозы из A.nidulans reference (темный ромб), hxkA1 / glkA4 (темный квадрат), creAΔ4 (темный треугольник) и creAΔ4 / hxkA1 / glkA4 (темный крестик) после 2 24 часа перехода на пшеничные отруби. Значительная разница была выявлена ​​между тройным мутантом и creAΔ4 для глюкозы через 8 часов ( p > 0,05 в t-тесте Стьюдента). Средние значения и стандартное отклонение (столбцы ошибок) были рассчитаны на основе трех технических повторов

    . Чтобы определить любые изменения в составе сахара, все штаммы предварительно выращивали в жидких культурах, содержащих ММ и необходимые витамины с ксилозой (так как hxkA / glkA мутант не растет на глюкозе или фруктозе), а затем переносят на ту же среду с пшеничными отрубями.Через 2, 8 и 24 ч анализировали содержание моносахаридов в среде (рис. 3b-d).

    Значительные различия в концентрации глюкозы были обнаружены между тройным мутантом и штаммом creAΔ4 . Через 8 ч переноса высокий уровень глюкозы (31,1 ± 7,4 мМ) был обнаружен в тройном мутанте, в то время как в штамме creAΔ4 глюкоза не определялась (рис. 3b). Концентрация глюкозы была одинаковой у контрольного и двойного мутанта во все моменты времени, но в пять раз ниже по сравнению с тройным мутантом через 8 часов.В штамме creAΔ4 глюкоза была обнаружена только через 2 часа переноса в пшеничные отруби.

    Ксилоза не была обнаружена в культурах эталонного штамма и двойного мутанта (рис. 3в). Однако через 2 часа переноса на пшеничные отруби высокий уровень ксилозы был обнаружен в creAΔ4 (от 4 до 8 мМ) и тройном мутанте (6,5 мМ), который снизился у обоих мутантов через 8 часов (рис. 3c). ). Эта тенденция наблюдалась также у creAΔ4 и тройного мутанта арабинозы, но на очень низком уровне (рис.3d). Низкие уровни арабинозы также были обнаружены в контрольном и двойном мутанте во все тестируемые моменты времени (рис. 3d). После 24 часов переноса в пшеничные отруби глюкоза, ксилоза или арабиноза не были обнаружены в средах ни одного из протестированных штаммов (рис. 3b-d).

    Таким образом, наш анализ показал, что сахара не накапливаются постепенно внеклеточно, а потребляются во время роста как двойных, так и тройных мутантов на пшеничных отрубях. Это ожидалось для D-ксилозы и L-арабинозы, но отсутствие свободной глюкозы через 24 часа предполагает альтернативное преобразование глюкозы.

    Чтобы проследить продукты превращения глюкозы, метаболомный анализ ГХ-МС был проведен на образцах внутриклеточных метаболитов из мицелия A. nidulans через 2 часа, 8 часов и 24 часа после переноса в среду с 1% пшеничными отрубями. Было обнаружено 134 метаболита (дополнительный файл 5: таблица S2), 79 из которых можно было идентифицировать, сопоставив их с записями в библиотеках Agilent Fiehn Metabolomics RTL и NIST GC-MS. Анализ метаболитов в creAΔ4 и тройных мутантах показал внутриклеточное накопление глюкозы через 2 часа.Через 8 часов уровень ниже, а через 24 часа глюкоза не обнаружена (рис. 4). Для фруктозы мы также наблюдали внутриклеточное накопление в creAΔ4 и тройном мутанте через 2 часа переноса в пшеничные отруби. Через 8 часов накопление наблюдали только у мутанта creAΔ4 , а через 24 часа фруктоза не обнаруживалась. Идентифицированные профили метаболитов, связанные с катаболизмом сахара в A. nidulans , были подобны для мутанта hxkA1 glkA4 по сравнению с эталоном и для creAΔ4 по сравнению с тройным мутантом.Через 24 часа переноса в среду с пшеничными отрубями ни в одном из штаммов не было обнаружено ни глюкозы, ни фруктозы (дополнительный файл 5: таблица S2). Таким образом, штаммы с дефицитом гексокиназы / глюкокиназы при выращивании на сложном субстрате, таком как пшеничные отруби, не показали никаких признаков накопления промежуточных продуктов гликолиза после 24 часов роста.

    Рис. 4

    Представление профилей метаболитов, участвующих в пути гликолиза. Ось Y соответствует значениям из Дополнительного файла 5: Таблица S2

    Большинство активированных генов в тройном мутанте по сравнению со штаммом

    creAΔ4 отнесены к классу метаболизма

    РНК-секвенирование проводили с использованием РНК. выделенный из предварительно выращенного мицелия ксилозы из всех четырех штаммов, которые затем были перенесены в ММ с необходимыми добавками и 1% пшеничными отрубями, для изучения изменений в профилях экспрессии генов в результате дефекта гексокиназы-глюкокиназы в двух генетических фонах (ссылка и ). creAΔ4 ).Таким образом, в следующих абзацах мы сравнили три мутанта с эталонным штаммом , и таким же для фона creAΔ4 .

    Для классификации функции предсказанных генов A. nidulans был использован функциональный каталог (FunCat) [19]. Из общего количества 10460 генов, предсказанных в геноме A. nidulans , 5812 были связаны с FunCat (компонент, функция и процесс), которые были отнесены к 19 основным группам (см. Условные обозначения Дополнительный файл 6: Рисунок S2).Было активировано 1798 генов у тройного мутанта по сравнению со штаммом creAΔ4 , тогда как у двойного мутанта была повышена регуляция 814 генов по сравнению с контрольным . Если рассматривать все вместе активируемые гены, метаболизм был основным классом с 39%, за ним следовали неклассифицированные белки (34%), транскрипция (5,5%) и клеточный транспорт и транспортные механизмы (5%).

    В этих двух сравнениях был проведен анализ генов из класса метаболизма. В этом классе FunCat обнаружено 8 подгрупп (см. Легенду Дополнительный файл 6: Рисунок S2).С-соединение и метаболизм углеводов были самой большой подгруппой в классе метаболизма с 43% (307 генов) в тройном мутанте по сравнению со штаммом creAΔ4 от общего числа активированных генов (дополнительный файл 6: рисунок S2). У двойного мутанта 50% активированных генов в классе метаболизма принадлежат к подгруппе С-соединения и метаболизма углеводов (170 генов). Была проанализирована генная функция всех генов, отнесенных к подгруппе C-соединения и метаболизма углеводов (дополнительный файл 7: таблица S3).Среди активированных генов, отнесенных к группе C-CM, ген swoM , кодирующий глюкозо-6-фосфат-изомеразу, два гена, участвующие в PCP (ксилитолдегидрогеназа: xdhA и L-арабитолдегидрогеназа: ladA ) и четыре гена, участвующие в PPP (D-рибулокиназа: rbtA ; D-рибулозофосфат-3-эпимераза: rpeA ; глюкозо-6-фосфат-1-дегидрогеназа: gsdA и трансальдолаза: pppA ). были активированы в тройном мутанте по сравнению с creAΔ4 (дополнительный файл 7: таблица S3, лист 1) . В двойном мутанте (дополнительный файл 7: таблица S3, лист 2) дополнительный ген, участвующий в PPP (6-фосфоглюконатдегидрогеназа: gndA ), был активирован по сравнению с эталоном.

    Снижение способности к росту на пшеничных отрубях не связано со сниженной экспрессией генов CAZy, участвующих в деградации биомассы растений

    Гены CAZy, участвующие в биомассе растений из гликозидгидролазы (GH), вспомогательной активности (AA), углеводных эстераз (CEs) и семейства полисахаридных лиаз (PLs) представлены 1.7% от общего количества генов, идентифицированных в нашем РНК-секвенировании.

    Гены CAZy со значениями RPKM выше 150 в любом из четырех условий представлены красным цветом в дополнительном файле 8: Таблица S4 (лист 2). Большинство этих высокоэкспрессированных генов CAZy участвуют в деградации ксилана и целлюлозы. Среди значительно дифференциально экспрессируемых генов (с изменением> 1,5 раза и значением p <0,05) в мутанте hxkA1 glkA4 имеется только 17 генов с пониженной регуляцией и 10 генов с повышенной регуляцией по сравнению с эталоном после переноса на пшеничные отруби на 2 ч (дополнительный файл 8: таблица S4, лист 1).Интересно, что 6 из 17 генов, участвующих в деградации крахмала, были подавлены у двойного мутанта, и эти гены включают четыре α-глюкозидазы ( agdA , agdB , agdE и agdG ), одну α-амилазу ( amyA ) и одну глюкоамилазу ( glaA ). Кроме того, две эндо-ксиланазы ( xlnA и xlnC ), две эндо-полигалактуроназы ( pgaB и pgxA ) и одна эндоарабинаназа ( abnC ) были подавлены.Три гена, два гена α-амилазы ( amyD и amyG ) и один ген α-глюкозидазы ( agdF ), участвующие в деградации крахмала, активируются в мутанте hxkA1 glkA4 , а также семи других генах CAZy. все они кодируют экзо-действующие ферменты, участвующие в расщеплении ксилана, целлюлозы / ксилоглюкана, галактоманнана и пектина.

    В целом эталон и двойной мутант показали одинаковый профиль экспрессии CAZy, который отличался от двух фоновых штаммов cre A . Как и ожидалось, многие гены CAZy активируются на высоких уровнях транскрипта в creAΔ4 и тройном мутанте (дополнительный файл 8: таблица S4, лист 1). Между этими двумя штаммами имеется 16 генов с пониженной регуляцией и 33 гена с повышенной регуляцией. Большинство генов с пониженной регуляцией участвуют в деградации крахмала (восемь генов) и целлюлозы / ксилоглюкана (семь генов). Мы хотели бы отметить, что даже несмотря на то, что экспрессия этих генов была значительно снижена, уровни транскриптов многих генов остаются на высоком уровне у тройного мутанта.Уровни транскриптов семи из 16 генов, участвующих в деградации арабиноксилана, были еще более увеличены у тройного мутанта, включая ген эндо-ксиланазы xlnA , четыре предполагаемых β-ксилозидазы (AN1870, AN7864; bxlD , AN8477 и AN2664) и две α-арабинофуранозидазы ( abfB и An7781). Таким образом, эти результаты показывают, что мутация creAΔ4 оказывает более сильное влияние на экспрессию гена CAZy, чем метаболические мутации.

    Делеция

    creA в сочетании с блокировкой гликолиза приводит к повышенной экспрессии генов пентозного катаболического и пентозофосфатного путей (PCP и PPP). двойной мутант и между creAΔ4 и тройным мутантом . Как и ожидалось, в обоих мутантах, в которых гликолиз заблокирован, экспрессия 6-фосфофруктокиназы ( pfkA ), фруктозобифосфатальдолазы ( fbaA ), глицеральдейд-3-фосфатдегидрогеназы ( gpdA ) pgkA ), фосфоглицератмутаза ( pgmA ) и енолаза ( acuN ) подавлялись (ниже 0,7 раза). Исключением были глюкозо-6-фосфат-изомераза ( swoM ) и пируваткиназа ( pkiA ), которые были выше экспрессированы в двойном мутанте гексокиназа / глюкокиназа как в контрольном, так и на фоне creAΔ4 (рис.5 и Дополнительный файл 2: Таблица S5) .

    Рис.5

    Схематическое изображение экспрессии генов гликолиза, пентозофосфатного пути (PPP) и пентозно-катаболического пути (PCP) в Aspergillus nidulans через 2 часа передачи до 1% ( w / v ) отруби пшеничные . Значения экспрессии генов представлены под генами и обозначены цветовым градиентом. Уменьшение экспрессии обозначается зелеными квадратами, а увеличение экспрессии — красным квадратом.Экспрессия генов — это средние значения двух биологических повторов. Используемые единицы — это количество фрагментов на килобазу экзона на миллион отображенных считываний (FPKM). Гены, участвующие в гликолизе: глюкокиназа ( glkA ; AN8689), гексокиназа ( hxkA ; AN7459), глюкозо-6-фосфат-изомераза ( swoM ; AN6037), фосфофруктокиназа ( pfk232 pfkA) альдолаза ( fbaA ; AN2875), дигидроксиацетонфосфат (DHAP), триозо-фосфат-изомераза ( tpiA ; AN6900), глицеральдейд-3-фосфатдегидрогеназа ( gpdA ; AN8041lyce46), фосфат ksphophin , фосфоглицератмутаза ( pgmA ; AN3059), енолаза ( acuN ; AN5746) и пируваткиназа ( pkiA ; AN5210).Гены, участвующие в PCP: L-арабинозаредуктаза ( larA ; AN7193), L-арабитолдегидрогеназа ( ladA ; AN0942), L-ксило-3-гексулозаредуктаза ( lxrA ; AN10169), D-ксилозаредуктаза ( xyrA ; AN0423), ксилитолдегидрогеназа ( xdhA ; AN9064) и D-ксилулозокиназа ( xkiA ; AN8790). Гены, участвующие в PPP: глюкозо-6-фосфат-1-дегидрогеназа ( gsdA ; AN2981), 6-фосфоглюконолактоназа ( pgIA ; AN0285), 6-фосфоглюконатдегидрогеназа ( gndAlose ; AN3954). фосфат-3-эпимераза ( rpeA ; AN7588), транскетолаза ( tktA ; AN0688), D-рибулокиназа ( rbtA ; AN6985), трансальдолаза ( pppA ; AN0240), рибозерепираза 5 -A ; AN2440), рибозо-5-фосфат-изомераза ( rpiB ; AN5907) и рибокиназа ( rbkA ; AN7995)

    Два гена пентозного катаболического пути (PCP), xdhA и 66, регулировались с помощью ladA-918 в двойном мутанте по сравнению с эталоном и в тройном мутанте по сравнению с creAΔ4 (> 1.5-кратный, p -значение <0,05) (Дополнительный файл 2: Таблица S5). Кроме того, пять генов пентозофосфатного пути (PPP) имели значительно более высокую экспрессию в двойном мутанте по сравнению с эталоном и в тройном мутанте по сравнению с creA∆4 . Они кодируют трансальдолазу ( pppA ), D-рибулокиназу ( rbtA ), эпимеразу D-рибулозофосфат-3 ( rpeA ), 6-фосфоглюконатдегидрогеназу ( gndA ) и глюкозо-1- фосфат-1. дегидрогеназа ( gsdA ).Пшеничные отруби содержат также другие моносахариды, такие как галактоза, манноза и глюкуроновая кислота. Однако гены, участвующие в пути Leloir, альтернативном пути D-галактозы, пути D-маннозы и цикле TCA, не продемонстрировали явного эффекта блокирования гликолиза на уровне фосфорилирования гексозы.

    Никакой разницы в экспрессии генов других генов, которые могут преобразовывать глюкозу, таких как глюкозооксидаза, глюкозодегидрогеназа, глюконатдегидратаза и несколько гексокиназоподобных белков (HxkB, HxkC, HxkD), не наблюдалось у двойных и тройных мутантов по сравнению с их эталонные штаммы (дополнительный файл 2: таблица S5) [3, 5, 25, 26, 27].В наших метаболомных данных мы не смогли найти никаких конкретных промежуточных продуктов, позволяющих нам точно определить альтернативный путь превращения глюкозы.

    Проверка профилей экспрессии RNA-seq с помощью количественной ОТ-ПЦР (qRT-PCR)

    Для проверки профилей экспрессии, полученных с помощью анализа RNA-seq, два гена, участвующие в PCP (ксилитолдегидрогеназа, L-арабитолдегидрогеназа) и один ген CAZy (α-арабинофуранозидаза; abfB ) тестировали с помощью количественной ОТ-ПЦР (Дополнительный файл 9: Рисунок S3).Тенденции экспрессии выбранных генов, полученные с помощью qRT-PCR, подтвердили те, которые были получены с помощью RNA-seq. Праймеры, использованные в этом эксперименте, указаны в Дополнительном файле 10: Таблица S6.

    Более высокая активность α-арабинофуранозидазы и β-ксилозидазы наблюдалась у тройного мутанта по сравнению с одним мутантом

    creA

    Те же культуры, которые использовались для секвенирования РНК, также использовались для измерения α-арабинофуранозидазы, β-глюкозидазы, β- ксилозидазная и целлобиогидролазная активности в супернатантах культур через 8 и 24 ч после переноса в среду с пшеничными отрубями.Через 8 часов переноса активности целлобиогидролазы (CBH) и β-глюкозидазы (BGL) были значительно выше у контрольного и мутантного creAΔ4 по сравнению с двумя другими мутантными штаммами, соответственно (дополнительный файл 11: рисунок S4) . После 24 часов переноса на пшеничные отруби эта разница больше не наблюдалась, и уровни целлюлолитической активности были одинаковыми для всех штаммов.

    Значительное увеличение активности β-ксилозидазы (BXL) и α-арабинофуранозидазы (ABF) наблюдалось у тройного мутанта по сравнению с creAΔ4 через 8 и 24 ч (дополнительный файл 11: Рисунок S4) . Никаких различий в активности BXL между контрольным образцом и двойным мутантом в оба момента времени не наблюдалось.

    Эффективный синтетический производный 4-дезокси-D-ликсогексозы и Untersuchung zur Verwendung in der Total Synthese

    % PDF-1.4 % 1 0 объект > / Метаданные 2 0 R / PieceInfo> >> / Страницы 3 0 R / PageLayout / OneColumn / OCProperties> / StructTreeRoot 5 0 R / Тип / Каталог / LastModified (D: 20061023134442) / PageLabels 6 0 руб. >> эндобдж 7 0 объект > эндобдж 2 0 obj > транслировать Акробат Дистиллятор 7.0 (Windows) [email protected]942KosaNostraD: 200610231143582006-10-23T13: 44: 35 + 02: 00Acrobat PDFMaker 7.0 для Word2006-10-23T13: 44: 42 + 02: 002006 44-10-23T 02: 00uuid: 5e1c4556-6624-4513-8fad-5418445778f2uuid: bf38b956-09fb-457e-9d01-eb4a22275d2f

  • 3
  • application / pdf
  • Effektive Synthese der 4-Deoxy-D-lyxo-hexose-Derivaten und Untersuchung zur Verwendung in der Total Synthese
  • Ihr Benutzername
  • конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 объект > / PageElement> >> / Имя (верхний колонтитул) / Тип / OCG >> эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 8 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Свойства> / ExtGState> / XObject> >> / Тип / Страница / Аннотации [24 0 R] >> эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > транслировать HWn8} Gh) H ݰ rb; @ {_ 6Ymnɫ!) Fӻ @ ǎcU: u {Wrf- ۻ M: oQӽ, VV% S (] ؋ ܈> ˃ GoP «_񾹹n6d_77 PO ~ W Մ xKqss) -CRT ‘{z ߬ M [ Q_esPWnH7_F _>? «L_JS + y: ƪlIlʤ ߩ Cb} ArQjMd: xR̭V򔶂teNYnЕ {} M [; & o! xn) ^ LIv U! Sl 嚯 j: ^ u у = оо Y (t ^ A h̼`oˠ \ LGv (j.



  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *