Почему растения запасают энергию в виде углеводов, а не жиров?

Вопрос был:

Почему растения хранят свою энергию в виде углеводов, а не жиров, если жиры являются более эффективным запасом энергии ?

Но прежде чем пытаться ответить на него, вы должны четко понимать, что подразумевается под эффективным . Без уточнения этот термин не имеет смысла. Небольшое размышление покажет вам, что какие бы положительные свойства ни подразумевались под «эффективностью», они могут иметь различное значение по отношению к весьма различным способам существования животных и растений. Можно также проверить любое объяснение на исключениях — случаях, когда животные хранят углеводы (обычно полисахариды), а растения — жиры. Имея это в виду, я рассуждаю следующим образом:

1. Углеводы — простое решение

Растения синтезируют глюкозу из углекислого газа, животные потребляют с пищей углеводы и расщепляют их до моносахаридов. Таким образом, хранение излишков в виде полисахаридов (гликогена у животных, крахмала у растений) предполагает разработку и использование относительно простой системы полимеризации/деполимеризации. Поэтому можно было бы предположить, что это значение по умолчанию. Тогда возникает вопрос: «При каких обстоятельствах выгодно хранить излишки в виде жира?».

2. Жир является более концентрированным хранилищем энергии, поэтому он используется для минимизации веса.

Скучно, а? Но это ответ. Следующий отрывок из работы Berg et al. объясняет это ясно ( триацилглицерин — это химическое название триглицерида или жира ):

Триацилглицеролы представляют собой высококонцентрированные запасы метаболической энергии, поскольку они восстановлены и безводны. Выход полного окисления жирных кислот составляет около 9 ккал/г ⁽ 38 кДж/г ⁾ , в отличие от примерно 4 ккал/г ⁽ 17 кДж/г ^).) для углеводов и белков. Основой этой большой разницы в выходе калорий является то, что жирные кислоты намного меньше. Кроме того, триацилглицеролы неполярны, поэтому они хранятся почти в безводной форме, тогда как гораздо более полярные белки и углеводы более гидратированы. Фактически 1 г сухого гликогена связывает около 2 г воды. Следовательно, грамм почти безводного жира хранит более чем в шесть раз больше энергии, чем грамм гидратированного гликогена, что, вероятно, является причиной того, что триацилглицеролы, а не гликоген, были выбраны в ходе эволюции в качестве основного резервуара энергии. Рассмотрим типичного мужчину весом 70 кг, у которого запасы топлива составляют 100 000 ккал (420 000 кДж) в виде триацилглицеролов, 25 000 ккал (100 000 кДж) в белке (в основном в мышцах), 600 ккал (2500 кДж) в гликогене и 40 ккал (170 кДж). кДж) в глюкозе. Триацилглицеролы составляют около 11 кг его общей массы тела. Если бы это количество энергии запасалось в гликогене, его общая масса тела была бы на 55 кг больше.

Исключение для животных — гликоген

Ограниченное количество топлива запасается в виде гликогена у животных. Повышенная весовая нагрузка компенсируется преимуществом быстрой мобилизации и тем, что получается глюкоза (животные не могут превращать жирные кислоты в глюкозу).

Исключение для растений — масла в семенах

Растения не ходят, поэтому вес, как правило, не является фактором, побуждающим их откладывать свои запасы в виде жира. Например, они могут образовывать большие клубни под землей. Однако есть преимущество в минимизации веса запасов энергии, необходимых для развития семян, — это позволяет легче распространять их по ветру или через потребление животными. Таким образом, можно объяснить, почему запасом энергии в семенах являются масла (триглицериды с более низкой температурой плавления из-за их большей ненасыщенности).

Есть несколько причин, по которым растения предпочитают углеводы для хранения энергии, а не жиры. Я доберусь до некоторых из них по очереди.

• Жир ненавидит воду: просто применив здравый смысл, можно узнать, что жиры гидрофобны, то есть они буквально «ненавидят» воду, т.е. не растворяются в воде. Таким образом, они не могут быть транспортированы очень легко. С другой стороны, большинство углеводов растворимы в воде и могут легко транспортироваться через волокна флоэмы. Так, растения предпочитают использовать углеводы вместо жиров. Но они могут накапливать жиры, превращая их в липопротеины , связывая их с белком , связывающим жирные кислоты, сохраняя их в виде жирных кислот (т. компартменты, называемые элайопластами. Тем не менее, как можно предположить, это потребует большего потребления энергии, чем использование углеводов, поэтому растения не слишком предпочитают этот процесс.

  источник

• Растения не хотят хранить все: очевидно, растения фотосинтезируют, потому что им нужна энергия, и потому что им нужна энергия , чтобы выжить . Таким образом, хранить каждый бит энергии было бы не очень умно, им нужна часть ее под рукой. Жиры являются хранилищами энергии, т.е. запасают энергию для экстремальных условий, когда не остается основного источника энергии. В нормальных условиях и ночью углеводы являются основным источником энергии.

• Клетки их не пропускают: плазматические мембраны полупроницаемы, это довольно общий факт. Так, они не позволяют крупным молекулам проникать внутрь. А жиры — одни из самых крупных биомолекул (после, очевидно, нуклеиновых кислот). Поэтому их нельзя транспортировать внутрь или наружу клеток. Вы скажете: «Но именно клетки производят жиры, так что они уже внутри!» Нет, потому и флоэма , что есть клетки, которые их не синтезируют (скажем, клетки корня). С другой стороны, углеводы, будучи гораздо меньше, могут транспортироваться через мелкие каналы или даже путем простой диффузии через плазматическую мембрану. Также, как уже говорилось, жиры довольно гидрофобны, в отличие от углеводов. Значит, они в некотором смысле отталкиваются гидрофильным слоем клеточной мембраны .точно так же, как сама вода ненавидит ее. Таким образом, им еще труднее пересечь плазматические мембраны из-за комбинированного эффекта размера и гидрофобности.

Может быть много других причин, о которых я сейчас не могу думать, но я надеюсь, что даже это будет полезно.

Вот моя попытка.

Почему растения запасают энергию в виде углеводов, а не жиров?

Это потому что они не могут? Это не ответ, так как у нас есть кукурузное масло, пальмовое масло, кокосовое масло, оливковое масло, подсолнечное масло и т. д. Таким образом, растения могут накапливать энергию в виде липидов.

Возможно, вопрос лучше перефразировать так: «Почему основным запасом энергии у растений не являются липиды, как у млекопитающих».

Я предполагаю, что это потому, что растения не так активно двигаются, как животные. Растение приковано к месту своей корневой системой. Следовательно, нет преимущества в хранении энергии с высокой плотностью, особенно когда синтез липидов требует больше энергии по сравнению с синтезом сахара.

Таким образом, за исключением конкретных примеров, накопление энергии в липидах для растений не представляет никакой пользы. Нет необходимости платить за компактный источник энергии, когда вы никогда не будете двигаться во взрослом возрасте.

В качестве семян... это может быть полезно... и именно поэтому все наши растительные масла получают из семян того или иного сорта.

Быстрый ответ: животным нужна мобильность, а растениям нужна стабильность.

Объяснение: Как вы упомянули, жир является более эффективной формой хранения энергии. Однако растения запасают энергию за счет крахмала (углеводов), а не за счет жиров, как можно было бы ожидать. Это не означает, что они вообще не используют жиры (например, семена масличных культур).

Молекула-аккумулятор энергии должна экономить энергию (как следует из названия), но она не должна быть слишком тяжелой и должна быть достаточно стабильной, чтобы функционировать в организме. Жир — самая легкая молекула, запасающая энергию. Один грамм жира хранит больше энергии, чем один грамм крахмала или белка. Таким образом, вес движущегося организма был бы меньше, если бы вместо крахмала он запасал жир. Но растения не передвигаются, поэтому экономия веса не является реальной необходимостью.

Таким образом, тяжелая молекула крахмала более стабильна, чем более легкая молекула жира, что сравнительно важнее для растений с точки зрения обеспечения долговременной стабильности. Другая причина, по которой они запасают в основном крахмал, а не жиры, — это поочередное цветение, например, когда растения каждый год накапливают некоторое количество крахмала (в зависимости от растения), а затем используют всю сэкономленную энергию сразу во время цветения. Жиры не сохранялись бы так долго, потому что, когда жиры или масла подвергаются воздействию воздуха, они реагируют с кислородом или водяным паром и образуют карбоновые кислоты с короткой цепью.