Механизм биосинтеза белков в зерне

10.05.2015

Наиболее интенсивное изучение механизма биосинтеза белка в созревающем зерне проводится группой австралийских исследователей (Мортон, Рейсон и др.), а также в Канаде (Мак-Коннел, Билинский и др.). В обоих случаях объектом исследования является пшеница.
Применив современные методы исследований — электронную микроскопию, электрофорез, ультрацентрифугирование, радиоактивные изотопы и другие методы, исследователям удалось получить интересные данные по выяснению механизма биосинтеза белков в развивающихся зерновках.
Пшеница. Основным местом синтеза запасных белков в эндосперме созревающих семян являются, вероятно, пластиды, хотя и другие органеллы цитоплазмы клетки обладают способностью к синтезу белка. При помощи электронного микроскопа было показано, что запасные белки семян пшеницы сосредоточены в особых гранулах диаметром 0,5—20 μ, которые были названы «белковыми телами» (рис. 7). Эти белковые тела локализованы внутри пластид, которые имеют липопротеиновые мембраны и рибосомы между мембранами.
Синтез запасного белка в эндосперме пшеницы начинается позже, чем синтез крахмала. Белковые тела наблюдали в молодых клетках эндосперма через 15 дней после цветения. Крахмал же начинает синтезироваться уже через несколько дней после опыления. В ходе развития зерна размер белковых тел увеличивается и в созревших тканях наблюдаются белковые тела диаметром до 20 р. Белковые тела можно было бы увидеть и при помощи обычного, светового микроскопа, но наличие в клетке большого количества крахмальных зерен (величина которых, кстати, во много раз больше белковых тел), не дает возможности увидеть белковые тела в сравнительно толстых срезах, используемых для светового микроскопа. В созревающем зерне, наряду с крупными белковыми телами, обнаруживаются и мелкие — около 0,5 р в диаметре, которые несколько отличаются по аминокислотному составу крупных.
Синтез запасных белков в эндосперме происходит в рибосомах, расположенных параллельно липопротенновым мембранам пластид. Эти мембраны состоят из многочисленных слоев, образующих ламеллярную структуру (рис. 7b, d). Последняя удивительно схожа со структурой молочных желез, которые синтезируют и секретируют казеиновые частицы. Запасные белки, синтезированные в рибосомах, секретируются не наружу, как в молочных железах, а во внутрь пластиды. Отсюда этот процесс был назван «внутренней секрецией», а пластиды, синтезирующие белок, названы «протеопластами», так как белковые тела образуются аккумуляцией запасного белка внутри мембраны пластиды.

Механизм биосинтеза белков в зерне

Посредством дифференцированного центрифугирования был выделен препарат белковых тел, осаждаемых при 20 000 g в течение 30 мин., и надосадочный препарат, осаждаемый при 105 000 g в течение 90 мин. Основным компонентом препарата белковых тел были белковые тела, но обнаруживались также гранулы — предположительно митохондрии (см. рис. 7, с), количество которых было незначительно, а также липопротеиновые мембраны. Надосадочный препарат содержал липопротеиновые фрагменты и рибосомы.
Белковые тела содержали 68% белка, 22,7% липидов, большая часть которых была представлена фосфолипидами, 5,5% нуклеиновых кислот и 4,0% фитиновой кислоты. Алейроновые зерна, выделенные из семядолей семян арахиса, также содержали (6,3%) фитиновую кислоту. И алейроновые зерна семядолей арахиса, и белковые тела эндосперма пшеницы являются местом аккумуляции белка, те и другие содержат фитин. В этом отношении эти клеточные структуры аналогичны.
Однако между алейроновыми зернами злаковых растений (которые находятся в алейроновых клетках, расположенных обычно в виде одного или нескольких рядов около оболочки) и «белковыми телами» эндосперма имеются существенные различия. Белок алейроновых клеток зерна пшеницы, как отмечалось ранее, представлен в основном глобулином, белковые же тела состоят главным образом из глиадина; по содержанию аминокислот белки алейроновых клеток также резко отличаются от запасных белков эндосперма.
О том, что в белковых телах действительно сосредоточены запасные белки, свидетельствуют следующие данные. Посредством электрофоретических исследований на крахмальном геле было показано, что белковые тела содержат в основном медленно двигающиеся компоненты, аналогичные тем, какие обнаружены в белках, экстрагируемых уксусной кислотой из неповрежденных эндоспермов. В ходе развития эндосперма в клетках увеличиваются число белковых тел и их размер; одновременно происходит увеличение количества белков, растворимых в уксусной кислоте. Аминокислотный состав белковых тел очень схож с аминокислотным составом белка, выделенного из эндосперма экстракцией уксусной кислотой. И наконец, результаты опытов по включению S35-сульфата и С14-глицина в белки также подтвердили, что белковые тела являются местом накопления запасных белков эндосперма пшеницы.
Аминокислотный состав белковых тел, осаждаемых при 10 000 g в течение 30 мин., в ходе развития зерна изменяется мало и очень напоминает аминокислотный состав белковой фракции, растворимой в уксусной кислоте. Аминокислотный состав надосадочной фрикции, получаемой при центрифугировании гомогенатов при 105 000 g в течение 20 мин. (после предварительного центрифугирования при 10 000 g), резко отличается от аминокислотного состава белковых тел. Эта надосадочная фракция по содержанию аминокислот аналогична белковой фракции, экстрагируемом пирофосфатом натрия. Различие между ними заключается лишь и том, что если фракция надосадочных белков очень незначительно изменяется в ходе созревания, то у пирофосфатрастворимой фракции отмечены значительные изменения. Предполагается, что надосадочная фракция содержит белок или белКи, которые являются промежуточными в синтезе запасных белков. Однако на основании дальнейших исследований авторы пришли к заключению о независимости синтеза запасного и цитоплазматического белков.
Препарат белковых тел содержит рибосомы, РНК и ферменты, активирующие аминокислоты, т. е. систему, необходимую для включения аминокислот в белки.
Опыты, проведенные с применением радиоактивных аминокислот, в большинстве случаев пролина-С14, показали, что меченые аминокислоты интенсивно включались как в изолированные белковые тела и в надосадочную фракцию, так и в белки гомогенатов, полученных из эндоспермов зерна. Причем включение меченых аминокислот в запасные белки не зависело от присутствия других аминокислот, т. е. оно было специфичным для каждой аминокислоты. Включение аминокислот не ограничивалось N- или С-концевым положением; аминокислоты включались в пептидную цепь. Радиоактивность белков сохранялась после диализа против воды и против растворов аминокислот, а также после дальнейшей инкубации с немечеными аминокислотами.
Включение аминокислот в надосадочный препарат сильно ингибировалось хлорамфениколом, гидроксиламином и флуорацетатом. Включение аминокислот в препарат белковых тел также сильно ингибировалось хлорамфениколом и пуромицином, но гидроксиламии и флуорацетат ингибировали незначительно.
Отличительной особенностью изолированных пластид пшеничного эндосперма, синтезирующих запасные белки, является значительная стабильность системы для включения аминокислот в белки. Актиномицин-D (ингибитор синтеза информационных РНК, несущих код от ДНК к рибосомам) не оказывал ингибирующего действия на включение аминокислот в запасные белки. Поэтому Мортон и Рейсон предполагают. что пластиды имеют информационные РНК, которые являются довольно стабильными, и что включение аминокислот в запасные белки не зависит от синтеза информационных РНК.
Результаты, полученные в опытах с изолированными препаратами по включению меченых аминокислот в белки эндосперма, очень схожи с результатами, полученными в опытах с неповрежденными колосьями, в которых было показано, что образование запасного белка и цитоплазматического — независимые процессы. В этих опытах была применена «пульсирующая» метка. (Урезанные колосья пшеницы (на 16—19-й день после цветения) помещали в растворы меченых соединений (Бисульфат, С14-лейцин и С14-пролин) на один час, после чего их выдерживали различные промежутки времени на воде. Было установлено, что включение метки в запасные белки (осаждаемые при 12 000 g в течение 30 мин.) и растворимые, цитоплазматические белки (надосадочный препарат) происходит одновременно и в одинаковом соотношении. При этом отмечено, что в вариантах с мечеными аминокислотами (пролин и лейцин) удельная радиоактивность запасных белков при всех экспозициях выше, чем радиоактивность цитоплазматических белков. Это, по мнению авторов, может служить доказательством того, что цитоплазматические белки не являются предшественниками запасных белков. В варианте с S35-сульфатом удельная радиоактивность цитоплазматических белков, наоборот, была выше, чем запасных белков. Такое различие, по мнению авторов, связано с различием в аминокислотном составе этих белков: запасные белки содержат больше пролина и лейцина и меньше серусодержащих аминокислот, чем цитоплазматические белки.
В опытах со срезанными колосьями, как и в опытах с изолированными клеточными структурами, было показано ингибирование флуорацетатом натрия включения метки S35-сульфата в цитоплазматические белки и отсутствие ингибирования включения метки в запасные белки. Такое избирательное ингибирование также свидетельствует о том, что синтез запасных белков происходит независимо от синтеза цитоплазматических (растворимых) белков.
К аналогичным выводам о независимости синтеза запасных белков зерна пшеницы, в частности глиадина, от синтеза других белков в пшеничном зерне пришли Вилинский и Мак-Коннел, изучавшие включение С14-ацетата в глютаминовую кислоту отдельных белков зерна и распределение метки внутри глютаминовой кислоты в зависимости от фазы развития зерна. Более подробно эти работы будут рассмотрены ниже.
Такое независимое образование двух групп белков (запасных и цитоплазматических), локализованных внутри одной и той же клетки, может происходить лишь в том случае, если информационные РНК и рибосомы, несущие код для одной группы белка, будут морфологически отделены от другой группы. В дальнейших опытах были получены данные, свидетельствующие о локализации ферментов и транспортной ГНК, ответственных за начальные стадии синтеза белка, как в препарате белковых тел, так и в надосадочном препарате. Мортон и Peцсон полагают также, что рибосомы, находящиеся внутри белокобразующей пластиды, по-видимому, несут информационные РНК, которые отличаются от информационных РНК, связанных с рибосомами общего эндоплазматического ретикулума.
Особенностью синтеза белка в протеопластах созревающего зерна пшеницы является то, что включение меченых аминокислот в белки не зависело от добавления АТФ-генерирующей системы. Это авторы объясняют наличием в протеопластах эндосперма фитина, связанного белком, и АТФ-фосфоипозитолтрансферазы — фермента, катализирующего образование ATЫ из АДФ. Фитин в созревающих зерновках пшеницы, по их мнению, является источником фосфорных групп для образования АТФ и может выполнять функцию, аналогичную той, какую он выполняет в нуклеотидных эритроцитах, которые, подобно протеопластам, аккумулируют запасной белок — гемоглобин. Последовательность реакций, происходящих в белокобразующих пластидах эндосперма зерна пшеницы в процессе синтеза запасного белка, показана на рис. 8.
Механизм биосинтеза белков в зерне

Пластиды, синтезирующие запасной белок эндосперма пшеничного зерна, содержат рибосомы, транспортную РНК и аминоацил-РНК-синтетазу. Ферментные фракции, выделенные из препарата белковых тел и надосадочного препарата, катализировали начальный этап синтеза белка — активацию аминокислот (о чем судили по обмену Р32-пирофосфата с АТФ), а также образование аминоацил-РНК. При этом было установлено, что ферментативная активность в препарате белковых тел появляется после воздействия на него ультразвуком, что, как полагают авторы, связано с разрушением мембран, окружающих белокобразующие пластиды, или пузырчатых элементов, связанных с белковыми телами (см. рис. 7, а). Ферментные фракции, выделенные из препарата белковых тел и надосадочного препарата, катализируют по существу один и тс же реакции. Различия заключаются лишь в том, что активация аминокислот, катализируемая синтетазами из надосадочного препарата, зависит от АТФ; добавление АТФ стимулирует эту реакцию. Эта же реакция, катализируемая синтетазами из препарата белковых тел, наоборот, даже ингибируется при добавлении АТФ. Последнее, как полагают авторы, происходит из-за высокой концентрации АТФ, так как ферментная фракция из препарата белковых тел содержит систему для генерации АТФ из АДФ. Образование аминоацил-РНК, катализируемое ферментными препаратами как из фракции белковых тел, так и надосадочной фракции, стимулируется при добавлении АТФ.
Известно, что синтез белка в клетке тесно связан с синтезом нуклеиновых кислот. Браше, обобщив исследования, проведенные на микроорганизмах и животных тканях, заключил, что синтезу белка всегда предшествует синтез РНК. В частности, как показали Мартин и Уорк, синтез инфекционной РНК в зараженных вирусом клетках опережает синтез белка примерно на 45 мин.
Синтез белка в зерне также, очевидно, связан с синтезом нуклеиновых кислот, однако в этом отношении имеются значительные различия между конституционными и запасными белками семян. Г.И. Семененко показал, что в целых зерновках пшеницы накопление нуклеиновых кислот и белка идет параллельно только в период формирования зерна, когда происходят интенсивные процессы деления и роста клеток зародыша и эндосперма. В этот период наблюдается главным образом синтез белков протопласта растущих клеток. В дальнейшем развитии зерна, когда интенсивно синтезируются запасные белки, скорость образования нуклеиновых кислот значительно отстает от синтеза белков. Накопление нуклеиновых кислот в зерне пшеницы прекращается в конце фазы молочной спелости, накопление же запасных белков продолжается почти до полной спелости.
Введение в фазе налива зерна в колосья пшеницы гидролизата РНК тина пуриновых и пиримидиновых оснований стимулирует синтез нуклеиновых кислот в зерне и в результате оказывает положительное влияние на синтез запасных белков.
В ходе развития эндосперма зерна пшеницы отношение белок: общая рибонуклеиновая кислота, как показали Дженнингс и Мортон, значительно увеличивается для белка, растворимого в уксусной кислоте, в то время как для белка, растворимого в пирофосфате, изменяется незначительно.
В связи с приведенными данными исследований Семененко, Дженингса и Мортона значительный интерес представляют результаты исследований В.Г. Конарева и сотрудников по определению содержания нуклеиновых кислот в различных белках развивающегося зерна кукурузы. В ранние фазы развития зерна наиболее высокое содержание нуклеиновых кислот имеют глобулины. К фазе полной спелости содержание нуклеиновых кислот в глобулинах, альбуминах и глютелинах эндосперма резко падает, что, по мнению авторов, связано с изменением соотношения белковых компонентов: относительным уменьшением каталитических и структурных белков цитоплазмы и ядра и увеличением запасных белков. В зерне не было обнаружено нуклеиновых кислот.
Большой интерес в познании особенностей биосинтеза белков в созревающих зерновках пшеницы представляют работы группы канадских исследователей (Мак-Коннел, Билинский и др.), проводивших детальные исследования биосинтеза, белков с применением меченого углерода.
В различные фазы созревания зерна пшеницы в верхнюю часть стебля при помощи медицинского шприца вводился уксуснокислый натрий, содержащий меченый углерод в метальной (ацетат-2-C14) или в карбоксильной группе (ацетат-1-C14). Было четыре варианта с различными сроками инъекции, причем первый срок — в фазе конца молочной — начала восковой спелости. Уборку растений проводили в фазе полной спелости. Зерно размалывали и определяли удельную активность веществ, входящих в состав муки: крахмала, клетчатки, липидов, альбуминов, глобулинов, глиадина (и его подфракций) и глютенина. Определена была также радиоактивность 16 аминокислот, выделенных из клейковинных, белков. Более того, в трех аминокислотах, выделенных из клейковины (глютаминовой и аспарагиновой кислотах и треонине), было прослежено распределение меченого углерода внутри молекулы.
Результаты исследований показали, что при инъекции С14-ацетата в стебли пшеницы все изученные вещества обладали радиоактивностью, но далеко не в одинаковой мере. Белковые вещества имели значительно большую удельную радиоактивность, чем крахмал, клетчатка и липиды.
Механизм биосинтеза белков в зерне

Изучая включение С14-ацетата в различные белковые фракции, Билинский и Мак-Коннел, показали, что различные белки, выделенные из одной и той же пробы муки обладали неодинаковой радиоактивностью, причем в зависимости от времени инъекции величина радиоактивности изменялась (рис. 9). Наибольшей радиоактивностью по сравнению с другими белками обладал спирторастворимый белок — глиадин. И чем позже проводилась инъекция ацетата-С14, тем выше была радиоактивность глиадина. Особенно резко это было заметно при инъекции ацетата с углеродом, меченным в метильной группе. Другие белки — глютенин, альбумины и глобулины имели значительно меньшую радиоактивность. Аналогичная закономерность наблюдалась и в отношении радиоактивности глютаминовой кислоты, выделенной из различных белков. Наибольшей удельной активностью обладала глютаминовая кислота, полученная при гидролизе глиадина, а наименьшей — глютаминовая кислота альбуминов и глобулинов.
Механизм биосинтеза белков в зерне

Выражая удельную активность глиадина в виде ее отношения к удельной активности глютенина, авторы получили кривые, показанные на рис. 10. Из рисунка видно, что это отношение повышалось почти прямолинейно по мере увеличения возраста, когда проводилась инъекция ацетата в растение. Это значит, что с возрастом меченый углерод включался больше в глиадин, чем в глютенин, т. е. в ходе созревания зерна отложение глиадина происходило на более поздних стадиях, чем глютенина. Эти результаты согласуются с данными других исследователей, которые при изучении накопления белков в зерне пшеницы показали, что глиадин образуется позже, чем глютенин.
Этими же авторами было проведено изучение включения С14-ацетата в различные аминокислоты. Было выделено 16 аминокислот из клейковины зерна пшеничных растений, в стебли которых был инъецирован ацетат-1-C14 или ацетат-2-C14. В обоих случаях аминокислоты заметно отличались друг от друга по удельной активности (табл. 14).
Механизм биосинтеза белков в зерне

При инъекции ацетата, меченного в метальной группе, выделенные аминокислоты (за исключением глицина, гистидина и сердца) обладали более высокой удельной активностью, чем при инъекции ацетата с С14 в карбоксильной группе. Это согласуется с более ранними исследованиями Мак-Коннела, которые показали, что углерод карбоксила больше, чем метальный углерод, теряется в процессе дыхания. Наибольшую удельную радиоактивность имела глютаминовая кислота. Следующими по активности были пролин и аргинин. Авторы предполагают, что высокая активность двух последних аминокислот обусловлена высокой активностью глютаминовой кислоты и что глютаминовая кислота, пролин и аргинин в созревающем зерне пшеницы метаболически больше связаны между собой, чем это известно в отношении микроорганизмов и животных. Сравнительно активными были четырехуглеродные аминокислоты — аспарагиновая кислота и треонин. Алифатические кислоты с короткой углеродной цепочкой — глицин, серии и аланин — имели среднюю активность. Наименьшей активностью обладали лизин и гистидин.
Далее Билинский и Мак-Коннел исследовали распределение С14 внутри молекул глютаминовой и аспарагиновой кислот и треонина (рис. 11). Локализация «метки» в глютаминовой кислоте зависела от того, в какой группе — в метальной или карбоксильной — был мечен углерод ацетата. Так, при инъекции ацетата-1-С14 (С14 в карбоксильной группе) (53% меченого углерода глютаминовой кислоты находилось в пятом углеродном атоме и 20;% — в первом. При инъекции же ацетата-2-С14 (С14 в метальной группе) 43% активности находилось в четвертом углероде и около 18%—в каждом атоме второго и третьего углерода.
Механизм биосинтеза белков в зерне

Изменения в распределении метки в глютаминовой кислоте в зависимости от времени инъекции авторы рассмотрели на примере инъекции ацетата, меченного в карбоксильной группе. Глютаминовая кислота, как известно, образуется путем аминирования α-кетоглютаровой кислоты; последняя образуется в цикле ди- и трикарбоновых кислот из ацетата и щавелевоуксусной кислоты. В первом цикле α-кетоглютаровая кислота получает метку только в пятом углеродном атоме. В последующих циклах часть меченого углерода α-кетоглютаровой кислоты теряется в результате декарбоксилирования, но появляется метка в первом положении. Таким образом, повторные циклы ведут к увеличению метки в первом атоме углерода за счет уменьшения активности пятого углерода. Чем меньше соотношение активности первого и пятого углеродных атомов в глютаминовой кислоте, тем быстрее идет синтез глютаминовой кислоты. Было установлено, что 50—60% активности глютаминовой кислоты, выделенной из различных белков, приходится на углеродный атом в пятом положении и 25—30% — на первый углеродный атом. Приведенные данные свидетельствуют, насколько важную роль в синтезе белков в зерне играет цикл ди- и трикарбоновых кислот Кребса. На рис. 12, где показано отношение активности первого и пятого углеродных атомов в глютаминовой кислоте, выделенной из различных белков, видно, что чем в более поздней фазе вводился ацетат-1-С14 в растение, тем быстрее синтезировалась глютаминовая кислота, т. е. в ходе налива зерна скорость биосинтеза глютаминовой кислоты повышалась. При этом биосинтез глютаминовой кислоты, выделенной из различных белков, происходил не с одинаковой скоростью. Быстрее всего синтезировалась глютаминовая кислота глиадина, затем глютенина, альбуминов и, наконец, глобулинов.
Билинский и Мак-Коннел считают, что результаты их исследований не только указывают на более поздний биосинтез глиадина по сравнению с другими белками, но и на то, что он не происходит в сколько-нибудь значительной степени через превращение других белков, присутствующих в ранних стадиях. Глиадин, по их мнению, синтезируется независимо от других белков. Делается также заключение о том, что отложение белков в запас, в частности глиадина, является процессом малообратимым или необратимым.
Результаты опытов Билинского и Мак-Кониела согласуются с уже рассмотренными данными Мортона и др. о независимом образовании запасных и цитоплазматических белков в эндосперме пшепицы, полученными как в опытах с гомогенатами и изолированными препаратами, так и с отрезанными целыми колосьями.
Продолжая исследования синтеза белка в зерне пшеницы с помощью меченого углерода, Финлейсон и Мак-Коннел, провели изучение включения С14-ацетата в различные подфракции глиадина. C14H3COONa вводили в 84-дневные растения пшеницы за 26 дней до созревания зерна. Из муки семян выделяли глиадин, который окисляли надмуравьиной кислотой. Такое окисление глиадина приводило к легкому растворению его в воде. Окисленный глиадин с помощью хроматографии на колонке разделили посредством элюирования при различных pH на 6 подфракций, сильно различающихся по аминокислотному составу. Определение удельных активностей белков этих подфракций показало, что они были очень различны. Такое различие в удельной активности подфракций, по мнению авторов, обусловлено не только разным содержанием в этих белках глютаминовой кислоты и пролина — аминокислот, которые были наиболее радиоактивны. Различными оказались и удельные активности глютаминовой кислоты, пролина и лейцина, выделенных из белковых гидролизатов разных фракций. При этом не было отмечено корреляции между удельными активностями этих аминокислот в пределах одной и той же белковой фракции. Отсюда Финлейсон и Мак-Коннел делают вывод, что глиадин пшеницы состоит из смеси белков, различающихся не только по аминокислотному составу и физико-химическим свойствам, но и по времени своего образования в созревающих семенах.
Белки семян злаков, как уже отмечалось, имеют низкое содержание важнейшей в питательном отношении аминокислоты — лизина. Поэтому изучение путей образования лизина в зерне представляет большой интерес, и в последние годы в атом направлении проведен ряд исследований. Обычно в этих работах использовали разработанный Мак-Коннелом и сотр. метод изучения включения меченых соединений в зерно пшеницы путем их инъекции и стебель период налива зерна. В исследованиях использовали вещества, которые являются предшественниками лизина у других организмов. У большинства бактерий предшественником лизина служит диаминопимелиновая кислота, а у дрожжей и грибов — α-аминоадипиновая кислота.
Было показано, что меченый углерод α-аминоадипиновой кислоты-6-C14 и диаминопимелиновой кислоты-1,7-С14 не включается в лизни белка зерна пшеницы и сколько-нибудь значительных количествах. Однако если и стебель ввести меченый лизин-С14, то меченый углерод включается и белок очень интенсивно; при этом больше половины (меченого углерода находится в лизине белка зерна, причем удельная активность лизина значительно выше, чем других аминокислот.
Отсюда Лaypeнc и Грант делают заключение, что лизин синтезируется в вегетативных органах и поступает в зерно уже в готовом виде. Однако при этом они не исключают возможности синтеза лизина па диаминопималиновой кислоты непосредственно в зерне. Это возможно в двух случаях: во-первых, если из стебля в зерно поступают предшественники диаминопимелиновой кислоты, (во-вторых, если лизин в зерне синтезируется из предшественников, (которые образовались в результате фотосинтетической деятельности самого колоса, в основном колосковых чешуй. Эти предшественники могут превращаться в лизин через диаминопимелиновую кислоту. Участие колосковых чешуй в накоплении сухого вещества в зерне в ходе его развития достаточно хорошо известно. Фогель считает, что высшим растениям свойствен путь образования лизина через диаминопимелиновую кислоту. А.И. Медведев и В.Л. Кретович показали, что шестидневные ростки кукурузы и гороха способны использовать на синтез лизина не только диаминопимелиновую кислоту, но α-амппоадипиновую кислоту.
Кукуруза. Местом аккумуляции запасного белка в эндоспермальных клетках зерна кукурузы, как и пшеницы, по-видимому, также являются белковые тела, которые были при помощи электронного микроскопа подробно изучены в зерне пшеницы.
Механизм биосинтеза белков в зерне

Синтез белка в зерне кукурузы изучен значительно меньше, чем в зерне пшеницы. Представляют интерес работы Ребсона и сотр. по изучению включения меченых аминокислот в белки зерна кукурузы в зависимости от фазы налива зерна. Гомогенаты эндосперма и зародышей зерна кукурузы разных фаз развития центрифугировали при 20 000 g 20 мин. Из надосадочной фракции затем путем центрифугирования при 105 000 g в течение 90 мин. были выделены цитоплазматические микросомальные частицы и надосадочная фракция. Была показана четкая зависимость включения С14-лейцина в белок цитоплазматических частиц эндосперма от фазы развития зерна. Как видно из рис. 13, заметное включение С14-лейцина начиналось с 8-го дня после опыления, затем включение сильно повышалось и достигало максимума на 20-й день после опыления. В период с 16-го по 28-й день интенсивность включения была наибольшей, после чего по мере Падения содержания воды в зерне интенсивность включения С14-лейцина в белок падала. Было отмечено, что периоду наибольшей интенсивности включения С14-лейцина в белок соответствует и наибольшее накопление сухого вещества в зерне.
Ho включение аминокислоты в белок цитоплазматических частиц не происходило, если эти частицы были промыты дистиллированной водой. Включение восстанавливалось, когда цитоплазматические частицы соединялись с надосадочной фракцией, причем интенсивность включения была выше, если добавлялась надосадочная фракция из семян более поздних фаз созревания, чем из семян более молодых. Интенсивность включения С14-лейцина восстанавливалась также и при добавлении к частицам фракции, выделенной из надосадочной жидкости при pH 5,2. Очень интересным является тот факт, что добавление к цитоплазматическим частицам pH 5-фракции, полученной аналогичным образом из печени крыс, также восстанавливало включение аминокислоты в белок. При этом pH 5-фракция печени крысы обладала большей активностью, чем эта фракция из кукурузного зерна, что, по мнению авторов, Могло быть связано с более высоким содержанием растворимой РНК. В рассматриваемых опытах в белок включалось от 1 до 2% даваемого меченого углерода. В этом отношении белоксинтезирующая система эндосперма кукурузного зерна может сравниваться с животными системами.
Включение аминокислот в микросомальный белок эндосперма значительно опережало их включение в ту же фракцию зародышей. Так, в период наибольшей интенсивности включения C14-аминокислот в белки целого зерна 80% общей активности приходилось нa эндосперм и только 20% на зародыш. В зерне более поздней граны развития распределение активности было обратным: 75% общей активности в зародыше и 25%) в эндосперме. Такая особенность включения аминокислот в белки эндосперма и зародыша отражает неравномерность их развития. Известно, что формирование зародыша в зерне кукурузы отстает от развития эндосперма. В то время когда эндосперм достигает своей максимальной величины, зародыш еще продолжает расти и дифференцироваться.
Было также отмечено, что включение аминокислот в белки развивающихся семян происходит только после опыления. У неоплодотворенных семяпочек, у которых не было нарастания сухого веса и синтеза белка, отсутствовало и включение аминокислот в цитоплазматические частицы.
Синтез белка в клетках зерна кукурузы, как и во всех других клетках, идет с потреблением энергии. В уже упоминавшихся опытах Ребсона и Новелли было показано, что при исключении из белоксинтезирующей системы АТФ включение С14-лепцина в цитоплазматические частицы, осаждаемые при 105 000 g, падало; отмечено также стимулирующее действие на включение аминокислот ГТФ и Mg++. Исключение из среды АТФ-генерирующей системы наиболее сильно тормозило включение аминокислот. Потребность в АТФ, ГТФ, Mg++ и АТФ-генерирующей системе аналогична той, которая отмечена для микросомальной системы печени крыс.