Warum speichern Pflanzen Energie als Kohlenhydrate und nicht als Fett?

Die Frage war:

Warum sollten Pflanzen ihre Energie als Kohlenhydrate und nicht als Fette speichern, wenn Fette ein effizienterer Energiespeicher sind ?

Aber bevor Sie versuchen, darauf eine Antwort zu geben, müssen Sie sich darüber im Klaren sein, was mit effizient gemeint ist . Ohne Einschränkung ist dieser Begriff bedeutungslos. Ein wenig Nachdenken wird Ihnen zeigen, dass alle positiven Eigenschaften, die mit „Effizienz“ impliziert werden, in Bezug auf die sehr unterschiedlichen Lebensweisen von Tieren und Pflanzen unterschiedliche Bedeutung haben können. Man sollte auch jede Erklärung für die Ausnahmen testen – die Fälle, in denen Tiere Kohlenhydrate (im Allgemeinen Polysaccharide) und Pflanzen Fette speichern. Vor diesem Hintergrund argumentiere ich wie folgt:

1. Kohlenhydrate sind die einfache Lösung

Pflanzen synthetisieren Glukose aus Kohlendioxid, Tiere nehmen Kohlenhydrate mit der Nahrung auf und bauen sie zu Monosacchariden ab. Daher beinhaltet die Speicherung von Überschuss als Polysaccharid (Glykogen in Tieren, Stärke in Pflanzen) die Entwicklung und Verwendung eines relativ einfachen Polymerisations-/Depolymerisationssystems. Man würde daher davon ausgehen, dass es sich um die Standardeinstellung handelt. Die Frage lautet dann: „Unter welchen Umständen ist es vorteilhaft, Überschuss als Fett zu speichern?“.

2. Fett ist ein konzentrierterer Energiespeicher und wird daher zur Gewichtsminimierung verwendet

Dumpf oder? Aber das ist die Antwort. Der folgende Auszug aus Berg et al. erklärt dies anschaulich ( Triacylglycerol ist die chemische Bezeichnung für Triglycerid oder Fett ):

Triacylglycerine sind hochkonzentrierte Stoffwechselenergiespeicher, da sie reduziert und wasserfrei sind. Die Ausbeute aus der vollständigen Oxidation von Fettsäuren beträgt etwa 9 kcal g ^–1 (38 kJ g ^–1 ), im Gegensatz zu etwa 4 kcal g ^–1 (17 kJ g ^{–1 ).}) für Kohlenhydrate und Proteine. Die Grundlage für diesen großen Unterschied in der Kalorienausbeute ist, dass Fettsäuren viel stärker reduziert sind. Darüber hinaus sind Triacylglycerine unpolar und werden daher in nahezu wasserfreier Form gespeichert, während viel polarere Proteine ​​​​und Kohlenhydrate stärker hydratisiert werden. Tatsächlich bindet 1 g trockenes Glykogen etwa 2 g Wasser. Folglich speichert ein Gramm nahezu wasserfreies Fett mehr als sechsmal so viel Energie wie ein Gramm hydratisiertes Glykogen, was wahrscheinlich der Grund dafür ist, dass Triacylglycerine anstelle von Glykogen in der Evolution als Hauptenergiespeicher ausgewählt wurden. Stellen Sie sich einen typischen 70-kg-Mann vor, der über Energiereserven von 100.000 kcal (420.000 kJ) in Triacylglycerolen, 25.000 kcal (100.000 kJ) in Protein (hauptsächlich in Muskeln), 600 kcal (2500 kJ) in Glykogen und 40 kcal (170 kJ) verfügt kJ) in Glukose. Triacylglycerine machen etwa 11 kg seines gesamten Körpergewichts aus. Würde diese Energiemenge in Glykogen gespeichert, wäre sein Gesamtkörpergewicht um 55 kg höher.

Die tierische Ausnahme — Glykogen

Eine begrenzte Menge an Kraftstoff wird in Tieren als Glykogen gespeichert. Der erhöhten Gewichtsbelastung stehen der Vorteil der schnellen Mobilisierung und die Gewinnung von Glukose gegenüber (Tiere können Fettsäuren nicht in Glukose umwandeln).

Die Pflanzenausnahme — Öle in Samen

Pflanzen laufen nicht herum, daher ist das Gewicht im Allgemeinen keine Überlegung, die sie dazu veranlassen würde, ihre Reserven als Fett zu speichern. Unter der Erde können sie zum Beispiel große Knollen entwickeln. Es gibt jedoch einen Vorteil, das Gewicht in den Energiereserven zu minimieren, die für die Entwicklung von Samen erforderlich sind – es ermöglicht eine leichtere Verbreitung im Wind oder durch den Verzehr von Tieren. So kann man erklären, warum die Energiereserven in Samen Öle sind (Triglyceride mit niedrigerem Schmelzpunkt aufgrund ihrer größeren Ungesättigtheit).

Es gibt einige Gründe, warum Pflanzen Kohlenhydrate zur Energiespeicherung gegenüber Fetten bevorzugen. Ich werde einige von ihnen nacheinander erreichen.

• Fett hasst Wasser: Wenn man nur etwas gesunden Menschenverstand anwendet, würde man wissen, dass Fette hydrophob sind, was bedeutet, dass sie Wasser buchstäblich „hassen“, dh sich nicht in Wasser auflösen. Sie können also nicht so einfach transportiert werden. Andererseits sind die meisten Kohlenhydrate wasserlöslich und können leicht über Phloemfasern transportiert werden. Pflanzen verwenden also lieber Kohlenhydrate als Fett. Aber sie können Fett speichern, indem sie es in Lipoproteine ​​umwandeln , indem sie es mit fettsäurebindendem Protein binden , indem sie es als Fettsäuren speichern (dh mit endständigem -COOH, was es etwas wasserlöslich macht) oder indem sie es speziell speichern Kompartimente genannt Elaioplasten. Allerdings würde dies, wie man annehmen könnte, mehr Energie erfordern als die Verwendung von Kohlenhydraten, weshalb Pflanzen diesen Prozess nicht allzu sehr bevorzugen.

  Quelle

• Pflanzen wollen nicht alles speichern : Offensichtlich betreiben Pflanzen Photosynthese, weil sie Energie brauchen und weil sie Energie zum Überleben brauchen . Es wäre also nicht sehr schlau, jedes bisschen Energie zu speichern, sie brauchen etwas davon griffbereit. Fette sind Energiespeicher , dh sie speichern Energie für extreme Bedingungen, wenn keine primäre Energiequelle mehr vorhanden ist. Unter normalen Bedingungen und nachts sind Kohlenhydrate die primäre Energiequelle.

• Zellen lassen sie nicht herein: Plasmamembranen sind semipermeabel, eine ganz allgemeine Tatsache. Sie lassen also keine großen Moleküle ins Innere eindringen. Und Fette sind eines der größten Biomoleküle (nach natürlich Nukleinsäuren). Sie können also nicht innerhalb oder außerhalb von Zellen transportiert werden. Sie würden sagen, "aber Zellen sind diejenigen, die Fette produzieren, also sind sie bereits drin!" Nein, deshalb gibt es Phloem , weil es Zellen gibt, die sie nicht synthetisieren (z. B. Wurzelzellen). Andererseits können Kohlenhydrate, die viel kleiner sind, durch kleine Kanäle oder sogar durch einfache Diffusion durch die Plasmamembran transportiert werden. Außerdem sind Fette, wie bereits erwähnt, im Gegensatz zu Kohlenhydraten ziemlich hydrophob. Sie werden also gewissermaßen von der hydrophilen Schicht der Zellmembran abgestoßenso wie Wasser es selbst hasst. Daher finden sie es aufgrund der kombinierten Wirkung von Größe und Hydrophobie noch schwieriger, Plasmamembranen zu durchqueren .

Es kann viele andere Gründe geben, die mir jetzt nicht einfallen, aber ich hoffe, dass auch das nur hilfreich ist.

Hier ist mein Versuch.

Warum speichern Pflanzen Energie als Kohlenhydrate und nicht als Fett?

Weil sie es nicht können? Das ist nicht die Antwort, da wir Maisöl, Palmöl, Kokosnussöl, Olivenöl, Sonnenblumenöl usw. haben. Pflanzen können also Energie als Lipide speichern und tun dies auch.

Vielleicht ist die Frage besser umformuliert als "Warum ist der Hauptenergiespeicher in Pflanzen nicht wie bei Säugetieren Lipide?"

Meine Vermutung ist, weil Pflanzen sich nicht so aktiv bewegen wie Tiere. Eine Pflanze ist durch ihr Wurzelsystem an einer Stelle verwurzelt. Daher besteht kein Vorteil darin, Energie mit hoher Dichte zu speichern, insbesondere wenn die Lipidsynthese im Vergleich zur Zuckersynthese mehr Energie benötigt.

Abgesehen von bestimmten Beispielen hat es für eine Pflanze keinen Vorteil, Energie in Lipiden zu speichern. Sie müssen nicht für eine kompakte Energiequelle bezahlen, wenn Sie sich als Erwachsener nie bewegen werden.

Als Saat ... das kann nützlich sein ... und deshalb stammen alle unsere Pflanzenöle aus Samen der einen oder anderen Art.

Schnelle Antwort: Tiere brauchen Mobilität, während Pflanzen Stabilität bevorzugen.

Erläuterung: Wie Sie bereits erwähnt haben, ist Fett eine effektivere Energiespeicherform. Pflanzen speichern Energie jedoch durch Stärke (Kohlenhydrate) und nicht wie erwartet durch Fette. Das bedeutet nicht, dass sie überhaupt keine Fette (z. B. Ölsaaten) verwenden.

Ein energiespeicherndes Molekül muss Energie speichern (wie der Name schon sagt), aber es sollte nicht zu schwer und stabil genug sein, um im Organismus funktionsfähig zu sein. Fett ist das leichteste Molekül, das Energie speichert. Ein Gramm/Fett speichert mehr Energie als ein Gramm/Stärke oder Protein. Somit wäre das Gewicht eines sich bewegenden Organismus geringer, wenn er Fett anstelle von Stärke speichern würde. Aber Pflanzen bewegen sich nicht, also ist Gewichtseinsparung keine wirkliche Notwendigkeit.

Ein schweres Stärkemolekül ist also stabiler als ein leichteres Fettmolekül, das für Pflanzen vergleichsweise wichtiger ist, um eine langfristige Stabilität zu gewährleisten. Ein weiterer Grund, warum sie statt Fett hauptsächlich Stärke speichern, ist zum Beispiel die Wechselblüte, bei der die Pflanzen jedes Jahr (je nach Pflanze) etwas Stärke ansparen und dann während der Blüte die gesamte eingesparte Energie auf einmal verbrauchen. Fette hätten nicht so lange gehalten, denn wenn Fette oder Öle der Luft ausgesetzt werden, reagieren sie mit dem Sauerstoff oder Wasserdampf und bilden kurzkettige Carbonsäuren.