Белки бобовых культур
Основную часть семядолей бобовых культур (сои, гороха, фасоли, вики) составляют запасные белки, являющиеся в соответствии с классификацией Осборна глобулинами. Кроме того, в семенах содержится небольшое количество альбуминов, которые не являются запасными белками. В качестве самостоятельной группы в семядолях не обнаружены глютелины. Извлекаемые щелочью белки также представляют собой глобулины, но они находятся во взаимодействии с полисахаридами. Общее содержание белка в бобовых культурах высокое и составляет 20-40% от общей массы.
Из суммарного солевого белкового экстракта осаждением сернокислым аммонием выделяют два основных глобулиновых компонента, получившие название вицилина и легумина. С учетом значений констант седиментации (см. Качественное и количественное определение белка) у сои, вики, гороха и других культур их называют 7S и 1 IS белками, соответственно. Оба эти вида белков обладают сложной четвертичной структурой, которая определяет их функции и свойства. Диссоциация 11S белков семян на субъединицы обнаружена еще в 30-е гг. Сведбергом и Пе-дерсеном, но более детально она изучена позднее. Установлено, что 1 IS белки семян бобовых диссоциируют сначала на 7S субъединицы, затем на субъединицы с коэффициентом седиментации 2-3S. Диссоциация 11S белков протекает ступенчато по схеме:
11S → 2 х 7S → 6 х 3S → 12 х 2S 66
Результаты, полученные методом седиментационного равновесия, свидетельствуют о том, что каждая из 2S субъединиц, образующихся под влиянием сильных диссоциирующих агентов, таких как мочевина, состоит из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 30 кД (табл. 2.6), а общее количество полипептидных цепей в молекуле 11S белка равно 12.
Таблица 2.6.Молекулярные массы субъединиц 1 IS белков сои и вики
| Ступень диссоциации | Условия диссоциации | Белок сои | Легумин вики | ||
| S20 w | Молекулярная масса, Д | S20 w | Молекулярная масса, Д | ||
| 11S | рН7,0 | 12,2 | 363 000 | 12,9 | |
| 7S | рН4,0 | - | 180 000 | 8,0 | |
| 3S | рН2,7 | 3,5 | 3,3 | ||
| 2S | 4М мочевина | - | 31 000 | 1,7 | |
| 2S | 4М гуанидингидро- хлорид | - | - | __ |
На основании данных хроматографического разделения белков на ДЭАЭ-целлюлозе, электрофореза в ПААГ, значений констант седиментации, результатов аминокислотного анализа и определения N-концевых аминокислот для белков большинства бобовых культур более детально конкретизирована вышеописанная схема диссоциации легумина. Для белков, например, вики она выглядит следующим образом:
А6В4С2 →2 х А3В2С →4хАВ + 2хАС -" 6хА + 4хВ + 2хС
Каждая молекула 1 IS белков вики состоит из шести основных (А) и шести кислых 2S субъединиц двух видов - В и С. Некоторые свойства этих субъединиц приводятся ниже:
| А | В | С | |
| S20w | 1,40 | 2,28 | 2,25 |
| Молекулярная масса, кД | 24,3 | 37,6 | 32,6 |
| N-концевая АК | Глицин | Лейцин | Треонин |
11 S белок сои отличается от легумина вики наличием трех, а не двух типов кислых субъединиц. Так же как и у легумина вики, N-концевой аминокислотой основной фракции является глицин, а ее молекулярная масса равна 22,3-24,4 кД. Кислые субъединицы имеют ту же молекулярную массу, что и субъединицы В легумина вики. 11S белок сои может содержать несколько типов и основных субъединиц, однако точно известно, что молекула 1 IS белка сои также состоит из шести основных и шести кислых субъединиц.
Особенности модели четвертичной структуры 11S белков бобовых аналогичны особенностям этой же структуры 11S белков семнадцати других семейств, относящихся к филогенетически удаленным группам (капуста, тыквенные, гречиха, рапс). Так же как и легумин вики, эдес-тин конопли, например, диссоциирует на шесть 3S субъединиц, каждая из которых состоит из одной основной субъединицы с N-концевым глицином и молекулярной массой 23 кД и одной кислой субъединицы. Аминокислотный состав этих субъединиц сходен; он представлен в табл. 2.7. Данные позволяют считать, что 11S белки обладают сходной четвертичной структурой и что их соответствующие субъединицы гомологичны.
Таблица2.7. Аминокислотный состав полипептидных цепей легумина вики и эдестина конопли (в г на 100 г белка)
| Аминокислота | Основные цепи | Кислые цепи | |||
| Эдестин | Легумин | Эдитин | В-цепь легумина | С-цепь легумина | |
| Аспарагиновая | 12,2 | 12,1 | 11,9 | 12,3 | 8,4 |
| Треонин | 3,8 | 3,7 | 3,0 | 2,1 | 2,5 |
| Серии | 4,5 | 4,7 | 5,1 | 4,1 | 5,2 |
| Глутаминовая | 13,0 | 10,2 | 21,6 | 19,8 | 23,7 |
| Пролин | 3,2 | 4,1 | 3,0 | 3,8 | 5,4 |
| Глицин | 3,1 | 2,9 | 4,2 | 3,6 | 3,0 |
| Алании | 5,5 | 5,9 | 3,3 | 3,1 | 1,9 |
| Валин | 7,0 | 7,2 | 5,1 | 2,8 | 2,7 |
| Метионин | 2,9 | 0,5 | 1,5 | 1,0 | 0,1 |
| Изолейцин | 4,5 | 3,7 | 4,9 | 4,6 | 4,2 |
| Лейцин | 7,9 | 9,5 | 6,2 | 5,5 | 5,9 |
| Тирозин | 4,4 | 4,2 | 4,0 | 4,0 | 2,2 |
| Фенил аланин | 6,1 | 4,3 | 4,5 | 4,5 | 3,4 |
| Лизин | 3,5 | 4,4 | 1,9 | 3,8 | 4Д |
| Гистидин | 2,0 | 1,8 | 2,6 | 2,7 | 3,3 |
| Аргинин | 13,3 | 10,8 | 15,3 | 12,2 | 9,4 |
| Цистин 02 | 0,9 | 0,8 | 1,1 | 0,9 | 0,8 |
| Триптофан | 1,4 | 1,6 | 0,9 | 1,8 | 2,0 |
Запасные 7S белки изучены значительно меньше, чем 11S белки. Известно, что эта фракция вики, гороха, сои и арахиса также диссоциирует на субъединицы. Так, у 7S белков вики и сои конечными продуктами диссоциации являются 2S субъединицы, промежуточными - 4S субъединицы. Для указанных видов субъединиц получены значения молекулярных масс, соответственно, 31-33 кД и 84 кД. Учитывая молекулярные массы 7S белка вики (186-193 кД) и сои (180-193 кД), приходят к выводу, что молекулы 7S белков состоят из шести 2S субъединиц, a 4S субъединицы являются "полумолекулами" 7S субъединиц. Таким образом, обнаруживается сходство четвертичных структур 7S и 11S белков глобулиновой фракции бобовых. 2S субъединицы 7S белков между собой не идентичны.
В последние годы накапливается все больше сведений о существенном значении четвертичной структуры в регулировании процесса гидролиза запасных белков при прорастании. Еще классическими работами Д. Прянишникова (1939) показано, что такие белки при прорастании семян распадаются на низкомолекулярные соединения. Позже было высказано предположение, что гидролиз запасных белков предшествует их диссоциации на субъединицы (В. Кретович, 1960). Предположение экспериментально подтверждено, и, более того, сейчас известно, что диссоциация белков сопровождается предварительным дезамидированием остатков аминокислот, накоплением мочевины и протеканием ряда других процессов, облегчающих эту диссоциацию.
Белковый комплекс суммарных глобулинов различных видов бобовых характеризуется отличиями в растворимости, хроматографическом, электрофоретическом и аминокислотном составах. Эти данные используются в селекционно-генетических работах для выведения новых сортов растений с заданным количеством незаменимых аминокислот.
Среди бобовых культур в качестве источника пищевого биологически ценного белка наибольшее значение имеют семена сои. С их использованием организовано производство соевой муки (обезжиренной, полужирной и необезжиренной), концентратов и изолятов. Данные об аминокислотном составе и количестве суммарного белка в продуктах из бобов сои приведены в табл. 2.8.
Наряду с белками, обладающими питательной ценностью, в состав бобовых культур входят антиалиментарные соединения, имеющие также белковую природу. Они понижают питательную ценность белковых продуктов и пищевых изделий. К таким соединениям относятся ингибиторы протеаз желудочно-кишечного тракта и лектины.
В семенах сои содержится не менее пяти ингибиторов трипсина в количестве 5-10% от общего содержания белка.
Таблица 2.8.Аминокислотный состав и количество суммарного белка в продуктах из бобов сои
| Характеристика | Продукт | |||
| Соевые бобы | Обезжиренная соевая мука | Концентраты сои | Изоляты сои | |
| Содержание белка, % на с.в. | 39,6 | 57,0 | 68,0 | 91,0 |
| Содержание аминокислот, г на 100 г белка: | ||||
| лизин | 6,5 | 6,3 | 6,3 | 6,0 |
| метионин + цистин | 1,3 | 2,9 | 2,8 | 2,2 |
| треонин | 4,6 | 4,0 | 4,3 | 3,5 |
| лейцин | 8,5 | 7,7 | 7,9 | 7,8 |
| изолейцин | 5,2 | 4,4 | 4,6 | 4,5 |
| фенилаланин + тирозин | 5,2 | 8,6 | 8,9 | 8,7 |
| валин | 5,6 | 4,8 | 4,8 | 4,6 |
| триптофан | 0,8 | 1,4 | 1,5 | 1,2 |
Наиболее хорошо изучены ингибитор Кунитца, на долю которого приходится 90% общей активности ингибиторов, и Баумана-Бирк. Ингибиторы представляют собой белковые молекулы с молекулярными массами 21,5 и 8 кД, соответственно. Для них расшифрована первичная структура. Так, самый высокомолекулярный - ингибитор Кунитца - имеет в своем составе 181 остаток аминокислот и две дисульфидные связи. Расщепление одной из них не влияет на активность ингибитора, тогда как одновременное восстановление двух связей приводит к получению неактивного продукта.
Понижение активности ферментов белковыми ингибиторами связано с образованием устойчивых белок-белковых комплексов, содержащих молекулу ингибитора и одну или несколько молекул фермента. Имеются доказательства о существовании в белках-ингибиторах "активного" участка, вступающего во взаимодействие с активным центром фермента. В состав всех ингибиторов трипсина входят, расположенные в пространстве особым образом, остатки лизина или аргинина. Белковые ингибиторы различаются по специфичности, выражающейся в неодинаковой способности подавлять активность различных ферментов. Так, ингибитор Кунитца из сои подавляет активность трипсина и фермента крови плазмина, но слабо ингибирует химотрипсин, а ингибитор Баумана-Бирк снижает активность не только трипсина, но и химотрипсина. Являясь "двухцентровым" ингибитором, ингибитор Баумана-Бирк одновременно вступает в реакцию с двумя молекулами различных ферментов и не может связывать две молекулы одного фермента.
В технологических процессах производства белковых продуктов из сои предусматривается инактивация ингибиторов протеиназ обработкой паром, микроволновым нагревом, вымачиванием с последующим кипячением и другими способами. Инактивация ингибиторов трипсина на 80- 90% по сравнению с их активностью в исходном сырье уже позволяет отнести белковые продукты к пищевым, не обладающим отрицательным воздействием на организм.
Лектины (от лат. - "выбирать") - это гликопротеины растительного происхождения, связывающие один или несколько специфических Сахаров. Свое название они получили от избирательной способности вызывать агглютинацию (агрегацию, склеивание) эритроцитов крови, клеток, бактерий. Агглютинация происходит путем взаимодействия лектинов с углеводными компонентами поверхности клеток. Так, лектин соевых белков, например, специфичен к остаткам галактозы и N-ацетилгалактозамина, а агглютинин зародышей пшеницы - к остаткам N-ацетилглюкозамина и N-ацетилнейраминовой кислоты. На долю лектинов в бобовых культурах приходится от 2 до 10% общего белка. В очищенном виде лектины широко используются для определения группы крови, очистки гликопротеинов и в качестве средств для изучения поверхностей здоровых и больных клеток, лишенных некоторых ферментов синтеза олигосахаридов. Как связывающие специфические сахара, лектины используются в качестве зондов для "узнавания" Сахаров на мембранах клеточной поверхности здоровых и раковых клеток. Агглютинация раковых клеток требует меньше лектинов, чем здоровых.
Отсутствие высокой активности лектинов, как и ингибиторов ферментов, в белковых продуктах из бобовых является одним из санитарно-гигиенических требований, предусматриваемых сертификацией для использования их в хлебопечении, кондитерской и других отраслях промышленности в целях повышения пищевой ценности изделий. Снижение активности лектинов достигается применением более мягких условий, чем снижение активности ингибиторов ферментов - нагреванием при 80°С.
Некоторые виды белковых продуктов из сои, энзиматически активная соевая мука содержат ферменты: липоксигеназу и р-амилазу. Липок-сигеназа принимает участие в процессах отбеливания пшеничной муки и стабилизации теста хлебобулочных изделий, а (З-амилаза, являясь более термостабильной, чем пшеничная, долго сохраняет активность на ранних стадиях приготовления хлеба, позволяя интенсифицировать процесс газообразования в тесте и улучшать качество хлеба.