Классификация и химические свойства белков в агрохимии растений

Фракции растительных белков и их свойства

Растительные белки определяют питательную ценность и технологические свойства урожая. Все они делятся на простые (протеины), состоящие исключительно из аминокислот, и сложные (протеиды), которые содержат дополнительные небелковые группы. В агрохимии простые белки классифицируют по их растворимости. Эта характеристика показывает, насколько легко усваивается белок и как он ведет себя при технологической переработке сырья.

• Масса альбуминов — 15–17 тыс. Да
• Масса глобулинов — до 100 тыс. Да
• Масса проламинов — 26–40 тыс. Да
• Спирт для экстракции проламинов — 70%
• Щелочь для экстракции глютелинов — 0,2%

Каждая группа белков имеет уникальные свойства и по-разному распределяется в тканях. Альбумины легко растворяются в воде, глобулины требуют слабых растворов нейтральных солей (для экстракции используют 10%-й раствор хлористого натрия или калия), проламины экстрагируются только спиртом, а глютелины — разбавленными щелочами. В зависимости от культуры конкретные белки имеют свои названия, отражающие их ботаническое происхождение.

• Альбумины: лейкозины (у пшеницы, ржи и ячменя), легумелины (у гороха и сои), рицины (у клещевины).
• Глобулины: эдестин конопли, фазеолин фасоли, глицинин сои, конглюцин люпина, архин арахиса, вицилин гороха, кукурбитин тыквы, туберин картофеля.
• Проламины: запасные белки злаков — глиадин пшеницы и ржи, гордеин ячменя, зеин кукурузы, авеин овса.
• Глютелины: полноценные белки — глютенин пшеницы, оризенин риса.

Распределение этих фракций в растениях крайне неравномерно. В семенах бобовых и масличных культур преобладают глобулины, тогда как в зерне злаков основную долю составляют проламины и глютелины. Например, в семенах сои глобулины составляют до 95% от суммы белков, а в зерне риса до 70% приходится на глютелины.

Регулирование белкового состава с помощью подкормок

На фракционный состав белков в товарной части урожая можно влиять агротехническими приемами. Глютелины риса (оризенины) содержат все незаменимые аминокислоты, что делает их наиболее ценной частью зерна. Полноценность белкового комплекса риса можно повысить за счет направленного применения микроудобрений.

По данным полевых опытов, некорневая обработка посевов риса микроудобрениями в фазу кущения заметно меняет соотношение азотистых фракций в спелом зерне. Внесение кобальта и марганца увеличивает содержание оризенинов до 71,2% и 71,4% соответственно (при 64,0% на контроле). Одновременно с этим снижается доля трудноусвояемого азота неизвлекаемого остатка, что существенно повышает пищевую ценность крупы.

Далее по количеству следует солерастворимая фракция – глобулины, составляющая 10 % суммарного белка. Примерно 7 % белкового комплекса зерна риса представлено водорастворимой фракцией – альбулинами. Самую незначительную часть в нем составляют спирторастворимые белки проламины, на долю которых приходится примерно 4 %. В составе белкового комплекса риса помимо выше перечисленных фракций находится 11 % азотистых веществ, не извлекаемых обменными растворителями.

На фракционный состав белка существенное влияние оказывают удобрения. Так, подкормка">некорневая подкормка вегетирующих растений кобальтовыми, медными и молибденовыми удобрениями значительно стимулирует процесс накопления оризенинов и снижает долю альбуминов и нерастворимых белковых веществ в зерне риса. Эти микроудобрения заметного влияния на содержание глобулинов и проламинов не оказывают. Борные и марганцевые удобрения повышают количество глобулинов в белковом комплексе риса и снижают содержание в нем альбуминов и проламинов, но существенно не влияют на щелочерастворимую фракцию. Из изученных микроудобрений лишь цинковые стимулируют накопление проламинов в зерне риса, причем это происходит на фоне возрастания содержания оризенинов и снижения доли альбуминов, глобулинов и нерастворимых органических веществ.

Протамины – сильно основные, низкомолекулярные (молекулярная масса не превышает 12 тыс. Да.) белки. Они были открыты Мишером в 1868 г. в сперматозоидах, а их белковая природа была расшифрована Косселем в 1886 г.

Высокая щелочность протаминов объясняется большим количеством в них аргенина, гистидина и лизина, на долю которых приходится до 80 % общего содержания аминокислот в молекулах белков. В них отсутствуют серосодержащие аминокислоты. Протамины хорошо растворимы в воде и слабых кислотах. Они содержатся в половых клетках и составляет основную массу белка хроматина. Как и гистоны, протамины образуют комплекс с ДНК, придавая им химическую устойчивость. В растениях протамины обнаружены в пыльце.

Гистоны – низкомолекулярные щелочные белки, не имеющие четвертичной структуры. Но у них щелочность выражена слабее, чем у протаминов, т. к. содержат всего лишь 20-30 % основных аминокислот. Гистоны растворимы в слабых кислотах (0,2 н. HCl), осаждаются аммиаком, спиртом. Они локализованы у растений в ядре клетки, рибосомах, митохондриях. Количественно преобладая среди белков хромосом, эти белки играют важную роль в структуре хроматинов. Гистоны прочно связаны с ДНК и входят в состав нуклеопротеидов. Основная их функция – регуляция передачи генетической информации с ДНК на РНК. Гистоны, выделенные из растительной ткани, могут быть разделены на пять фракций: Н1, Н2а, Н3б, Н3 и Н4. Гистоны, обозначаемые как Н2а, имеют молекулярную массу от 16600 до 19000 Да, а обозначаемые как Н2б – от 15300 до 19000 Да.