Растительные белки: проламины и глютелины

Проламины содержатся в клейковине семян злаковых растений. Для данных белков характерна нерастворимость в воде, солевых растворах, кислотах, щелочах. Из биологического материала их выделяют экстракцией 70 %-ным этанолом.

Проламины резко отличаются по аминокислотному составу от других белков. В них очень много глутаминовой кислоты и пролина: в проламинах пшеницы, ржи и ячменя на долю этих двух аминокислот приходится ~60 % общего содержания аминокислот, а в проламинах кукурузы ~35 %. В проламинах большинства зерновых культур, особенно кукурузы, крайне мало двух важнейших незаменимых аминокислот — лизина и триптофана. В недостаточном количестве в них также содержатся треонин, метионин и валин. Таким образом, проламины относят к неполноценным белкам.

Проламины получили название по источнику выделения:

- из зерна пшеницы и ржи – глиадины, которые занимают 20–40 % общего количества белков, т. е. 4–8 % массы семян, рI = 4,0, М = 27500;

- из зерна пшеницы – лейкозин, рI = 4,5;

- из ячменя – гордеины, которые составляют 25–40 % общего количества белков;

- из овса - авенины, которые составляет 20–30 % общего количества белков;

- из кукурузы – зеин, который составляет до 50 % общего количества белков, М=50000;

- из конопли – эдестин, рI = 5,5, М=300000.

В семенах других культур, не относящихся к семейству мятликовых, содержание этих белков очень мало.

Глютелины – белки, нерастворимые в воде, солевых растворах и этаноле. В нихсодержится значительно больше чем в проламинах аргинина и пролина. Эти белкирастворимы в слабых (0,2–2,0 %-ных) растворах щелочей.Содержание глютелинов в зерне пшеницы, ячменя и овса обычно составляет25–40 % от общего количества белков, а в рисе на их долю приходится большая частьбелков семян (60–70 %).

Наиболее хорошо изучены глютелины зерна пшеницы и риса, получишие названия соответственно глютенин и физин.

Протеиноиды – это белки опорных тканей — костей, хрящей, связок, сухожилий, ногтей, волос, рогов, копыт и т. д.Все эти белки относятся к фибриллярным белкам (фиброин, коллаген, эластин,кератин). Они не растворимы в воде и солевых растворах, обладают ограниченнойрастворимостью в специальных растворителях.

Сложные белки. Если полипептид образует прочный комплекс с любым низко- или высокомолекулярным соединением небелковой природы, то образующийся ассоциат принято называть сложным белком, или протеидом. При этом белок, лишенный своей небелковой части, называется апопротеином.

Классифицируют такие комплексы по строению их небелковой части, называемой простетической группой на металлопротеиды; гликопротеиды; фосфопротеиды; липопротеиды; нуклеопротеиды; флавопротеиды.

К металлопротеидам относятся белки, у которых простетическая группа пред-ставлена катионами металлов больших периодов. Наиболее часто в составе этих белков встречаются ионы железа и меди. Взаимодействие иона металла и белковой части осуществляется двумя типами связей: ионной и донорно-акцепторной. При этом в образовании координационных связей участвуют незаполненные d-орбитали ионов металлов и неподеленные электронные пары атомов азота и кислорода пептидных связей, неподеленные электронные пары NH₂-групп боковых радикалов аргинина и лизина, атомов азота циклов триптофана, пролина, гистидина, атомов серы серосодержащих аминокислот и атомов кислорода серина и треонина.

Среди металлопротеидов следует выделить трансферрин, ферритин, связывающих железо. Также важнейшим представителем металлопротеидов является церулоплазмин - представитель «голубых» белков плазмы крови. Он содержит в своем составе ион меди и участвует в процессах антиоксидантной защиты, взаимодействуя с гидроксильным радикалом. Фермент тирозиназа содержит ионы Cu⁺². Цинк достаточно часто входит в состав белков, например в фермент карбоангидраза. Кальмодулин — универсальный Ca⁺²-связывающий белок — также относится к классу металлопротеидов.

В состав металлопротеидов могут одновременно входить несколько разных металлов. Так, в состав белка-фермента щелочной фосфатазы ε. сoli входит два катиона Zn⁺² и два катиона Mn⁺². В составе супероксиддисмутаз (основные антиоксидантные ферменты) обнаружены ионы меди, цинка, марганца, железа и других металлов.

Среди металлопротеидов есть белки, включающие достаточно редко встречающиеся металлы. Например, формиатдегидрогеназа из Clostridium thermoacetatum содержит вольфрам.

Гликопротеиды содержат в качестве простетической группы углеводный компонент, представленный простыми сахарами, их производными, а также олиго-(гликопротеины) и полисахаридами (протеогликаны). Ковалентное присоединение небольшого углеводного фрагмента к полипептидной цепи называют гликозилированием. Существует два типа модификаций белка: О-гликозилирование по ОН-группе серина или треонина и N-гликозилирование аспарагиновых остатков.

Гликозилированию подвергаются все без исключения интегральные мембранные белки высших организмов, а также многие секретируемые белки. Например, почти все белки сыворотки крови гликозилированы.

Гликзилирование повышает стабильность белка, термоустойчивость и играет определенную роль в узнавании молекул гликопротеинов белковыми переносчиками, направляющими их к различным органам и тканям, защищает от протеолитической деградации, а также способствует сборке макромолекул с образованием олигомерных форм. Установлено, что олигосахаридный компонент во многих гликопротеинах вы-полняет роль маркера, с помощью которого биосубстраты ≪узнают≫ нужные участки различных биополимеров, поверхностей клеток и других структур, обеспечивает взаимодействия антиген-антитело в иммунной системе, в связи с чем углеводные маркеры часто называют антигенными детерминантами.

Мембрана эритроцита содержит специфические гликопротеины, обладающие

антигенными свойствами — агглютиногены. С агглютиногенами реагируют специфические растворимые в плазме антитела, относящиеся к фракции γ-глобулинов — агглютинины. При реакции антиген-антитело молекула антитела образует ≪мостик≫ между несколькими эритроцитами, и в результате они склеиваются.

Фосфопротеиды — кислые, содержащие белок молекулы сравнительно небольшой молекулярной массы и небелковую часть представленную различным количеством остатков фосфорной кислоты.Ковалентная прочная связь небелковых фрагментов с полипептидной цепью осуществляется через остатки оксиаминокислот: в основном через серин и треонин. Присоединение фосфорной кислоты может осуществляться по монофосфатному или пирофосфатному типу.

К классу фосфопротеидов относится белок молока — казиноген. Белок образован двумя субъединицами и имеет молекулярную массу 56000. pI = 4,6.Полипептидная цепь казеиногена включает большое число пролин-содержащих участков (пролин — антиспиральная аминокислота), которые не образуют межмолекулярные водородные связи. Как следствие, казеиноген имеет слабовыраженную вторичную и третичную структуры и он устойчив к денатурирующим воздействиям и не коагулирует при нагревании. Молекула казеиногена не содержит дисульфидных мостиков. В свежем молоке казеиноген присутствует в виде суспензии частиц, называемых мицеллами, которые агрегированы с участием ионов кальция. Мицелла казеиногена представляет собой сложное образование, состоящее из более мелких рыхлых слоистых образований —субмицелл. Точно представить структуру мицеллы достаточно трудно. В настоящее время считается, что субмицеллы казеиногена с четко очерченными границами не существует. Структура белковой частицы достаточно открыта и постоянно меняется, представляя собой ≪клубок спагетти≫. При визуализации модели мицеллы большую проблему представляло распределение фосфата кальция в мицелле. В настоящее время очевидно, что фосфат кальция в основном равномерно распределен по мицелле. Схематично структура мицеллы представлена на рисунке 31.

При скисании молока казеиноген выпадает в осадок в виде творожного сгустка, что сопровождается высвобождением связанного казеиногеном кальция. Следует отметить, что для некоагулированного белка используется термин — ≪казеиноген≫, а для коагулированного —≪казеин≫.

Белки яичного желтка — вителлин, вителлинин, фосфитин также являются фосфопротеидами. Эти белки синтезируются в печени птиц и содержат очень много серина. Часто образование фосфопротеидов является сигналом к осуществлению определенных процессов в клетке. Через фосфорилирование осуществляется активация и дезактивация ферментов. Через фосфорилирование особых белков передается сигнал сокращения гладких мышц.

Липопротеиды. Способность образовывать комплексы с белками выявлена для таких гидрофобных соединений, как жирные кислоты, стероидные и тиреоидные гормоны, а такжежирорастворимые витамины (например А и D).

Биологическое значение связывания с белками, очевидно, заключается в переводе нерастворимых гидрофобных лигандов в растворимую в гидрофильной среде клетки форму.

Липопротеиды — это очень большие молекулы с молекулярной массой более 1 000 000. Липидная часть молекул этих соединений окружена белковым фрагментом, что обеспечивает достаточно высокую растворимость этих соединений. В форме таких липопротеидных комплексов липиды переносятся кровью. Липопротеидный комплекс непрочен, его компоненты образуют единую структуру за счет индукционных и дисперсных взаимодействий. Связь липид — белок можно разрушить путем многократного замораживания — оттаивания, с помощью ультразвука, интенсивным механическим перемешиванием, а также воздействием органических растворителей, например этанола.

Химическое строение липидного фрагмента липопротеидных комплексов очень разнообразно. Небелковая часть этих структур может быть представлена нейтральными жирами, холестерином, эфирами холестерина, фосфолипидами.

Основной спектр липидоподобных соединений крови представлен следующими соединениями (таблица 30).

Около 80% всех глицеридов, фосфолипидов, эфиров холестерина образуют липопротеиновые комплексы, связываясь с глобулинами. Неэтерифицированные жирные кислоты соединяются преимущественно с альбумином. Во всех случаях транспорта липидов небелковая липидная часть окружена гидрофильной белковой молекулой для обеспечения высокой гидрофильности всего комплекса.

Липид — белковый комплекс может иметь структуру двух видов. Липопротеиды, содержащие менее 30% белка, имеют строение мицеллы, ядро которой образуют липиды (преимущественно триглицериды и эфиры холестерина), а наружный слой состоит из белка, фосфолипидов, холестерина, имеющих высокополярные группы. Такое строение обеспечивает растворимость в водной среде плазмы крови, в которой циркулируют липопротеиды.

Липиды, содержащие 50% и более белка, имеют субъединичное строение: липиды каждой из субъединиц связаны с гидрофобной частью молекулы белка.

Липид — белковые комплексы условно делятся на свободные (липопротеиды плазмы крови, молока), растворимые в воде, и структурные (входят в состав мембран), являющиеся жирорастворимыми. Последняя группа таких комплексов в связи с растворимостью в органических растворителях получила название протеолипидов.

В группе протеолипидов белок составляет сердцевину их молекулы, а оболочку образует липидный компонент, при этом содержание белка в протеолипидах составляет 65–85%. Протеолипиды обнаружены в сердце, почках, легких, скелетных мышцах, клетках растений, но больше всего их в миелиновых оболочках нервов. В клетках перечисленных органов они погружены в липидную фазу мембран. Состав протео-липидов из различных органов неодинаков. Предполагается, что они прежде всего обеспечивают физиологическую функцию нервных волокон.

Нуклеопротеиды -это крупные белки, у которых простетическая группа представлена нуклеиновой кислотой, и по молекулярной массе значительно превосходит белковую часть,представленную протаминами или гистонами.

Флавопротеиды содержат в качестве простетической группы производные рибофлавина — витамина B₂. Эта группа белков представлена флавинзависимыми оксидоредуктазами, у которых производные рибофлавина входят в состав активного центра. Флавинзависимые ферменты принимают участие в окислении жирных кислот, окислительном декарбоксилировании пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот, цикле трикарбоновых кислот. Также к флавиновым ферментам относят аминооксидазы — основные ферменты катаболизма биогенных аминов.