Исследование биохимического состава липопротеинов семян подсолнечника
Автор: Бердина А.Н., Ильчишина Н.В., Ефименко С.Г.
Статья в выпуске: 2 (139), 2008 года.
Бесплатный доступ
Основными компонентами семян подсолнечника являются липиды и белки. Липопротеины - это сложные белки, в состав которых входят липиды. Эти комплексы являются обязательным структурным компонентом биологических мембран клеток всех живых организмов. Липопротеины растений практически не изучены. Для исследования биохимического состава липопротеинов в процессе созревания семян подсолнечника изучали электрофоретические фракции белковой части и жирно-кислотный состав липидной части липопротеинов.
Короткий адрес: https://sciup.org/142150840
IDR: 142150840
Текст краткого сообщения Исследование биохимического состава липопротеинов семян подсолнечника
ГНУ ВНИИ масличных культур
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЛИПОПРОТЕИНОВ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА
Липопротеины – это группа сложных белков, локализованных в протоплазме клетки, в состав которых входят липиды. Связь между белками и липидами осуществляется посредством различных взаимодействий, преимущественно гидрофобных и электростатических [8]. Согласно работам [3, 4, 6, 7], липопротеины подразделяют на свободные – белки протоплазмы, или растворимые в воде, и не- растворимые, или структурные – липопротеины биомембран клеток митохондрий и других органоидов растений. Нековалентные связи в липопротеинах между белками и липидами обусловливают возможность свободного обмена липидов и изменение свойств липопротеинов в живом организме. При взаимодействии липидов с белками определенную роль играют также электростатические си- лы притяжения, при этом двухвалентные положительные ионы могут служить связующим звеном между отрицательно заряженными группами липида и белка. Существенное значение в образовании комплексов липид – белок имеют также силы Ван– дер–Вальса и силы гидрофобного взаимодействия. Так, фосфолипиды взаимодействуют с белком своими фосфатными группами и четвертичными атомами азота (фосфотидилхолины и фосфотидилэ-таноламины); свободные жирные кислоты взаимодействуют карбоксильными группами. Фосфолипиды проявляют сродство к аминокислотам, содержащим –ОН; =NH; –NH2; =S группы [8].
Основная группа белков, содержащихся в семенах подсолнечника, рассматривается как запасная или резервная. Помимо запасных белков в семенах содержатся белки протоплазмы, входящие в состав различных структурных элементов клетки. Считается, что липиды, входящие в состав липопротеинов, являются «фасадом», удаление которого вызывает разрушение всей биологической структуры [13]. В свою очередь, белки ограничивают подвижность «прилипающих» к их поверхности липидов и придают системе конформационную стабильность [5]. Белки протоплазмы гетерогенны по компонентному составу и содержанию аминокислот. В совокупности аминокислоты протоплазмы представляют собой эталон сбалансированного для данного живого организма белка. Поэтому белки протоплазмы обычно являются более ценным пищевым продуктом, хотя содержание их в растениях относительно не велико и несравнимо с содержанием резервного или запасного белка [10, 11]. Запасные белки, в противоположность протоплазменным, состоят из сравнительно небольшого числа компонентов и, как правило, не сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот.
Целью нашего исследования являлось биохимическое изучение липопротеинов семян подсолнечника современных сортов и гибридов селекции ВНИИМК (урожая 2006-2007 гг.). Липопротеины растений, в отличие от хорошо изученных липопротеинов человека и животных, исследованы недостаточно. В связи с этим, изучение состава липопротеинов семян подсолнечника и их влияние на биохимические процессы, под действием которых формируется химический состав и технологическое качество растительного масличного сырья, представляет научный интерес и имеет прикладное значение при промышленном получении растительного масла и белка.
Объекты и методы исследований. В работе были изучены белковые фракции липопротеинов семян подсолнечника гибрида Юпитер (в процессе созревания) методом капиллярного электрофореза на анализаторе «Капель-103Р», оборудованном ультрафиолетовым детектором, с длиной волны лампы 254 нм, кварцевым капилляром длиной 0,5 м до детектора и внутренним диаметром 75*10-6 м. Прибор оборудован регулятором источника высо- кого напряжения положительной полярности 325 кВ и пневматическим вводом пробы. Исследование жирно–кислотного состава липопротеинов в созревающих семенах проводили газожидкостной хроматографией на аппаратно-программном комплексе на базе хроматографа «Кристалл 2000М» с детектором ПИД и полярной капиллярной колонкой серии Zebron Wax 7HM-G007-17 – 30 м* 0,32 мм*0,5мк с программированием температуры от 185 до 220 оС и скоростью газа носителя гелия 15 см/с.
Результаты экспериментов. Исследование белков липопротеинов и запасных белков подсолнечника показало сходство их аминокислотного состава. Основными аминокислотами липопротеинов являются: глютамин, аланин, треонин, глицин, гистидин, лейцин, аргинин, метионин и пролин. По данным Дубцовой [8], в липид-белковых комплексах (ЛБК) пшеницы высокое содержание гидрофобных аминокислот, что, по мнению автора, обусловливает склонность ЛБК пшеницы к образованию белковых агрегатов высокой молекулярной массы (белков клейковины). Кроме того, характерной особенностью всех глиадиновых белков является высокое содержание остатков глютаминовой кислоты и пролина [2]. По полученным нами данным, практически половина (7 из 15) аминокислот исследуемых липопротеинов подсолнечника – гидрофобные (аланин, лейцин, метионин, пролин, валин, фенилаланин и триптофан) – 36 %. Однако наибольшую часть составляют полярные аминокислоты – 47 %, а именно аминокислота глютамин (20,4 %), которая служит источником азота и является строительным блоком белков. Совпадение высокого содержания гидрофобных и полярных аминокислот говорит о некоторой универсальности аминокислотного состава белков растительных липопротеиновых комплексов. Достоверность данного предположения, видимо, могут подтвердить последующие исследования липопротеинов других растительных культур.
Полученные данные (табл. 1-2) свидетельствуют о том, что количество белковых фракций колеблется в пределах от 12 до 17. По данным Степуро [11],
Таблица 1 – Фракции белков липопротеинов на 10-й день после переопыления
Таблица 2 – Фракции белков липопротеинов на 76-й день после переопыления
Время удерживания, мин |
Площадь, mAU*сек |
Доля фракции от общего количества, % |
5,5 |
0,0768 |
1,21 |
5,7 |
0,0169 |
0,27 |
6,8 |
0,0032 |
0,05 |
7,6 |
0,0082 |
0,13 |
7,7 |
0,0483 |
0,76 |
9,2 |
0,0231 |
0,36 |
10,1 |
0,7165 |
11,26 |
10,5 |
0,1019 |
1,60 |
10,7 |
0,0767 |
1,21 |
10,9 |
0,0964 |
1,52 |
11,7 |
0,0407 |
0,63 |
13,1 |
0,9917 |
15,58 |
13,7 |
0,0058 |
0,09 |
14,8 |
0,0026 |
0,04 |
16,2 |
1,5690 |
24,65 |
18,2 |
2,5804 |
40,54 |
21,7 |
0,0063 |
0,10 |
Итого: |
6,3644 |
100,00 |
Липопротеины, полученные из семян гибрида Юпитер на 10-й день после переопыления, в основном представлены двумя фракциями, которые выходят на 9 и 17 минутах анализа, и их доля составляет 45,07 и 44,98 %. Количество электрофоретических фракций у липопротеинов, полученных из семян подсолнечника при перестое (76-й день после переопыления), возрастает с 12 до 17, и преобладающими являются 4 фракции (92 % от общей суммы белков). Характер изменений фракционного состава липопротеинов указывает на то, что по мере созревания семян идет формирование липопротеиновых комплексов и изменения молекулярных масс их белковых компонентов.
Кроме того, следует отметить, что характер электрофоретических подвижностей белковых фракций липопротеинов зависит от степени зрелости семян. Так, на 10-й день созревания семян выход электрофоретических фракций белков липопротеинов равномерен с 5-й по 9-ю минуты – высокомолекулярные белки, следующая фракция выходит только на 18-й минуте – низкомолекулярные белки. В то время как у липопротеинов, полученных при перестое семян, происходит равномерный последовательный выход электрофоретических фракций белков – с 5-й по 22-ю минуту, что свидетельствует о разнообразном составе белковых фракций липо-протенов (высоко-, средне- и низкомолекулярные белки), чего нельзя сказать о белках липопротеинов в начале созревания семян.
Полученные нами данные согласуются с результатами исследований Степуро [11]. Основные запасные белки подсолнечника (глобулины) пред-став-лены пятью фракциями, которые выходят на 8, 9, 10, 11 и 15-й минутах, и их доля составляет 10,70; 14,40; 13,05; 23,16 и 11,01 % соответственно.
По результатам исследований липопротеины семян подсолнечника на 2/3 состоят из белков (6068 %) и на 1/3 из липидов (20-27 %) .
Липидный комплекс исследуемых липопротеинов подсолнечника включает: триацилглицеролы – 41 %, фосфолипиды – 32 %, свободные жирные кислоты – 8 %, стерины – 4 %, диацилглицеролы – 3 %, моноацилглицеролы – 1,5 %, эфиры стеринов – 1,5 % и каротиноиды и неидентифицированные липиды – 9 %. По данным Олифсон и Осадчей [9], состав липидов, выделенных из липопротеинов сорго, представлен преимущественно стеринами (36,8– 54,8 %) и фосфолипидами (16,7–47,5 %). При исследовании липопротеинов гороха Азарова [1] пришла к выводу, что содержание триацилглицеро-лов в составе легко извлекаемых липидов достигает 59,7 %, а в связанных составляет не более 36,3 %, в то же время содержание фосфолипидов и жирных кислот в связанном состоянии почти в 2 раза больше по сравнению со свободными.
Содержание жирных кислот в липопротеинах подсолнечника в разные периоды созревания представлено в таблице 3.
Таблица 3 – Жирно-кислотный состав липопротеинов гибрида Юпитер в процессе созревания
Название жирной кислоты |
Содержание жирных кислот, % |
|||
Дни созревания |
||||
10-й |
37-й |
58-й |
76-й |
|
Пальмитиновая |
8,8 |
8,5 |
7,3 |
7,6 |
Стеариновая |
2,8 |
2,9 |
2,0 |
2,0 |
Олеиновая |
42,8 |
44,0 |
39,3 |
35,9 |
Линолевая |
41,2 |
40,2 |
47,4 |
51,8 |
Линоленовая |
2,6 |
2,7 |
2,2 |
1,2 |
Арахиновая |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
Эйкозеновая |
0,6 |
0,5 |
0,5 |
0,3 |
Бегеновая |
0,5 |
0,4 |
0,5 |
0,5 |
Эруковая |
0,4 |
0,4 |
0,5 |
0,5 |
Из полученных данных видно, что в липопротеинах семян подсолнечника основными являются олеиновая и линолевая кислоты, причем в процессе созревания семян содержание пальмитиновой, стеариновой, линоленовой и олеиновой кислот уменьшается (с 42,8 до 35,9 %), а содержание линолевой увеличивается (с 41,2 до 51,8 %). Содержа-ниеарахиновой, эйкозеновой, бегеновой и эруковой кислот в течение всего процесса созревания остается на постоянно низком уровне. Аналогичная динамика изменения жирно-кислотного состава при созревании семян характерна для запасных липидов (ТАГ) подсолнечника, составляющих основу промышленных растительных масел [13].
Таким образом, проведенные исследования по- казали преобладание белкового компонента в составе липопротеинов семян подсолнечника, что характерно для липопротеинов крови человека высокой плотности [12], так называемых ЛВП, которые обладают высокой физиологической активностью в живом организме. Липопротеины, полученные из растительного сырья, способны переносить не только триацилглицеролы, фосфолипиды и стери-ны, но и незначительное количество углеводородов и спиртов. Помимо этого, они осуществляют перенос жирорастворимых витаминов и ß-каротина. Липопротеины крови осуществляют транспорт липидов в водорастворимой форме из участков их синтеза и всасывания в места, где происходит их хранение или утилизация, обеспечивают поддержание определенного уровня концентрации липидов в плазме крови, тканях, клеточных мембранах и субклеточных структурах. Липопротеины переносят глицериды, фосфолипиды, стерины, а также незначительное количество углеводородов и ациклических спиртов [12]. Очевидно, растительные липопротеины могут выполнять аналогичные функции.
Изучение аминокислотного состава липопротеинов семян подсолнечника в начале и конце созревания показало, что в составе белков липопротеинов из 10 известных незаменимых аминокислот присутствуют 9. Преобладающими являются: глютамин, треонин и гистидин.
В ходе электрофоретического исследования белковых фракций липопротеинов установлено, что при созревании семян в липопротеинах увеличивается количество преобладающих фракций с 2 до 4. В начале созревания преобладают высокомолекулярные и низкомолекулярные фракции белков, а в конце фракционный состав белков становится более однородным.
Основу группового состава липидной части липопротеинов составляют триацилглицеролы и фосфолипиды, жирно-кислотный состав которых представлен характерными для семян подсолнечника ненасыщенными кислотами (олеиновой и линолевой).