Материал: Казаков Е.Д., Карпиленко Г.П. - Биохимия зерна и хлебопродуктов

ГЛАВА 3

теолитическим ферментам. Благодаря высокому содержанию белков, богатых незаменимыми аминокислотами, семена бо- бовых культур — один из важнейших источников белка. Бел- ковые изоляты сои с их ценным набором незаменимых ами-

нокислот используют для обогащения хлебобулочных изделий и других пищевых продуктов.

§10. БЕЛКИ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР

Осодержании белков в семенах масличных культур можно судить по данным многих авторов, приведенным в таблице 39.

Большинство масличных культур по содержанию белков не уступает бобовым культурам.

Белки семян масличных представляют собой смесь близких по своим свойствам белков. Большая часть белков масличных се- мян относится к глобулиновой фракции (80—97%). Альбумино- вая и глютелиновая фракции находятся примерно на одинако- вом уровне (0,5—1,0%). Проламины практически отсутствуют.

В таблице 40 приведены данные о белковых фракциях се- мян подсолнечника сорта ВНИИМК-1646. Аминокислотный состав белков семян подсолнечника низкомасличного А-41 и высокомасличного ВНИИМК 15636 представлен в таблице 41.

В соле- и щелочерастворимых белках прослеживаются сор- товые различия — с увеличением масличности в них повыша- ется содержание глютаминовой кислоты, метионина и пони- жается — треонина и лейцина. Большинство незаменимых аминокислот в глобулинах представлено полнее, чем в других

Таблица 39

Среднее содержание белков в семенах масличных культур, % сухого вещества

БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ, СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ

Таблица 40

Белковые фракции подсолнечника сорта ВНИИМК-1646

фракциях. Белки ядер семян подсолнечника имеют большое

кормовое значение благодаря наличию в них значительного количества незаменимых аминокислот.

Отличительная особенность аминокислотного состава се- мян хлопчатника по сравнению с семенами подсолнечника — более высокое содержание глютаминовой кислоты (16,9%), аспарагиновой кислоты (8,4%) и лизина (6,0%).

Вместе с тем содержание остальных незаменимых амино- кислот заметно понижено, в том числе треонина до 3,9%, фе- нилаланина до 4,3%.

Высокая биологическая ценность белков превращает мас- личные культуры в ценный источник покрытия дефицита бел- ковых веществ.

Введение 5—10% белковых изолятов семян подсолнечника повышает питательную ценность хлеба (объем пшеничного хлеба увеличивается, корка приобретает очень приятный зо- лотистый цвет).

За последнее десятилетие разработаны дополнительные пи- щевые продукты — пищевые смеси с высоким содержанием белка.

ГЛАВА 3

Таблиц 41

Аминокислотный состав белков семян подсолнечника, % сухого белка

Для обогащения пищевых смесей желательно использовать выделенные белковые изоляты, но они дороги.

Большинство растительных белковых пищевых смесей готовят только из муки или концентратов. Наиболее легкий и дешевый способ — использование белковой муки, полученной из обезжиренных масличных семян. Однако

семена некоторых масличных культур содержат ядовитые вещества, что служит серьезным препятствием к использованию белковых изолятов из них (как и самих семян) в пищевых продуктах и на корм скоту. Семена хлопчатника содержат токсичное соединение госсипол, семена клещевины — высокотоксичные белки лектины, способные агглютинировать клетки.

При использовании отходов, получаемых при производстве растительного масла, на корм сельскохозяйственным живот-

144

БЕЛКИ ЗЕРНА ЗЛАКОВЫХ, СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ

ним большое значение приобретает изменение белковых ве- ществ в результате промышленной переработки маслосемян. Применяемая при этом влажно-тепловая обработка измель-

ченных масличных семян вызывает тепловую денатурацию белковых веществ, что приводит к изменению их растворимо- сти. Одновременно проходят реакции взаимодействия Саха- ров с белковыми веществами (меланоидинообразование), что

приводит к уменьшению количества Сахаров и незаменимых аминокислот. В этом случае содержание лизина при интен- сивной обработке шрота уменьшается.

При переработке семян хлопчатника в условиях жестких технологических режимов содержание лизина уменьшается на

15-30%.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каково содержание белков в зерне ржи?

2.Особенности состава входящих в зерно, незаменимых аминокислот?

3.Опишите клейковину ржи.

4.Опишите клейковину ячменя и его хлебопекарное дос тоинство.

5.В чем заключаются особенности незаменимых амино кислот?

6.Перечислите дефицитные незаменимые аминокислоты зерна овса.

7.Каково содержание проламинов в зерне проса?

8.Дайте оценку незаменимых аминокислот зерна риса.

9.Опишите особенности белков семян бобовых культур.

10.Какие белки в наибольшем количестве входят в состав

белков семян масличных культур?

Глава 4

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Нуклеиновые кислоты наряду с белками — важнейшие био- полимеры, образующие протоплазму живой клетки. Биологи-

ческая роль нуклеиновых кислот заключается в кодировании и реализации генетической информации. При непосредствен-

ном участии нуклеиновых кислот осуществляется синтез всех белков и ферментов, содержащихся в живой клетке.

Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолеку- лярные органические кислоты, растворяющиеся в щелочных растворах и осаждающиеся при подкислении. При гидролизе нуклеиновые кислоты распадаются на пуриновые основания, пиридиновые основания, сахар пентозу (рибозу или дезокси- рибозу) и фосфорную кислоту.

В состав нуклеиновых кислот входят пуриновые основания аденин и гуанин.

К пиримидиновым основаниям относят цитозин, урацил,

тимин:

146

______________________________________НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

В состав нуклеиновых кислот входят пентозы — рибоза или дезоксирибоза:

Дезоксирибоза получается из рибозы восстановлением у второго углеродного атома, у которого гидроксильная группа заменена атомом водорода (отсюда название дезоксирибоза). Цифра два, входящая в название дезоксирибозы, указывает, что восстановление произошло у второго атома углерода.

Соединения, в которых рибоза или де- зоксирибоза связаны с каким-либо из пу- риновых или пиримидиновых осно- ваний, называются нуклеозидами (по аналогии с гликозидами). Так, аденин, связанный с рибофуранозой, получил название аденозина.

Нуклеозиды, соединяясь еще с одной молекулой фосфорной кислоты, образуют более сложные вещества — нуклеоти- ды, играющие исключительно большую роль в обмене веществ живой клетки. Значение нуклеотидов состоит не толь-

ко в том, что из них построены гигантские молекулы нуклеи- новых кислот, но и в том, что они входят в состав ряда важ- нейших ферментов, а некоторые являются веществами, в которых аккумулируется энергия, необходимая для процес- сов жизнедеятельности. Присоединение еще одной молеку- лы фосфорной кислоты к молекуле аденозина у пятого угле- родного атома рибозы приводит к образованию нуклеотида, называемого аденозин-5-монофосфатом или адениловой кислотой:

ГЛАВА 4______________________________________________________________

Аналогично аденозину и адениловой кислоте постро-

ены другие нуклеозиды и нуклеотиды, образующиеся

при гидролизе нуклеиновых кислот. Адениловая кислота

может присоединять к своему фосфатному остатку еще один или два остатка фосфор-

ной кислоты с образованием при этом аденозиндифосфа- та (АДР) или аденозинтри-

фосфата (АТР). В молекуле аденозинтрифосфорной кисло-

ты три остатка фосфорной кислоты соединяются последовательно один за другим

___________________________________НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Сокращенно структурную формулу аденозинтрифосфата изображают так (АТР):

Здесь под «А» понимают аденозин. Значком ~ обозначают высокоэнергетические фосфатные связи. Соединения, содер- жащие такие связи, богаты энергией, освобождающейся при гидролитическом расщеплении. При гидролизе обычной слож- но-эфирной фосфатной связи освобождается энергия, равная 8—12 кДж/М, а при гидролизе высокоэнергетической связи АТР — около 30 кДж/М.

Кроме АДР и АТР, известны другие соединения, содержа- щие высокоэнергетические связи: аргининфосфат, дифосфо- глицериновая кислота, ацетилкофермент А и др. Наиболее ча- сто в биохимических реакциях участвуют АДР и АТР. Такие соединения чрезвычайно важны в обмене веществ. В них акку- мулируется энергия, освобождающаяся при различных реак- циях, происходящих в процессе дыхания, брожения и фото- синтеза. Под влиянием соответствующих ферментов группы, содержащие высокоэнергетические связи, могут быть перене- сены на другие вещества. Энергия, накопившаяся в высоко- энергетических соединениях, используется в обмене веществ.

Расщепление аденозинтрифосфата (АТР + НОН <=> AMP + + пирофосфат) катализирует фермент АТР — пирофосфатаза (3.6.18). Другой фермент— аденозинтрифосфатаза (3.6.1.3) катализирует реакцию АТР+Н2О <=> АДР + Ортофосфат.

§ 1. РИБОНУКЛЕИНОВЫЕ И

ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Отдельные нуклеотиды, соединяясь между собой, образу- ют нуклеиновые кислоты — полинуклеотиды. Существует два типа нуклеиновых кислот, различающихся между собой по химической природе входящего в их состав сахара. Первый тип носит название дезоксирибонуклеиновой кислоты (сокращен-

ГЛАВА 4

но ДНК). Особенность химической природы ДНК в том, что она содержит б-D-2-дезоксирибозу и пиримидиновое основа- ние тимин.

Второй тип называется рибонуклеиновой кислотой (РНК).

Вее составе б-D-рибоза и пиримидиновое основание урацил. Рибонуклеиновая кислота содержится в цитоплазме и ядре, а дезоксирибонуклеиновая — в ядрах клеток и в небольшом ко- личестве в хлоропластах и митохондриях. Рибонуклеиновые кислоты подразделяются на три типа — информационную или матричную (мРНК), рибосомальную (рРНК) и транспортную (тРНК). Молекулярные массы нуклеиновых кислот могут до- стигать очень больших величин. Молекулярная масса дезок-

сирибонуклеиновой кислоты достигает нескольких миллионов и даже миллиардов. Рибонуклеиновые кислоты имеют также большие молекулярные массы. Однако у транспортных рибо- нуклеиновых кислот молекулярная масса колеблется в преде- лах 23 000—30 000. Один из важнейших структурных элемен- тов ядра клетки — хромосомы. Эти структуры, состоящие из белка и ДНК, — носители наследственной информации клетки.

Входе клеточного деления — митоза — число хромосом в ней удваивается, и образующиеся дочерние клетки получают по полному их набору.

Число хромосом в клетках данного организма и данного вида постоянно. Например, клетки мягкой пшеницы имеют 42 хро- мосомы, ржи — 14, человека — 46 и т. д. В хромосомах разли- чают специфические участки молекулы ДНК, называемые ге- нами — единицами наследственности. Роль гена выражается в том, что в нем закодирован тот или иной специфический при- знак организма.

В1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком предложена структур- ная модель ДНК (двойная спираль). Это открытие — крупней- шее достижение науки нашего времени. Оно ознаменовало новый этап в развитии биологии, поставило все представле- ния генетиков на прочную молекулярную основу, объяснило многие до сих пор непонятные явления наследственности. Нити ДНК содержат код, необходимый для строения живого организма. Подобно тому, как магнитная лента с записанными инструкциями может управлять работой сложной машины,

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

точно так же информация, содержащаяся в ДНК, может быть реализована в организме.

Молекулярная структура гена программирует в клетке син- тез белка. Программирование имеет сложный характер. Сначала на молекуле ДНК, как на матрице, синтезируется молекула особой информационной (матричной) рибонукле- иновой кислоты (иРНК). Затем, попадая в рибосомы, — цитоплазматические структуры, в которых происходит син- тез белков, молекулы иРНК как бы управляют включением определенных аминокислот в полипептидную цепь белка.

Аминокислоты доставляются в рибосомы другим видом РНК- транспортной РНК.

В настоящее время удалось выделить и химическими мето- дами синтезировать некоторые гены. Выделение индивидуаль- ных генов из молекул ДНК и их синтез открывают захватываю- щие перспективы направленной регуляции генной активности.

Ферменты синтезируются с использованием того же меха- низма, что и все остальные белки. Дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) можно рассматривать как специальную био- химическую систему, способную, во-первых, концентрировать в себе наследственную информацию, во-вторых, передавать содержащуюся в ней информацию потомству, и, в-третьих,

управлять биосинтезом многочисленных ферментов и других белков в клетках на всех этапах развития организма.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какова биологическая роль нуклеиновых кислот в живом организме?

2.Что входит в состав нуклеиновых кислот?

3.Опишите особенности химических связей в аденозин- трифосфате и их биологическое значение.

4.Опишите строение ДНК и ее роль в живом организме.

5.Опишите типы рибонуклеиновых кислот, их различие в процессах живой клетки.