Глютелин как запасной белок злаков¶

Глютелин — группа запасных белков семян злаковых растений, растворимых в разбавленных растворах щелочей и кислот, но нерастворимых в воде, солевых растворах и этаноле. Наряду с проламинами (глиадином пшеницы, гордеином ячменя, зеином кукурузы) глютелины составляют основную массу белков эндосперма и служат источником азота для прорастающего зародыша. В биохимии злаков их традиционно выделяют по растворимости — в классификации, предложенной Томасом Осборном в начале XX века.

¶История изучения

Систематическое разделение белков семян по растворимости выполнил американский биохимик Томас Берр Осборн в 1907–1924 годах. Он выделил четыре фракции: альбумины (растворимы в воде), глобулины (в солевых растворах), проламины (в спирте) и глютелины (в щелочах и кислотах). Термин образован от латинского gluten — «клейковина», поскольку именно эта фракция вместе с проламинами формирует клейковину пшеничного теста. Позднее, с развитием методов хроматографии и электрофореза, выяснилось, что глютелиновая фракция неоднородна и включает крупные полимерные белки, связанные дисульфидными мостиками.

¶Классификация и состав

Глютелины относятся к запасным (резервным) белкам, накапливающимся в белковых тельцах эндосперма. Их делят на две подгруппы по молекулярной массе:

• Высокомолекулярные глютелины — полимеры массой от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов дальтон, образованные субъединицами, соединёнными дисульфидными связями.
• Низкомолекулярные глютелины — субъединицы массой примерно 30–45 кДа, участвующие в образовании полимерной сети.

У пшеницы глютелины представлены глютенинами, которые вместе с глиадинами формируют клейковину. У риса основным запасным белком эндосперма является оризенин — типичный глютелин, составляющий до 80 % всего белка зерна. У кукурузы глютелины сосуществуют с зеином, у ячменя — с гордеином, у овса преобладают глобулины и глютелины при низком содержании проламинов.

¶Физико-химические свойства

Глютелины нерастворимы в воде и нейтральных солевых растворах, слабо растворимы в спиртах, но переходят в раствор при подщелачивании или подкислении. Их растворимость повышается в присутствии восстановителей (например, 2-меркаптоэтанола, дитиотреитола), разрывающих дисульфидные связи. Молекулы богаты глутаминовой кислотой и аспарагином, содержат значительные количества пролина и глицина; лимитирующими аминокислотами обычно выступают лизин и триптофан.

При замесе теста глютенины образуют эластичный каркас, обеспечивающий упругость и газоудерживающую способность клейковины. Соотношение глиадинов и глютенинов определяет хлебопекарные качества муки: избыток глиадинов даёт растяжимость, избыток глютенинов — упругость.

¶Функции в растении

В созревающем зерне глютелины запасаются в специализированных белковых тельцах и служат резервом азота и серы. При прорастании они гидролизуются протеазами до аминокислот, которые используются зародышем для синтеза собственных белков и ферментов. Синтез глютелинов кодируется мультигенными семействами; у пшеницы гены высокомолекулярных глютенинов локализованы в локусах Glu-1 длинного плеча хромосом первой гомеологической группы.

¶Значение в питании и технологиях

Глютелины — важный источник растительного белка в рационе человека и кормах для животных. Рисовый оризенин отличается гипоаллергенностью и хорошей усвояемостью, поэтому используется в детском и диетическом питании, а также в производстве безглютеновых продуктов. Кукурузный глютелин применяется как сырьё для получения белковых изолятов и кормовых добавок.

В хлебопечении глютенины пшеницы определяют силу муки. Селекционеры отбирают сорта с определёнными аллелями генов Glu-1 и Glu-3, чтобы регулировать упругость теста. В пивоварении соотношение глютелинов и проламинов ячменя влияет на пенообразование и стойкость напитка.

¶Медицинские аспекты

Глютелины, как и проламины, участвуют в развитии целиакии — аутоиммунного заболевания, при котором повреждается слизистая тонкой кишки. У пшеницы основным триггером считаются глиадины, однако некоторые пептиды глютенинов также распознаются Т-клетками пациентов. Рис и кукуруза, чьи запасные белки представлены преимущественно глютелинами без токсичных проламинов, разрешены при аглютеновой диете.

Отдельное направление — изучение аллергии на рисовый белок и перекрёстных реакций между глютелинами разных злаков. Исследования показывают, что термическая обработка и ферментативный гидролиз снижают аллергенность оризенина.

¶Методы исследования

Для разделения и идентификации глютелинов применяют электрофорез в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия, двумерный электрофорез, эксклюзионную хроматографию и масс-спектрометрию. Полимерные глютенины анализируют методом гель-проникающей хроматографии с детекцией по светорассеянию. Современные подходы включают протеомный анализ и секвенирование генов, кодирующих субъединицы.

¶Перспективы

Исследования направлены на улучшение аминокислотного состава глютелинов (повышение содержания лизина), создание сортов с заданными хлебопекарными свойствами и разработку гипоаллергенных рисовых белков. Глютелины рассматриваются как перспективное сырьё для производства растительных аналогов мяса и специализированного питания.