Факультет

Студентам

Посетителям

Образование клейковины при созревании пшеницы

Все изложенное выше касается вопроса о накоплении в созревающем зерне отдельных компонентов клейковины: глиадина и глютенина, белка, растворимого в йодистом калии, и т. д. Естественно, возникает вопрос, в какой же момент созревания в зерне синтезируется непосредственно клейковина и каковы условия ее образования из отдельных белковых фракций или может быть прямо из небелкового азотистого материала.

До недавнего времени считалось, что синтез клейковины происходит в конце периода созревания зерна, когда накопление питательных веществ в нем заканчивается и зерно начинает высыхать. Это мнение основывалось на опытах зарубежных авторов, которым удавалось обнаружить клейковину в зерне только в конце его созревания. Так, Вудмен и Энгледоу впервые смогли отмыть клейковину из зерна влажностью 45%, что соответствовало фазе восковой спелости. Мак-Колла (McCalla, 1938) получил такие же результаты, обнаружив клейковину в созревающей пшенице, когда влажность зерна снизилась до 44%. Еще раньше Олсон (Olson, 1917) в специальной работе, посвященной образованию клейковины при созревании пшеницы, пришел к выводу, что на ранних стадиях созревания зерно не содержит клейковины, которая синтезируется лишь в процессе высыхания зерна, уже полностью закончившего налив. Следует отметить, что результаты Олсона, получившие широкое признание в зарубежной литературе (см. напр. Бейли, 1933), очень плохо обоснованы экспериментальным материалом, так как, во-первых, автор пользовался крайне грубой и ненадежной органолептической методикой (например, судил о наличии или отсутствии клейковины в зерне с помощью его разжевывания), а, во-вторых, неверно интерпретировал собственные данные, исходя из безусловно ошибочного положения, будто бы сушка сырой клейковины при температуре 100° и выше не изменяет ее физических свойств, а потому исследуемое незрелое зерно с высокой влажностью нужно сушить перед анализом при такой высокой температуре.

В ряде работ советских исследователей было экспериментально показано, что клейковина образуется в зерне значительно раньше, чем это предполагали Олсон и другие зарубежные авторы. Так, по данным М. Раушенбаха, М. Селаври, Н. Турковой и М. Яньшиной (1933), пшеница четырех исследованных ими сортов в фазе молочной спелости, при влажности зерна 47—55%, уже содержала значительные количества клейковины.

Н. И. Проскуряков, А. А. Бундель и Е. В. Бухарина (194,1) обнаружили клейковину в зерне при переходе от молочной спелости к восковой, когда влажность его равнялась 54%, а сухой вес составлял 68% от веса зрелого зерна. По своему качеству клейковина в этот период резко отличалась от нормальной клейковины вполне созревшей пшеницы. В фазе молочной спелости, при влажности зерна 65%, клейковину из него отмыть не удалось.

Наиболее подробно процесс образования клейковины при созревании пшеницы был исследован А. Б. Вакаром и сотр. (Вакар и Дроздова, 1948; Вакар 1949, 1951, 1952; Вакар и Архипова, 1958). На многих сортах мягкой и твердой пшеницы эти авторы обнаружили наличие клейковины в свежем зерне влажностью 55—65%, что соответствует фазе молочной спелости. По своему качеству клейковина на ранних стадиях созревания пшеницы является, как правило, короткорвущейся и малосвязной. Ее гидратационная способность низка и достигает 140—160%. Эти особенности клейковины, а также незначительное содержание ее в незрелом зерне являются причиной больших трудностей при отмывании. Клейковина плохо набухает, плохо слипается, крошится и потому легко может быть растеряна при обычном отмывании. Если же отмывание вести очень осторожно и длительно, применяя достаточно тонкое сито, то в конце концов удается выделить малосвязный, короткорвущийся зеленый комочек сырой клейковины даже из зерна, влажность которого превышает 60—65% (молочная спелость). По мере созревания количество клейковины в зерне увеличивается, а качество постепенно улучшается до нормального, т. е. она становится все более связной, эластичной и растяжимой. Процесс накопления клейковины и изменения ее качества в созревающем зерне показан, для примера.

Возникает вопрос, почему на более ранних стадиях созревания — в зеленой спелости и в начале молочной спелости зерна — клейковину не удается выделить из свежего материала даже при очень осторожном и тщательном отмывании. Ранее указывалось, что составные части клейковины — глиадин и глютенин,— не только имеются в зерне с самого начала его формирования, но соединены в комплекс, и это позволяет предполагать, что клейковина в таком зерне есть, однако плохая слипаемость ее частиц при общем низком их содержании затрудняет отмывание ее в виде связного комка. Опыты показали, что большое значение при этом имеет недостаточная степень измельчения свежего материала, препятствующая хорошему соприкосновению и слипанию мельчайших частиц клейковинного белка в процессе отмывания. Если же зерно’ предварительно быстро подсушить при невысокой температуре (35—40°), а затем размолоть в тонкую муку, то условия слипания гидратированных клейковинных частиц в общую массу заметно улучшаются и клейковину удается отмыть из зерна даже в самом начале его развития. Например, в одном из опытов клейковина отмывалась из зерна, линейные размеры которого достигали лишь половины нормальной величины, а сухой вес 1000 зерен был равен 3,70 г, что составляло 12% от сухого веса 100Ю зрелых зерен. Указанная пшеница еще не достигла начала молочной спелости, тем не менее, после подсушивания в ней оказалось 3,3% сырой или 1,28% сухой клейковины, малосвязной, короткорвущейся, с гидратацией 157,1%.

Следует, однако, отметить, что все опыты, где клейковина была обнаружена на самых ранних фазах созревания зерна после его подсушивания, не вполне доказательны, так как остается неизвестным, имелась ли клейковина в исходном свежем материале или она дополнительно синтезировалась в процессе сушки. Опыты Т. И. Усольцевой (1956) показали, что потеря влаги колосьями пшеницы, срезанными в фазе молочной спелости, приводит к заметному увеличению содержания клейковины в зерне по сравнению с контрольным, хранившимся без потери влаги. Чтобы исключить возможность дополнительного ферментативного синтеза клейковины в процессе тепловой сушки зерна с высоким содержанием влаги, А. Б. Вакар и Е. И. Архипова (1958) обезвоживали его лиофилизацией, фиксируя таким образом исходное состояние зерна и создавая, одновременно условия для хорошего его измельчения. Результаты этой работы, представленные в табл. 52, показали, что из зерна в начале фазы молочной спелости при влажности его, равной 70%, можно отмыть около 2% сырой клейковины. В фазе зеленой спелости (влажность зерна 72,4%) клейковины так мало, что отмыть ее непосредственно не удается, однако, если предварительно отделить белок от крахмала фракционированием по удельному весу (метод Гесса), то из полученного цвикельпротеина клейковина отмывается, хотя и в ничтожном количестве. Таким образом, можно считать Твердо установленным, что клейковина синтезируется в зерне пшеницы с, самого начала его формирования, хотя по своим физическим свойствам она вначале резко отличается от клейковины нормального зрелого зерна. Причины этого остаются пока неясными. Так как в зерне на ранних фазах созревания содержание свободных ненасыщенных жирных кислот повышено, то можно было предположить, что плохая связность и низкая гидратация клейковины являются следствием действия ненасыщенных кислот на клейковинный белок.

Проверка этого предположения (Вакар, 1952) показала, однако, что обезжиривание незрелого зерна неспособно улучшить качество его клейковины, как это наблюдается, например, для муки после долгого хранения. Таким образом, характерные физические свойства клейковины на ранних стадиях созревания пшеницы связаны, по-видимому, непосредственно со структурными особенностями белковых веществ в этот период развития зерна.

В последнее время Мак-Коннелл и сотрудники опубликовали серию работ по изучению биосинтеза клейковины в созревающей пшенице с применением метода меченых атомов (McConnell, Ramachandran, 1956; McConnell, Mazurck, 1956; McConnell, 1959; Bilinski, McConnell, 1958). В стебель пшеницы на разных фазах созревания зерна, начиная от конца молочной и далее почти до полной спелости, вводили шприцем определенные количества раствора уксуснокислого натрия, содержавшего радиоактивный изотоп углерода (С14), либо в метальной, либо в карбоксильной группе. Инъекции проводились на разных экземплярах пшеницы с тем, чтобы каждое растение получило радиоактивный углерод только один раз в тот или иной момент созревания зерна. По окончании созревания зерно обмолачивали, размалывали р муку и определяли удельную радиоактивность веществ, входящих в его состав. Оказалось, что все выделенные фракции компонентов зерна: липиды, альбумины и глобулины, клейко — овинные белки, крахмал и клетчатка обладали активностью, величина которой зависела от возраста растений во время 1 инъекции. Удельная активность белковых веществ была наибольшей по сравнению с крахмалом, липидами и клетчаткой, причем в гидролизате клейковинных белков максимальной удельной активностью обладала глютаминовая кислота.

В расчете на углерод удельная активность глютаминовой кислоты превышала удельную активность исходной клейковины в 2—3 раза. Продолжая эти исследования, Билинский и Мак-Коннелл (Bilinski, McConnell, 1958) провели последовательное фракционирование белковых веществ зерна из инъецированных в разное время растений и получили фракции альбуминов, глобулинов, глиадина и глютенина, каждая из которых была затем гидролизована с целью выделения глютаминовой кислоты. Наибольшая удельная активность была найдена у глиадина, средняя — у глютенина, а наименьшая — у альбуминов и глобулинов. Активность глютаминовой кислоты, выделенной из разных белков, убывала в том же порядке, т. е. наибольшей активностью обладала глютаминовая кислота, полученная гидролизом глиадина, а наименьшей — та же кислота из альбуминов и глобулинов. При инъекции уксуснокислого натрия с радиоактивным углеродом в метильной группе (CMH3COONa) удельная активность всех белковых фракций была выше, чем в случае применения той же соли, но с радиоактивным углеродом в карбоксиле (СН3 Cl4OONa).

Если удельную активность глиадина вычислить в виде отношения к удельной активности глютенина в том же зерне, то видно, что величина этого отношения прямолинейно растет с увеличением возраста растений во время инъекции. Из этого следует, что по мере созревания зерна все большая часть вводимого меченого углерода появляется в составе глиадина (относительно глютенина), т. е. глютенин образуется в основном на более ранних, а глиадин на более поздних стадиях созревания зерна, что согласуется до некоторой степени с рассмотренными выше данными Мак-Колла (McCalla, 1938) о неравномерном накоплении в созревающей пшенице компнонентов клейковины, различающихся по растворимости.

Сопоставив удельные активности соответствующих белковых фракций (а также выделенных из них препаратов глютаминовой кислоты) из пшеницы, инъецированной в разные сроки растворами Cl4H3COONa, и CH3C14COONa, авторы показали, что по мере созревания зерна все большую и большую роль в синтезе белков играет углерод метильной группы ацетата натрия по сравнению с углеродом карбоксила. В то же время в глютаминовой кислоте, выделенной из всех четырех белков, по всем срокам инъекции, 50—60% активности приходится на пятый углеродный атом и только 25—30% — на первый углеродный атом.

Величина соотношения активностей пятого и первого углеродных атомов глютаминовой кислоты позволяет судить о том, насколько быстро идет биосинтез этой кислоты путем аминирования а-кетоглютаровой кислоты. Последняя, образуясь по циклу ди — и трикарбоновых кислот, в котором участвует ацетат с радиоактивным углеродом в карбоксиле, в первом цикле может иметь радиоактивную «метку» только в пятом углеродном атоме, а в последующих циклах в ней появляется радиоактивный углерод и в первом положении. Следовательно, чем больше циклов

Прошло с момента вступления в реакцию ацетата, меченого радиоактивным углеродом в карбоксильной группе до момента образования глютаминовой кислоты, тем выше будет в последней соотношение активностей первого и пятого углеродных атомов. Опыты Билинского и

Мак-Коннелла показывают, что по мере созревания зерна скорость биосинтеза глютаминовой кислоты повышается, особенно для фракции глиадина.

Результаты исследований Мак-Коннелла и сотрудников представляют большой интерес в том отношении, что они касаются внутреннего механизм синтеза клейковинных белков при созревании пшеницы. Правда, в этой области сделаны еще только первые шаги, и данные указанных авторов освещают лишь синтез отдельных белковых фракций, но не всей

Клейковины как единого белкового образования.

Неравномерное образование глиадиновой и глютениновой фракций клейковины в процессе созревания зерна, с нашей точки зрения, еще не доказывает самостоятельного существования этих веществ в качестве индивидуальных белков, а скорее свидетельствует о постепенной перестройке единого клейковинного белка, перестройке, о которой можно судить и по другим показателям, например по резкому изменению физических свойств клейковины по мере созревания.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: