Биологическое значение белков зерна при прорастании

10.05.2015

Накопление белков в зерне обычно изучается с точки зрения их пользы для человека — пищевой и кормовой ценности, и сравнительно мало работ, где бы исследовалось значение белков зерна для самого растения, в частности их значение в процессе индивидуального) развития растения из семени.
В литературе имеются сведения о том, что сила начального роста проростков как биологический показатель качества семян находится и непосредственной связи с наличием в семени достаточного количества запасных веществ, среди которых первостепенное значение имеют белки и нуклеиновые кислоты. Так, в опытах П.С. Федорова и В.И. Литвиновой с яровой пшеницей было установлено, что высокобелковистое зерно, несмотря на меньший абсолютный вес, давало более продуктивные растения, чем низкобелковистое зерно (того же самого сорта). П.Е. Судновым отмечена повышенная энергия прорастания у зерна пшеницы с более высоким содержанием белка. В опытах с инъекцией чужого эндосперма в зерновки пшеницы И.А. Петров и И.И. Баранова установили, что чем выше содержание белка в зерне потомства получено в результате инъекций, тем более жизненны и продуктивны растения, выращенные из этих зерновок.
Удаление алейронового слоя у семян вызывает резкое снижение роста проростков. При этом происходит снижение синтеза нуклеиновых кислот в проростках; удаление же у семян кожуры или половины паренхимной части эндосперма, или семядоли не оказывает такого влияния на рост проростков и поведение нуклеиновых кислот.
В опытах Г.И. Семененко было отмечено, что в семядолях гороха белковые вещества и нуклеиновые кислоты при прорастании семян расходуются более интенсивно и полно, чем углеводы. Было также установлено, что добавление в питательную среду нуклеотидов стимулирует синтез нуклеиновых кислот и белка, что приводит к увеличению накопления сухого вещества проростков и поступлению в них азота и фосфора. Отсюда автор заключает, что отставание в росте мелких семян в период их гетеротрофного питания в значительной мере зависит от малого запаса в них белковых веществ и РНК, которые могут быть полностью израсходованы на рост проростков еще до перехода их на автотрофное питание, что отрицательно сказывается на дальнейшем их росте, т. е. в период автотрофного питания.
Расходование белков эндосперма при прорастании также идет неодинаково. Это хорошо видно на рис. 14, где показано изменение абсолютного количества белков в прорастающем зерне кукурузы. Наиболее интенсивно расходуется зеин, значительно медленнее — глютелин, а солерастворимые азотистые вещества расходуются еще медленнее.

Биологическое значение белков зерна при прорастании

Аналогичная закономерность в расходовании белков при прорастании отмечена в зерне ячменя. Недавно эта закономерность была подтверждена путем исследования белков созревающего и прорастающего зерна пшеницы при помощи электрофореза на крахмальном геле. Было установлено, что медленно двигающиеся при электрофорезе фракции интенсивнее синтезируются в конце созревания и быстрее расходуются при прорастании.
Такая последовательность в образовании белков при созревании и в расходовании их при прорастании свидетельствует о различной биологической роли белков зерна.
Проламины, как известно, отличаются от других белков более высоким содержанием глютаминовой кислоты (у пшеницы около 40%, а у кукурузы — 30% от общего количества аминокислот в белке), пролина и амидов. Возможно, что именно этими особенностями аминокислотного состава объясняется та роль основного запасного белка, которую играют проламины как источники азотистых веществ, необходимых для питания зародыша на первых этапах прорастания.
При прорастании зерна, как это показано на пшенице, содержание свободных аминокислот увеличивается, особенно глютаминовой кислоты, пролина и аспарагиновой кислоты, а также α-кетоглютаровой и щавелевоуксусной кислот. В зародышах же содержание глютаминовой и аспарагиновой кислот, а также соответствующих кетокислот снижается почти до полного исчезновения, очевидно, в результате их активного превращения.
Дикарбоновые аминокислоты, как известно, занимают центральную позицию в азотном обмене растений, особенно в созревающих и прорастающих семенах, в которых содержание этих аминокислот составляет от 30 до 50% всего небелкового азота. Даже в покоящихся семенах имеется довольно значительное количество дикарбоновых аминокислот.
Содержащиеся в зерне белки, помимо того что являются источниками азотистых веществ для прорастающего зародыша, имеют, вероятно, значение и как коллоидные вещества, обладающие большой гидрофильностью. Среди веществ зерна белки являются главным веществом, впитывающим воду. Другие вещества также обладают способностью к Набуханию, в частности слизи, целлюлозы и пектиновые вещества, но их содержание в зерне пшеницы и кукурузы незначительно. Крахмал же, который является основным веществом эндосперма, не набухает в нормальных условиях, при которых происходит прорастание.
Набухающие семена развивают большую сосущую силу. Так, в семенах пшеницы при их влажности 10% сила впитывания достигает 50—70 атм. Характер запасных веществ семян в значительной мере определяет их способность к набуханию. Семена, имеющие более высокое содержание белка, поглощают воду быстрее и в большем количестве: вика — 182%, пшеница — 161%, кукуруза — 137% к исходному весу семян. Однако у зерна кукурузы с повышенным содержанием белка и роговидным эндоспермом поглощение воды слабее, чем у зерна с низкой белковистостью и мучнистым эндоспермом.
В заключение необходимо отметить большую роль белков зерна как носителей ферментативной активности, что отмечалось в I гл. Здесь лишь напомним, что ферментативная активность в зерне злаков обнаруживалась только у альбуминов и глобулинов. Эти две белковые фракции в зерне злаков находятся в основном в щитке и алейроновом слое. Вопрос о взаимоотношениях запасных белков, в частности локализованных в «белковых телах» эндосперма, и ферментных систем остается неясным.
Многочисленными исследованиями показано, что активность ферментов при прорастании резко повышается. Однако окончательно еще не установлено, за счет чего происходит повышение активности многих ферментов при прорастании. До сих пор считалось, что повышение активности ферментов происходит в результате перевода их из связанного состояния в активное под влиянием специфических веществ, выделяющихся зародышем, в частности сульфгидрильных соединений и в первую очередь — глютатиона. В последние годы появились работы, указывающие на возможность новообразования, синтеза каталитических белков в зерне при прорастании. Так, в прорастающем зерне ячменя установлено новообразование ферментов, вызывающих расщепление запасных веществ эндосперма и появление в среде различных сахаров, полипептидов и неорганического фосфора. В семенах фасоли наблюдалось новообразование амилазы, АТФ-азы и каталазы, но синтеза протеаз не обнаружено.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: