麦谷蛋白课件

主要内容：1：简单了解一下面筋2：简单了解一下麦醇蛋白，重点掌握麦谷蛋白的结构3：根据麦谷蛋白的结构讨论一下其前景应用一：面筋1：麦谷蛋白和麦醇蛋白是小麦面筋蛋白(俗称谷朊粉)主要的组成成分，在小麦面筋蛋白功能特性中起着重要的作用2：面筋是小麦的主要功能成分,现在也是面团粘弹性性能方面的主要影响因素。3：面团性能主要是由结构面筋、及相互作用的蛋白复合体作用的。4：面团的物理性质产生于相互作用的面筋蛋白质之间2.2在小麦面筋蛋白功能特性中的作用

1：粘弹性在面团中，醇溶蛋白与麦谷蛋白相互作用，醇溶蛋白进入麦谷蛋白之中，而麦谷蛋白起着传送带作用，使面团显示出适当粘弹性，麦谷蛋白为面团提供弹性。面筋蛋白在液体中即使水分过剩，仍具有粘弹性，这是由于面筋蛋白极性低(10％)，放出正电荷，因此面筋能排出过量游离水，使面筋互相紧密结合在一起，具有成团、成膜和立体网络功能。2：薄膜成型性小麦面筋蛋白薄膜成型性是其粘弹性直接表现。面筋网络弹性主要与麦谷蛋白功能有关3：热凝固性4:溶解性5：乳化性6:凝胶性凝胶性是蛋白质与蛋白质，及蛋白质与水之间相互作用结果。蛋白质与水作用力越强，与水结合越牢固；蛋白质分子间作用力强，才能形成空间网状结构；但作用力过强，整个体系平衡遭到破坏，水被挤出，凝胶结构被破坏。小麦谷蛋白的这么多性质也是有机大分子的结构决定其功能性，因此了解小麦谷蛋白的结构与组成是研究面粉品质的基础二：麦谷蛋白的结构麦谷蛋白分子一级、二级结构的特征以及这些特征对面筋功能具有重要的影响，在此基础上对麦谷蛋白亚基内或亚基间二硫键形成模式进行一下介绍低分子量麦谷蛋白亚基LMW—GS占谷蛋白90％，部分溶解于70％乙醇，与一些高相对分子质量醇溶蛋白相类似。一些LMW—GS为水溶性蛋白，但仍通过二硫键部分与C--型、p一型和丫一型醇溶蛋白相连，部分与HMW—GS相连。所以LMW—GS与醇溶蛋白往往在电泳谱上重叠，常规电泳方法难以将它们分离.其中分子量为70kDLMW—GS对谷蛋白多聚体结构起着重要作用，其N一末端氨基酸序列类似于∞一醇溶蛋白。LMW—GS属于富硫醇溶蛋白，表现为粘性，与小麦加工品质也是密切相关的。HMW—GS和LMW—GS通过链间S-S键增大聚合体，以提高面团强度和稳定性。HMW-GS和LMW—GS之间唯一交联，是通过HMW—GS的中间疏水区域上1个半胱氨酸残基与LMW-GS中c末端区域上1个半胱氨酸残基交联形成S-S键。大分子麦谷蛋白聚集体所占比例大。根据高分子物理化学理论，大分子物质含量多，流变学强，对于面粉则表现为筋力强，烘烤品质优，-S-S-在维持大分子麦谷蛋白聚集体中起决定性作用HMW---GS的一级结构由17~20个多肽亚基构成，一般含有630~830个氨基酸，分子量约为675~880kD。其肽链可分为三段由N端和C端较短非重复区域夹着较长有重复序列中间疏水区域。其中N端由804104个氨基酸成，含345个半胱氨酸；C端有42个氨基酸组成，含1个半胱氨酸；中部疏水区由高度重复480~680个氨基酸残基组成，含0～1个半胱氨酸。非重复区域含有大量甚至全部半胱氨酸残基，表现较强亲水性，有利于二硫键及首尾相连线状肽链分子形成，多个亚基通过二硫键形成纤维状谷蛋白分子。重复区域只有少数几个或根本没有半胱氨酸残基，而是以重复六肽(PGQGQQ)和九肽(GYYPTSP／LQQ)以串联和分散形式所组成；另外，少数HMW-GS是以三肽(GQQ)为主要重复序列。中间区域重复序列通过D一转角形成松弛B一螺旋结构，赋予面团弹性⋯。这是一种特殊超二级结构，HMW-GS肽链上6一转角呈重复规则分布，在D一转角区域中疏水和形成氢键能力强的氨基酸较多。在相邻HMW-GS间及与其它蛋白间形成氢键在稳定面筋蛋白结构方面起着重要作用。HMW—GS结构对面粉品质的影响HMW—GS占小麦籽粒总蛋白的比例并不大(6—10％)，但对面筋特性起着重要作用。8一转角使HMW—GS具有独特的弹性属性。这似乎解释了具较长重复区的亚基比具较短重复区的亚基具有更好的弹力和筋力n。解释小麦面筋弹性作用机制环一链模型。HMW—GS的谷氨酸含量很高，具有形成分子内和分子间氢键的能力。其特征可能通过分子内氢键的形成而影响亚基的弹性。面团中一些氢键在加工过程中断开，这样就形成了未成键的可移动环(1o叩s)和成键的链(trains)。当外力移去时，环可以伸展并再形成，这就是具有弹力的原因，与橡胶弹性的原理相同。HMW—GS与小麦烘烤品质的关系麦子粒的蛋白质含量、子粒硬度、沉降值、湿面筋、面团形成时间、面团稳定时间、面包烘烤体积和面包评分等均是反映其烘烤品质的性状指标。就蛋白质中的HMW—GS来说，HMw—GS中所含赖氨酸残基的二硫键赋予面团弹性，是影响面粉加工品质和烘烤品质的重要因素【瑚。因此HMW—GS亚基的数目和含量均影响小麦品质的好坏。HMW—GS亚基的数目越多，相对含量越高，其品质相对来说就越好。另外，不同位点上的等位基因变异对面团和烘烤品质效应显著不同.研究表明，表达HMW—GS等位基因尤其是1D染色体编码的亚基等位基因的变异与烘烤品质的优劣有关，且在不同的研究中表现比较一致。在同一位点不同亚基对烘烤品质的效应也不同.LMW—GS结构特征LMW—Gs在麦谷蛋白中占很大比例(约75％)，占小麦籽粒总蛋白的1／3。LMW—GS被定位于染色体lA、1B、1D短臂上，由紧密联锁的基因簇控制，分别用Glu—A3、Glu—B3和Glu—D3表示，统称为Glu一3位点，各位点存在大量的变异，某些特定的亚基类型及含量对烘烤品质有一定的作用。研究表明，LMW—GS位点对面团黏弹性的作用以加性效应为主，位点间互作效应也达显著水平。HMW—GS和LMW—GS位点的互作效应也影响小麦加工品质。

LMW—GS一级结构LMW—GS一级结构的一般模型是由基因推测得到的氨基酸序列得来的：最N端是21个氨基酸的典型信号肽，后跟随一条约l3个氨基酸的短序列(al'eaI)。大多数LMW—GS基因都表达areaI。之后是一个重复区(areaⅡ)，由不定数量(70—186)的氨基酸组成。LMW—GS的重复区很短，仅占到了蛋白序列的30—50tool％。接下来是保守的C一端区。C一端区内又定义了三个区域：areaⅢ、area1V和areaV。LMW—GS二硫键和二级结构

分子内及分子间二硫键是LMW—GS二级结构的一个重要特征。N一端一般有一个Cys，位于area工或arPAtII。它不可能与C一端区内的半胱氨酸残基形成分子间二硫键，这是由重复序列空间结构的稳定性造成的。C一端区内的七个半胱氨酸残基一般形成三对分子内二硫键，剩余一个位于areaⅣ的自由半胱氨酸残基参与形成分子间二硫键，起到与HMW—GS形成麦谷蛋白聚合体或形成LMW—GS聚合体的作用。但是由于变异，一1_34W—GS会出现半胱氨酸的添加或缺失。因此，自由半胱氨酸残基数区分了形成聚合物的两种不同LMW—GS亚基：链延伸子——具有两个或两个以上自由半胱氨酸用于形成分子间二硫键；链终止子——仅有一个自由半胱氨酸用于形成分子问二硫键。链延伸子可以形成强度更大的面团_】。所有完整的hMW—in型91或I31W—s型序列具有8个半胱氨酸，因此被认为是链的延伸亚基。而a一型和7一型一GS大多具有奇数个半胱氨酸。D’OvidioR等发现硬质小麦中的^y一型LMW—GS在重复区的起始位置(position26)处多出一个半胱氨酸，在这一类型的7一型LMW—GS中共检测到9个半胱氨酸。此外就D型亚基而言，MasciS等的研究认为D亚基中只有一个Cys对亚基的结构起到作用，这一个cys使得D亚基充当链的终止子。除了D亚基外，1．blW—GS的二级结构与富硫醇溶蛋白的结构具有整体的相似性。ThomsonNH_2¨用扫描穿隧显微镜观察到ⅢW—GS的N端重复区富含p一转角，这些p一转角在一起很可能形成了一种螺旋状的空间结构。此外非重复区富含a一螺旋，LMW—GS中脯氨酸、丝氨酸的含量仅次于谷酰胺，它们的存在使谷蛋白a一螺旋时被分隔，形成大小不同的a一螺旋，最终使其空间结构更加致密。三：麦谷蛋白的结构预测随着蛋白质结构预测技术的进展，计算机分子结构预测与建模已成为研究麦谷蛋白三维结构的重要手段。因此麦谷蛋白结构预测大多采用折叠识别和从无到有的方法预测。麦谷蛋白的应用利用HMW—GS进行小麦品质育种改良探索以HMW—GS研究作为改良小麦品质的手段被越来越多的育种家应用。1Dx5+lDyl0基因与优良的烘烤品质有关．OvidioIgJ根据1Dx5控制基因的序列，设计1对1Dx5基因的特异引物，用PCR对一些普通小麦进行扩增Roder等报道了普通小麦D组染色体上的23对微卫星引物，这些特异的引物扩增出的特异片段，可用于优质面包小麦育种的分子标记辅助选择。宋希云利用小麦胚乳贮藏蛋白HMW—GS1Dyl0单克隆抗体，建立了间接的ELISA测定法。梁荣奇等利用亚基5和10的特异PCR标记，对19个已知HMW—GS组成的品种进行了扩增，结果表明，具有5亚基的品种能扩增出450bp的特异带：具有10亚基的品种能扩增出576bp的特异带；具有l2亚基的品种能扩增出612bp的特异带。面筋的弹性和强度差，这与我国品种缺少某种特定的HMW—GS有关。目前我国育种工作者已意识到这点，正在通过基因工程的方法开展这方面的研究。同时我国HMW—GS具有广泛多态性．为品质育种中优质亚基的聚合奠定了基础．提供了丰富的遗传变异，有利于小麦面筋强度的遗传改良。在育种的早代选择中，根据HMW—GS与品质性状相关性大小，选择有关优质亚基(如lAx2、1Dx5+lDy10等)作为优良烘烤品质的标志和育种目标是可行的。GMP在总蛋白质中的比例并不大，但却对面粉的烘焙品质