《麥谷蛋白》PPT課件.ppt

主要內(nèi)容：,1：簡單了解一下面筋 2：簡單了解一下麥醇蛋白，重點掌握麥谷蛋白的結(jié)構(gòu) 3：根據(jù)麥谷蛋白的結(jié)構(gòu)討論一下其前景應(yīng)用,一：面筋,1：麥谷蛋白和麥醇蛋白是小麥面筋蛋白(俗稱谷朊粉)主要的組成成分，在小麥面筋蛋白功能特性中起著重要的作用 2：面筋是小麥的主要功能成分,現(xiàn)在也是面團粘彈性性能方面的主要影響因素。 3：面團性能主要是由結(jié)構(gòu)面筋、及相互作用的蛋白復(fù)合體作用的。 4：面團的物理性質(zhì)產(chǎn)生于相互作用的面筋蛋白質(zhì)之間,2.2在小麥面筋蛋白功能特性中的作用,1：粘彈性 在面團中，醇溶蛋白與麥谷蛋白相互作用，醇溶 蛋白進入麥谷蛋白之中，而麥谷蛋白起著傳送帶作 用，使面團顯示出適當(dāng)粘彈性，麥谷蛋白為面團提供 彈性。面筋蛋白在液體中即使水分過剩，仍具有粘彈 性，這是由于面筋蛋白極性低(10)，放出正電荷，因 此面筋能排出過量游離水，使面筋互相緊密結(jié)合在一 起，具有成團、成膜和立體網(wǎng)絡(luò)功能 。,2：薄膜成型性 小麥面筋蛋白薄膜成型性是其粘彈性直接表現(xiàn)。面筋網(wǎng)絡(luò)彈性主要與麥谷蛋白功能有關(guān) 3：熱凝固性 4: 溶解性 5：乳化性 6:凝膠性 凝膠性是蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)，及蛋白質(zhì)與水之間相 互作用結(jié)果。蛋白質(zhì)與水作用力越強，與水結(jié)合越牢 固；蛋白質(zhì)分子間作用力強，才能形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)； 但作用力過強，整個體系平衡遭到破壞，水被擠出，凝 膠結(jié)構(gòu)被破壞。,小麥谷蛋白的這么多性質(zhì)也是有機大分子的結(jié)構(gòu)決定其功能性，因此了解小麥谷蛋白的結(jié)構(gòu)與組成是研究面粉品質(zhì)的基礎(chǔ),二：麥谷蛋白的結(jié)構(gòu),麥谷蛋白分子一級、二級結(jié)構(gòu)的特征以及這些特征對面筋功能具有重要的影響，在此基礎(chǔ)上對麥谷蛋白亞基內(nèi)或亞基間二硫鍵形成模式進行一下介紹,2.1,一：高分子量麥谷蛋白亞基HMW-GS雖只占小麥谷蛋白10，但賦予小麥面筋彈性。對小麥麥谷蛋白的功能性質(zhì)有著重大的影響.,HMW-GS,HMWGS有位于第一組同源染色體長臂上基因編碼，每個基因位點有一個高相對分子質(zhì)量X型亞基(8388 kD)和一個低相對分 子質(zhì)量Y型亞基(6774 kD)，HMWGS中X型亞基比Y型亞基對面筋蛋白結(jié)構(gòu)和面團特性具有更重要作用“ 。,低分子量麥谷蛋白亞基LMWGS占谷蛋白90，部分溶解于70 乙醇，與一些高相對分子質(zhì)量醇溶蛋白相類似。一些LMWGS為水溶性蛋白，但仍通過二硫鍵部分與C-型、p一型和丫一型醇溶蛋白相連，部分與HMWGS相連。所以LMWGS與醇溶蛋白往往在電泳譜上重疊，常規(guī)電泳方法難以將它們分離.,其中分子量為70 kD LMWGS對谷蛋白多聚體結(jié)構(gòu)起著重要作用，其N一末端氨基酸序列類似于一醇溶蛋白。LMWGS屬于富硫醇溶蛋白，表現(xiàn)為粘性，與小麥加工品質(zhì)也是密切相關(guān)的。,HMWGS和LMWGS通過鏈間S-S鍵增大聚合體，以提高面團強度和穩(wěn)定性。HMW-GS和LMWGS之間唯一交聯(lián)，是通過HMWGS的中間疏水區(qū)域上1個半胱氨酸殘基與LMW-GS中c末端區(qū)域上1個半胱氨酸殘基交聯(lián)形成S-S鍵 。大分子麥谷蛋白聚集體所占比例大。根據(jù)高分子物理化學(xué)理論，大分子物質(zhì)含量多，流變學(xué)強，對于面粉則表現(xiàn)為筋力強，烘烤品質(zhì)優(yōu)，-S-S-在維 持大分子麥谷蛋白聚集體中起決定性作用,HMW-GS的一級結(jié)構(gòu),由1720個多肽亞基構(gòu)成，一般含有630830個氨基酸，分子量約為675880 kD。其肽鏈可分為三段由N端和C端較短非重復(fù)區(qū)域夾著較長有重復(fù)序列中間疏水區(qū)域 。其中N端由804104個氨基酸成，含345個半胱氨酸；C端有42個氨基酸組成，含1個半胱氨酸；中部疏水區(qū)由高度重復(fù)480680個氨基酸殘基組成，含01個半胱氨酸。非重復(fù)區(qū)域含有大量甚至全部半胱氨酸殘基，表現(xiàn)較強親水性，有利于二硫鍵及首尾相連線狀肽鏈分子形成，多個亞基通過二硫鍵形成纖維狀谷蛋白分子。重復(fù)區(qū)域只有少數(shù)幾個或根本沒有半胱氨酸殘基，而是以重復(fù)六肽(PGQGQQ)和九肽(GYYPTSPLQQ)以串聯(lián)和分散形式所組成；另外，少數(shù)HMW-GS是以三肽(GQQ)為主要重復(fù)序列。中間區(qū)域重復(fù)序列通過D一轉(zhuǎn)角形成松弛B一螺旋結(jié)構(gòu)，賦予面團彈性 。這是一種特殊超二級結(jié)構(gòu)， HMW-GS肽鏈上6一轉(zhuǎn)角呈重復(fù)規(guī)則分布，在D一轉(zhuǎn)角區(qū)域中疏水和形成氫鍵能力強的氨基酸較多 。在相鄰HMW-GS間及與其它蛋白間形成氫鍵在穩(wěn)定面筋蛋白結(jié)構(gòu)方面起著重要作用 。,HMWGS結(jié)構(gòu)對面粉品質(zhì)的影響,HMWGS占小麥籽?？偟鞍椎谋壤⒉淮?610)，但對面筋特性起著重要作用。8一轉(zhuǎn)角使HMWGS具有獨特的彈性屬性。這似乎解釋了具較長重復(fù)區(qū)的亞基比具較短重復(fù)區(qū)的亞基具有更好的彈力和筋力n 。解釋小麥面筋彈性作用機制環(huán)一鏈模型 。HMWGS的谷氨酸含量很高，具有形成分子內(nèi)和分子間氫鍵的能力。其特征可能通過分子內(nèi)氫鍵的形成而影響亞基的彈性。面團中一些氫鍵在加工過程中斷開，這樣就形成了未成鍵的可移動環(huán)(1o叩s)和成鍵的鏈(trains)。當(dāng)外力移去時，環(huán)可以伸展并再形成，這就是具有彈力的原因，與橡膠彈性的原理相同。,HMWGS與小麥烘烤品質(zhì)的關(guān)系,麥子粒的蛋白質(zhì)含量、子粒硬度、沉降值、濕面筋、面團形成時間、面團穩(wěn)定時間、面包烘烤體積和面包評分等均是反映其烘烤品質(zhì)的性狀指標(biāo)。就蛋白質(zhì)中的HMWGS來說，HMwGS中所含賴氨酸殘基的二硫鍵賦予面團彈性，是影響面粉加工品質(zhì)和烘烤品質(zhì)的重要因素【瑚。因此HMWGS亞基的數(shù)目和含量均影響小麥品質(zhì)的好壞。HMWGS亞基的數(shù)目越多，相對含量越高，其品質(zhì)相對來說就越好。另外，不同位點上的等位基因變異對面團和烘烤品質(zhì)效應(yīng)顯著不同. 研究表明 ，表達(dá)HMWGS等位基因尤其是1D染色體編碼的亞基等位基因的變異與烘烤品質(zhì)的優(yōu)劣有關(guān)，且在不同的研究中表現(xiàn)比較一致。 在同一位點不同亞基對烘烤品質(zhì)的效應(yīng)也不同.,LMWGS結(jié)構(gòu)特征,LMWGs在麥谷蛋白中占很大比例(約75)，占小麥籽?？偟鞍椎?3。LMWGS被定位于染色體lA、1B、1D短臂上，由緊密聯(lián)鎖的基因簇控制，分別用GluA3、GluB3和Glu D3表示，統(tǒng)稱為Glu一3位點，各位點存在大量的變異，某些特定的亞基類型及含量對烘烤品質(zhì)有一定的作用。研究表明，LMWGS位點對面團黏彈性的作用以加性效應(yīng)為主，位點間互作效應(yīng)也達(dá)顯著水平。HMWGS和LMWGS位點的互作效應(yīng)也影響小麥加工品質(zhì)。,LMWGS一級結(jié)構(gòu),LMWGS一級結(jié)構(gòu)的一般模型是由基因推測得到的氨基酸序列得來的：最N端是21個氨基酸的典型信號肽，后跟隨一條約l3個氨基酸的短序列(alea I)。大多數(shù)LMW GS基因都表達(dá)area I。之后是一個重復(fù)區(qū)(area)，由不定數(shù)量(70186)的氨基酸組成。LMWGS的重復(fù)區(qū)很短，僅占到了蛋白序列的3050tool。接下來是保守的C一端區(qū)。C一端區(qū)內(nèi)又定義了三個區(qū)域：area 、area1V和areaV。,LMWGS二硫鍵和二級結(jié)構(gòu),分子內(nèi)及分子間二硫鍵是LMWGS二級結(jié)構(gòu)的一個重要特征。 N一端一般有一個Cys，位于area工或arPAtII。它不可能與C一端區(qū)內(nèi)的半胱氨酸殘基形成分子間二硫鍵，這是由重復(fù)序列空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成的。,C一端區(qū)內(nèi)的七個半胱氨酸殘基一般形成三對分子內(nèi)二硫鍵，剩余一個位于area 的自由半胱氨酸殘基參與形成分子間二硫鍵，起到與HMWGS形成麥谷蛋白聚合體或形成LMWGS聚合體的作用 。但是由于變異，一1_34WGS會出現(xiàn)半胱氨酸的添加或缺失。因此，自由半胱氨酸殘基數(shù)區(qū)分了形成聚合物的兩種不同LMWGS亞基：鏈延伸子具有兩個或兩個以上自由半胱氨酸用于形成分子間二硫鍵；鏈終止子僅有一個自由半胱氨酸用于形成分子問二硫鍵。鏈延伸子可以形成強度更大的面團_】 。所有完整的hMWin型91或I31Ws型序列具有8個半胱氨酸，因此被認(rèn)為是鏈的延伸亞基。,而a一型和7一型一GS大多具有奇數(shù)個半胱氨酸。DOvidio R等 發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)小麥中的y一型LMWGS在重復(fù)區(qū)的起始位置(position 26)處多出一個半胱氨酸，在這一類型的7一型LMWGS中共檢測到9個半胱氨酸。此外就D型亞基而言，Masci S等 的研究認(rèn)為D亞基中只有一個Cys對亞基的結(jié)構(gòu)起到作用，這一個cys使得D亞基充當(dāng)鏈的終止子。除了D亞基外，1blWGS的二級結(jié)構(gòu)與富硫醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)具有整體的相似性。Thomson N H_2用掃描穿隧顯微鏡觀察到 WGS的N端重復(fù)區(qū)富含p一轉(zhuǎn)角，這些p一轉(zhuǎn)角在一起很可能形成了一種螺旋狀的空間結(jié)構(gòu)。此外非重復(fù)區(qū)富含a一螺旋，LMWGS中脯氨酸、絲氨酸的含量僅次于谷酰胺，它們的存在使谷蛋白a一螺旋時被分隔，形成大小不同的a一螺旋，最終使其空間結(jié)構(gòu)更加致密。,三：麥谷蛋白的結(jié)構(gòu)預(yù)測,隨著蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)的進展， 計算機分子結(jié)構(gòu)預(yù)測與建模已成為研究麥谷蛋白三維結(jié)構(gòu)的重要手段。因此麥谷蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測大多采用折疊識別和從無到有的方法預(yù)測。,麥谷蛋白的應(yīng)用,利用HMWGS進行小麥品質(zhì)育種改良探索 以HMWGS研究作為改良小麥品質(zhì)的手段被越來越多的育種家應(yīng)用。 1Dx5+lDyl0基因與優(yōu)良的烘烤品質(zhì)有關(guān) OvidioIgJ根據(jù)1Dx5控制基因的序列，設(shè)計1對1Dx5基因的特異引物，用PCR對一些普通小麥進行擴增,Roder等報道了普通小麥D組染色體上的23對微衛(wèi)星引物，這些特異的引物擴增出的特異片段，可用于優(yōu)質(zhì)面包小麥育種的分子標(biāo)記輔助選擇。 宋希云 利用小麥胚乳貯藏蛋白HMWGS 1Dyl0單克隆抗體，建立了間接的ELISA測定法。,梁榮奇等利用亞基5和10的特異PCR標(biāo)記，對19個已知HMWGS組成的品種進行了擴增，結(jié)果表明，具有5亞基的品種能擴增出450bp的特異帶：具有10亞基的品種能擴增出576bp的特異帶；具有l(wèi)2亞基的品種能擴增出612bp的特異帶。,面筋的彈性和強度差，這與我國品種缺少某種特定的HMWGS有關(guān)。目前我國育種工作者已意識到這點，正在通過基因工程的方法開展這方面的研究。同時我國HMWGS具有廣泛多態(tài)性為品質(zhì)育種中優(yōu)質(zhì)亞基的聚合奠定了基礎(chǔ)提供了豐富的遺傳變異，有利于小麥面筋強度的遺傳改 良。在育種的早代選擇中，根據(jù)HMWGS與品質(zhì)性 狀相關(guān)性大小，選擇有關(guān)優(yōu)質(zhì)亞基(如lAx 2、1Dx 5+lDy 10等)作為優(yōu)良烘烤品質(zhì)的標(biāo)志和育種目標(biāo) 是可行的 。,GMP在