Белки растений: Белок из растений — Vegan lifestyle — LiveJournal

Содержание

Белок из растений — Vegan lifestyle — LiveJournal

Исследователи, изучающие питание, более тридцати лет назад заявили, что растительная пища может обеспечить нас достаточным количеством белка (1). Тем не менее, “откуда вы берёте белок?” это тот вопрос, который большинство веганов слышало гораздо чаще, чем они рассчитывали. Многие вопросы о белке в растительных диетах возникают из неразберихи вокруг “полноценных” белков.

Полноценные и неполноценные белки

Белки состоят из цепочек двадцати различных аминокислот. Некоторые аминокислоты могут быть созданы организмом (как правило, из других аминокислот), и поэтому нам не нужен их пищевой источник. Другие, незаменимые аминокислоты, должны поставляться с диетой.

Белки в организме человека, как правило, имеют постоянное соотношение незаменимых аминокислот. Так как процент незаменимых аминокислот в продуктах животного происхождения и соевых бобах примерно соответствует ему в человеческом теле, белки этих продуктов считаются “полноценными”. Растительная пища, такая как злаки, бобовые и орехи содержат низкий процент, по крайней мере, одной незаменимой аминокислоты, что делает их “неполноценными”. Например, бобовые (кроме соевых бобов) имеют низкое содержание незаменимой аминокислоты метионина, а злаки, низкое содержание лизина. Но, когда злаки и бобовые употребляются вместе, их аминокислотные профили дополняют друг друга и производят смесь, которая является “полноценной”, и потому, хорошо подходящей для потребностей организма.

В начале 1970-х, идея о том, что вегетарианское питание должно содержать эти конкретные взаимодополняющие пары популяризировала Франс Мур Лаппе в своей книге «Диета для маленькой планеты» (2). Как мы сегодня знаем, теория о том, что происходит, когда белковые продукты сочетаются таким образом, не была неправильной; она просто оказалась ненужной. Новейшие исследования показали, что организм хранит запасы незаменимых аминокислот (3). Нам необходимо пополнять запасы этого хранилища всеми аминокислотами, поэтому так важно есть разнообразную растительную пищу. Но старая идея о том, что некоторые комбинации растительных продуктов — взаимодополняющие пары, должны потребляться вместе, неправдива.

Хотя фрукты содержат очень мало белка и масел, все другие растительные продукты содержат белок. Существует расхожее заблуждение, что в растительных продуктах полностью отсутствует одна или несколько аминокислот. Это неправда. Все растительные источники белка содержат хотя бы немного каждой незаменимой аминокислоты. На самом деле, Вы могли бы получить достаточное количество белка и все незаменимые аминокислоты, употребляя в пищу только один тип пищи, к примеру, фасоль пинто. Вам следовало бы съедать её довольно много — около четырёх чашек в день. Это непрактично, отчасти потому, что скучно, но и потому, что вся эта фасоль, вероятно, вытесняла бы продукты, необходимые для удовлетворения других пищевых потребностей. Так что употребление различных источников белка приносит больше пользы в диетическом смысле.


Рекомендуемая норма потребления белка для веганов


Потребности в белке рассчитываются на основе здорового (или “идеального”) веса тела, то есть веса человека со здоровым количеством жира в организме. Ученые используют метрическую систему, поэтому американские потребности в белке определяются с помощью здорового веса в килограммах.

РСН белка для взрослых составляет 0,8 грамм белка на килограмм идеальной массы тела, но наряду с большинством другими веганами-диетологами, мы рекомендуем веганам употреблять немного больше белка. Это потому, что растительные белки не усваиваются так же хорошо как животные белки (4). Так как обработка и приготовление пищи зачастую улучшает усвояемость белка, это может быть не так актуально для веганов, употребляющих много таких продуктов как тофу или вегетарианское мясо из обработанного соевого белка. Для тех, кто полагается на цельные продукты, такие как бобовые, орехи и злаки, в качестве основного источника белка, фактор усвояемости играет роль.

Это небольшая разница, но веганам следует стремиться употреблять от 0,9 грамм белка на килограмм массы тела. Для удобства расчета, это означает примерно 0,4 грамма белка на фунт здорового веса тела. Так веганам, здоровый вес которых составляет 150 фунтов необходимо 60 граммов белка (150 х 0,4) в день.

Так как потребности в белке значительно различаются между людьми, а РСН предназначена для покрытия потребностей 97 процентов населения, она несколько больше потребностей многих людей. Поскольку нет какого-либо способа узнать попадаете ли Вы в диапазон необходимого Вам количества белка, и потому что последние исследования показывают, что рекомендованные нормы потребления белка могут быть слишком низкими (5), хорошо бы не рисковать и стремиться к РСН.

Для детей и подростков, мы хотели бы использовать РСН, направленные на потребности различных возрастных групп и рассчитанные специально для веганов.

Рекомендации по употреблению белка для молодых веганов

Возраст (годы)

Девочки (грамм/день)

Мальчики (грамм/день)

1–2

18–19

18–19

2–3

18–21

18–21

4–6

26–28

26–28

7–10

31–34

31–34

11–14

51–55

50–54

15–18

50–55

66–73


Удовлетворение потребностей в белке на веганской диете: Значение бобовых

Хотя график на стр. 19 показывает, что многие растительные продукты являются хорошим источником белка, бобовые особенно богаты белком. Бобовые включают фасоль, горох, чечевицу, соевые продукты (например, тофу, соевое молоко и вегетарианское мясо) и арахис. (Большинство людей думает, что арахис это орех, но это бобовое растение, а с точки зрения питания, он имеет больше общего с фасолью пинто и чечевицей, чем с грецкими орехами и орехами пекан.) Наше руководство по питанию рекомендует употреблять как минимум три-четыре порции этих продуктов в день. Порция довольно скромная: ½ стакана вареной фасоли, ½ чашки тофу или темпе, одна унция вегетарианского бургера, одна чашка соевого молока или две столовые ложки арахисовой пасты. Спланировать меню, включающее эти продукты несложно, и мы дадим вам несколько советов для этого в главе 7.

В дополнение к тому, что они богаты белком, эти продукты единственные хорошие растительные источники — за немногими исключениями — незаменимой аминокислоты лизин. Диета, которая получает большую часть белка из злаков, орехов и овощей, вероятно, будет содержать слишком мало лизина. И хотя некоторые популярные ресурсы предполагают, что очень низкое потребление белка — всего 5-6 процентов от общего количества калорий, может удовлетворить наши пищевые потребности, в действительности трудно получить достаточное количество лизина на диете с низкой полнотой белка.

Вы можете получить примерное представление о необходимом Вам количестве лизина, умножив свой ​​вес (в фунтах) на 19. Этот расчёт учитывает немного более низкую усвояемость белка из цельной растительной пищи. Например, человеку весом 140 фунтов необходимо 2660 мг лизина в день.Таблица на стр. 21 показывает, что лучшими источниками лизина являются бобовые, киноа, фисташки, и кешью.

Если Вы будете следовать нашим рекомендациям и употреблять как минимум три-четыре порции бобовых в день, Вы удовлетворите свои потребности в лизине. Это не означает, что бобы, арахис и соевые продукты абсолютно необходимы в веганской диете. Хотя без них трудно удовлетворить потребности в белке и лизине, это возможно, и мы дадим представление об этом в главе 7, когда рассмотрим принципы планирования рациона для веганов.

[Содержание лизина в некоторых растительных продуктах]

Содержание лизина в некоторых растительных продуктах

Продукт

Количество лизина (в миллиграммах)

Белковые порошки

Белковый порошок Naturade, без сои, ⅓ чашки

1,455

Белковый порошок Naturade, соевый, ⅓ чашки

1,552

Соевые продукты

Зелёные соевые бобы, ½ чашки

577.5

Соевое молоко, 1 чашка

439

Тофу, твёрдый, ½ чашки

582

Бобовые

Чёрная фасоль, ½ чашки

523

Турецкий горох (нут), ½ чашки

486.5

Фасоль кинди, ½ чашки

526.5

Чечевица, ½ чашки

623.5

Арахисовая паста, 2 столовые ложки

290

Арахис, ¼ чашки

310

Пережаренная фасоль кинди, ½ чашки

475

Орехи и семечки

Миндаль, ¼ чашки

205

Кешью, ¼ чашки

280

Пекан, ¼ чашки

78

Фисташки, ¼ чашки

367

Грецкий орех, ¼ чашки

124

Злаки

Хлеб, белый, 1 кусок

56

Хлеб, цельнозерновой, 1 кусок

85

Овсяные хлопья, ½ чашки, приготовленные

158

Картофель (белый), средний, ½ часть

131.5

Киноа, ½ чашки

221

Рис, коричневый, ½ чашки

86

Рис, белый, ½ чашки

80

Спагетти, белые, ½ чашки

63.5

Спагетти, цельнозерновые, ½ чашки

82.5

Пшеничная тортилья, 1 средняя

98

Овощи

Брокколи, ½ чашки

117

Кукуруза, ½ чашки

116

Римский салат, сырой, нарезанный, 1 чашка

58

Шпинат, приготовленный, ½ чашки

164

Фрукты

Банан, 1 средний

59

Апельсин, 1 средний

62

Клубника, целая, 1 чашка

37


Растительный белок и блюда, которые им богаты


Довольно просто составить блюдо, содержащие значительное количество белка. Каждое из этих блюд содержит, по меньшей мере, 20 граммов белка.

Лёгкий овсянный завтрак

  • 1 стакан овсянных хлопьев с ½ стакана соевого молока
  • 1 ломтик цельнозернового хлеба с 2 столовыми ложками миндальной пасты

Всего белка: 20.5 грамм

Индонезийский темпе с арахисовым соусом

  • ¼ чашки кунжутного соуса тахини
  • 1½ чашки свареной на пару брокколи

Всего белка: 35 грамм

Фасолевый тако-ужин

  • 2 ракушки тако
  • ½ чашки пережаренной фасоли
  • ¼ стакана вегетарианского фарша, приготовленного в томатном соусе
  • Рубленные томаты и салат-латук
  • 1 чашка сваренного на пару шпината

Всего белка: 20 грамм

Паста с овощным соусом

  • 1 стакан пасты
  • 2 столовые ложки кедровых орехов
  • 1 чашка нарезанной брокколи
  • ½ стакана обжаренных платинок кайенского перца

Всего белка: 23 грамма

Ланч «на ходу»

  • Быстрорастворимый чечевичный суп с 2-мя столовыми ложками тыквенных семечек
  • 1 ломтик цельнозернового хлеба с пюре из авокадо

Всего белка: 21 грамм

Недостаточное потребление

Выраженный дефицит белка большая редкость среди американцев и встречается в других частях света, там, где у людей нет достаточного количества пищи. Многие сторонники веганства отмечают, что люди не попадают в больницы из-за недостатка белка. Это правда, что в странах, где пища имеется в изобилии, острого дефицита белка не возникает. Но диеты, имеющие критическое содержание белка — не совсем отсутствующие, но и не вполне оптимальное — могут привести к потере мышечной массы, слабому здоровью костей, и нарушению иммунитета. А эти виды расстройств встречаются в Соединенных Штатах.

Нам хотелось бы сказать, что веганам не нужно беспокоиться о белке, но это несовсем верно. Есть некоторые ситуации, когда веганы могут не удовлетворить свои потребности в белке.

Веганская диета с низким содержанием продуктов, богатых белком, таких как бобовых, вероятно, будет иметь низкое содержание белка. А поскольку низкокалорийные диеты увеличивают потребности в белке, люди, которые соблюдают диету или просто не едят достаточно пищи по другим причинам (например, хронические заболевания), возможно, потребуется увеличить потребление богатых белком продуктов, например, бобовых или соевых продуктов.

Очевидно, веганская джанк-фуд диета, основанная на картофельных чипсах, картофеле фри и прохладительных напитках, может иметь слишком низкое содержание белка (и слишком низкое содержание почти всего остального, необходимого вам для того, чтобы быть здоровым).

Экстремальные версии веганских диет, такие как сыроедение или фрукторианство, зачастую содержат мало (или вообще не содержат) богатых белком растительных продуктов, вроде бобовых и соевых продуктов, что может привести к критическому потреблению белка. Это одна из причин, почему эти типы диет не рекомендуются для детей.

Получают ли веганы достаточно триптофана?

Одно из распространенных мнений, часто высказываемых критиками веганской диеты, полагает, что растительная пища не содержит достаточного количества триптофана. Это незаменимая аминокислота необходима для производства нейромедиатора серотонина, а низкий уровень серотонина связан с депрессией. Мясо содержит больше триптофана, чем растения, но правильно сбалансированная веганская диета едва ли ни гарантированно предоставит более чем достаточно этой аминокислоты. Совет по продовольствию и питанию института медицины рекомендует употреблять 5 мг триптофана на каждый килограмм нормального веса тела. Учитывая особенность усвоения растительного белка, РСН для веганов составляет 5,5 мг на килограмм массы тела, или 2,5 мг триптофана за фунт.

Например, вегану, который весит 130 фунтов следует употреблять 325 мг триптофана, что легко может быть получено на веганской диете. Рацион, состоящий из одной чашки черной фасоли, ½ стакана тофу и одной чашки коричневого риса даст почти 400 миллиграмм триптофана.

Известно, что употребление продуктов, имеющих очень высокое содержание белка, например, мяса, не обязательно увеличивает количество триптофана в мозге. Это потому, что высокие уровни других аминокислот в этих продуктах блокируют поглощение триптофана из крови в мозг. Употребление в пищу таких продуктов, как бобовые, содержащих как белки и так и углеводы может даже увеличить прохождение триптофана в мозг (6).

Содержание триптофана в некоторых растительных продуктах

Продукт

Триптофан (в миллиграммах)

Тофу, ½ чашки

155

Овсяные хлопья, ½ чашки

118

Соевое молоко, 1 стакан

105

Чёрная фасоль, отварная, ½ чашки

90

Арахисовая паста, 2 столовые ложки

78

Нут, отварной, ½ чашки

70

Киноа, отварная, ½ чашки

29

Брокколи, отварная, ½ чашки

24


Советы для удовлетворения потребностей веганов в белке

  • Потребляйте адекватное число калорий для поддержания здоровой веса. Если потребление калорий является низким, поскольку Вы сидите на диете или по любой другой причине, Вам, возможно, потребуется добавить несколько дополнительных богатых белком продуктов питания в ваше меню.
  • Ешьте разнообразную растительную пищу каждый день.
  • Следуйте инструкциям в руководстве о питании из главы 7 и стремитесь иметь как минимум три-четыре порции бобовых в вашем ежедневном меню. Порция, это ½ стакана вареной фасоли, ½ чашки тофу или темпе, ¼ чашки арахиса, одна чашка соевого молока или 2 столовые ложки арахисовой пасты.
  • Если фасоль доставляет Вам дискомфорт из-за газообразования, ешьте больше чечевицы и гороха (они менее способствуют газообразованию) и включите в свой рацион вегетарианское мясо, тофу, темпе.
  • Если в Ваш рацион входит растительное молоко, старайтесь хотя бы иногда пить соевое. Молоко из миндаля, конопли, и риса имеет низкое содержание белка.
[ Список литературы]


Список литературы

  1. V. R. Young and P. L. Pellett, “Plant Proteins in Relation to Human Protein and Amino Acid Nutrition,” American Journal of Clinical Nutrition 59, suppl. no. 5 (1994): S1203–S1212.
  2. F. M. Lappé, Diet for a Small Planet (New York: Ballantine, 1971), 72–94.
  3. M. F. Fuller and P. J. Reeds, “Nitrogen Cycling in the Gut,” Annual Review of Nutrition 18 (1998): 385–411.
  4. G. Sarwar, “Digestibility of Protein and Bioavailability of Amino Acids in Foods: Effects on Protein Quality Assessment,” World Review of Nutrition and Dietetics 54 (1987): 26–70.
  5. R. Elango, M. A. Humayun, R. O. Ball, and P. B. Pencharz, “Evidence that Protein Requirements Have Been Significantly Underestimated,” Current Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic Care 13, no. 1 (2010): 52–57.
  6. C. Hudson, S. Hudson, and J. MacKenzie, “Protein-Source Tryptophan as an Efficacious Treatment for Social Anxiety Disorder: A Pilot Study,” Canadian Journal of Physiology and Pharmacology 85, no. 9 (2007): 928–32.

_________
Источник: CHAPTER 2 — PROTEIN FROM PLANTS, Vegan for Life: Everything You Need to Know to Be Healthy and Fit on a Plant-Based Diet (2011), Jack Norris, RD & Virginia Messina, MPH, RD.


(PDF) Наработка рекомбинантных белков в клетках растений

42

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ том 63 № 1 2016

ГЕРАСИМОВА и др.

usage of DNA sequences // Nucleic Acids Res. 2007.

V. 35. P. 126–131.

34.

Lagu

í

a?Becher M., Martin V., Kraemer M.,

Corigliano M., Yacono M.L., Goldman A., Clemente M.

Effect of codon optimization and subcellular targeting

on

Toxoplasma gondii

antigen SAG1 expression in to

bacco leaves to use in subcutaneous and oral immuni

zation in mice // BMC Biotechnol. 2010. V. 10: 52.

35.

Jha S., Agarwal S., Sanyal I., Jain G.K., Amla D.V.

Differential subcellular targeting of recombinant hu

man

α

1

proteinase inhibitor influences yield, biologi

cal activity and in planta stability of the protein in trans

genic tomato plants // Plant Sci. 2012. V. 196. P. 53–66.

36.

Dobhal S., Chaudhary V.K., Singh A., Pandey D.,

Kumar A., Agrawal S.

Expression of recombinant anti

body (single chain antibody fragment) in transgenic

plant

Nicotiana tabacum

cv. Xanthi // Mol. Biol. Rep.

2013. V. 40. P. 7027–7037.

37.

Gils M., Kandzia R., Marillonnet S., Klimyuk V., Gleba Y.

Highyield production of authentic human growth hor

mone using a plant virusbased expression system //

Plant Biotechnol. J. 2005. V. 3. P. 613–620.

38.

Meyer T., Depicker A.

Trafficking of endoplasmic retic

ulumretained recombinant proteins is unpredictable

in

Arabidopsis thaliana

// Front. Plant Sci. 2014. V. 5:

473. doi 10.3389/fpls.2014.00473

39.

Thomas D.R., Walmsley A.M.

The effect of the unfolded

protein response on the production of recombinant

proteins in plants // Plant Cell Rep. 2015. V. 34. P. 179–

187.

40.

Conley A.J., Joensuu J.J., Richman A., Menassa R.

Pro

tein bodyinducing fusions for highlevel production

and purification of recombinant proteins in plants //

Plant Biotechnol. J. 2011. V. 9. P. 419–433.

41.

Gomord V., Fitchette A.C., Menu?Bouaouiche L., Saint?

Jore?Dupas C., Plasson C., Michaud D., Faye L.

Plant

specific glycosylation patterns in the context of thera

peutic protein production // Plant Biotechnol. J. 2010.

V. 8. P. 564–587.

42.

Arcalis E., Ibl V., Peters J., Melnik S., Stoger E.

The dy

namic behavior of storage organelles in developing ce

real seeds and its impact on the production of recombi

nant proteins // Front Plant Sci. 2014. V. 5: 439.

doi 10.3389/fpls.2014.00439

43.

De Wilde K., de Buck S., Vanneste K., Depicker A.

Recombinant antibody production in Arabidopsis seeds

triggers an unfolded protein response // Plant Physiol.

2013. V. 161. P. 1021–1033.

44.

Thomas D.R., Walmsley A.M.

Improved expression of

recombinant plantmade hEGF // Plant Cell Rep.

2014. V. 33. P. 1801–1814. doi 10.1007/s00299014

16588

45.

Lienard D., Dinh O.T., van Oort E., van Overtvelt L.,

Bonneau C., Wambre E., Bardor M., Cosette P., Didier?

Laurent A., de Borne F.D., Delon R., van Ree R.,

Moingeon P., Faye L., Gomord V.

Suspensioncultured

BY2 tobacco cells produce and mature immunological

ly active house dust mite allergens // Plant Biotechnol. J.

2007. V. 5. P. 93–108.

46.

Pereira C., Pereira S., Pissarra J.

Delivering of proteins

to the plant vacuole – an update // Int. J. Mol. Sci.

2014. V. 15. P. 7611–7623. doi 10.3390/ijms15057611

47.

Robinson D.G., Oliviusson P., Hinz G.

Protein sorting to

the storage vacuoles of plants: a critical appraisal //

Traffic. 2005. V. 6. P. 615–625.

48.

Nausch H., Mischofsky H., Koslowski R., Meyer U.,

Broer I., Huckauf J.

Expression and subcellular target

ing of human complement factor C5a in

Nicotiana

species // PLoS One. 2012. V. 7: e53023. doi

10.1371/journal.pone.0053023

49.

Hyunjong B., Lee D.S., Hwang I.

Dual targeting of xyla

nase to chloroplasts and peroxisomes as a means to in

crease protein accumulation in plant cells // J. Exp.

Bot. 2006. V. 57. P. 161–169.

50.

Michoux F., Ahmad N., Hennig A., Nixon P.J.,

Warze cha H.

Production of leafy biomass using tempo

rary immersion bioreactors: an alternative platform to

express proteins in transplastomic plants with drastic

phenotypes // Planta. 2013. V. 237. P. 903–908.

51.

Doran P.M.

Foreign protein degradation and instability

in plants and plant tissue cultures // Trends Biotechnol.

2006. V. 24. P. 426–432.

52.

Desai P.N., Shrivastava N., Padh H.

Production of

heterologous proteins in plants: strategies for optimal

expression // Biotechnol. Adv. 2010. V. 28. P. 427–435.

53.

Pillay P., Schl

ü

ter U., van Wyk S., Kunert K.J.,

Vorster B.J.

Proteolysis of recombinant proteins in

bioengineered plant cells // Bioengineered. 2013. V. 5.

P. 15–20. doi 10.4161/bioe.25158

54.

Sainsbury F., Varennes?Jutras P., Goulet M.C.,

D’Aoust M.A., Michaud D.

Tomato cystatin SlCYS8 as a

stabilizing fusion partner for human serpin expression

in plants // Plant Biotechnol. J. 2013. V. 11. P. 1058–

1068.

55.

Мосолов В.В., Валуева Т.А.

Ингибиторы протеиназ

в биотехнологии растений (обзор) // Прикл. био

химия и микробиология. 2008. Т. 44. С. 261–269.

56.

Komarnytsky S., Borisjuk N., Yakoby N., Garvey A.,

Raskin I.

Cosecretion of protease inhibitor stabilizes

antibodies produced by plant roots // Plant Physiol.

2006. V. 141. P. 1185–1193.

57.

Robert S., Khalf M., Goulet M.C., D’Aoust M.A.,

Sainsbury F., Michaud D.

Protection of recombinant

mammalian antibodies from developmentdependent

proteolysis in leaves of

Nicotiana benthamiana

//

PLoS One. 2013. V. 8: e70203. doi 10.1371/

journal.pone.0070203

58.

Kim N.S., Jang S.H., Yu H.Y., Chung N., Kwon T.,

Yang M., Kim T.

Amylase and cysteine proteinase gene

knockdown in rice cells using RNA interference for

enhancing production of recombinant proteins //

Plant Cell Tissue Organ Cult. 2013. V. 114. P. 97–107.

59.

Webster D.E., Thomas M.C.

Posttranslational modifi

cation of plantmade foreign proteins; glycosylation

and beyond // Biotechnol. Adv. 2012. V. 30. P. 410–

418.

60.

Bosch D., Castilho A., Loos A., Schots A.,

Steinkellner H.N.

Nglycosylation of plantproduced

recombinant proteins // Curr. Pharm. Des. 2013.

V. 19. P. 5503–5512.

61.

Kim H., Jeon J., Lee K.J., Ko K.

Nglycosylation mod

ification of plantderived viruslike particles: an appli

cation in vaccines // BioMed Res. Int. 2014. V. 2014:

249519. doi 10.1155/2014/249519

62.

Bosch D., Schots A.

Plant glycans: friend or foe in vac

cine development? // Expert Rev. Vaccines. 2010. V. 9.

P. 835–842.

63.

Loos A., Steinkellner H.

Plant glycobiotechnology on

the way to synthetic biology // Front. Plant Sci. 2014.

V. 5: 523. doi 10.3389/fpls.2014.00523

Белки, участвующие в транспорте РНК по сосудистой системе растений — НИР

1 5 мая 2017 г.-31 декабря 2017 г. Белки, участвующие в транспорте РНК по сосудистой системе растений
Результаты этапа: Исследована способность модельных РНК, синтезируемых в листьях растений N. benthamiana, агроинифльтрированных бинарными векторами, несущими клонированные последовательности этих РНК, транспортироваться по флоэме в верхние листья. Показано, что модельные РНК могут быть детектированы в верхних листьях растений, но их количество там находится на пороговом уровне детекции. На основе клонированной копии генома Х-вируса картофеля разработана экспериментальная система, которая может быть использована для проверки способности фрагментов различных клеточных и вирусных РНК направлять флоэмный транспорт. Показано, что фрагмент мРНК FT (flowering locus T) A. thaliana и фрагменты изучаемых модельных РНК могут направлять флоэмный транспорт рекомбинантных РНК. С использованием препаратов ренатурированных рекомбинантных белков, экспрессированных в бактериальных клетках, методом сдвига в геле изучалась способность белков Nt-4/1d90 и NtPBL-C связывать различные РНК. Исследованы сходства и различия в характере связывания этими белками таких РНК-субстратов, как природные тРНК, полученные in vitro транскрипты тРНК, вирусные тРНК-подобные структуры, предшественники миРНК и клеточные РНК, способные к флоэмному транспорту. Изучена субклеточная локализации белков рр16 и ТСТР. С помощью лазерной сканирующей конфокальной микроскопии листьев N. benthamiana, агроинфильтрированных конструкциями для временной экспрессии, показано, что слитные белки pp16-GFP, GFP-pp16 и TCTP-mRFP распределяются диффузно в цитоплазме и нуклеоплазме. Обнаружено, что ко-экспрессия pp16 и TCTP не меняет локализацию этих белков. Показано, что белок ТСТР не меняет свой локализации в клетках, инфицированных Х-вирусом картофеля. Обнаружено, что при ко-экспрессии Nt-4/1d90-GFP, который имеет диффузную локализацию в клетках растений, с NbVAP27-mRFP, который локализуется преимущественно в сети эндоплазматического ретикулума (ЭПР), происходит концентрация Nt-4/1d90-GFP вокруг трубочек ЭПР. Изучена наблюдаемая в условиях механического стресса субклеточная ре-локализация белка Nt-4/1d90-GFP в сферические тельца, ассоциированные с кортикальным эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР) и NbVAP27-специфическими тельцами на трубочках ЭПР. Выявлено, что сферические тельца ассоциированы с реорганизованными в результате стресса микротрубочками (МТ) и содержат маркер МТ mRFP-MAP4. Показано, что ре-локализация Nt-4/1d90-GFP может быть связана с дефосфорилированием белка. На модели РНК вироида веретеновидности клубней картофеля (ВВКК) отработаны условия получения РНК-белковых комплексов и дальнейшего анализа их белкового состава. Подобраны условия, в которых полученный in vitro биотинилированный транскрипт ВВКК при инкубации с флоэмным экссудатом тыквы (Cucurbita maxima) образует РНК-белковые комплексы, которые могут быть очищены на стрептавидин-агарозе для дальнейшей идентификации входящих в их состав белков. Показано, что в этих условиях транскрипт ВВКК взаимодействует с флоэмным белком РР2. Отработаны методики сайленсинга гена PBL в растениях N. benthamiana. Получены конструкции для локального сайленсинга, несущие в составе бинарного вектора под контролем 35S-промотера две копии фрагмента гена NbPBL в виде инвертированного повтора, и системного сайленсинга, несущие фрагмент гена NbPBL в составе вектора на основе вируса погремковости табака. Проведена оценка эффективности локального и системного сайленсинга с использованием полученных конструкций.
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г.
Белки, участвующие в транспорте РНК по сосудистой системе растений
Результаты этапа: Проводились исследования структурных особенностей РНК, определяющих способность к флоэмному транспорту. С помощью ранее разработанной в рамках данного проекта экспериментальной системы для анализа способности фрагментов различных клеточных и вирусных РНК направлять флоэмный транспорт модельной РНК в растениях N. benthamiana показано, что структурированный фрагмент первичного транскрипта миРНК содержат сигнал(ы) флоэмного транспорта. С использованием препарата ренатурированного рекомбинантного белка, экспрессированного в бактериальных клетках, методом сдвига в геле было исследовано связывание белка NtPBL-C с мутантными транскриптами предшественника миРНК. Анализ библиотеки первичных чтений длинных флоэмных РНК, полученных ранее методами секвенирования нового поколения, выявил наличие предшественников миРНК. С помощью анализа сравнительной представленности последовательностей предшественников миРНК и мРНК во флоэмном экссудате получены указания на то, что непроцессированные транскрипты миРНК селективно включается в путь флоэмного транспорта. Была исследована способность структурно несхожих тРНК-подобных структур, локализованных в 3′-некодирующих областях геномных РНК ряда вирусов растений, направлять флоэмный транспорт модельной РНК. Показано, что такая способность присуща вирусным тРНК-подобным структурам трех известных типов. Проводили исследование возможного влияния РНК-цитозин-метилтрансферазы DNMT2 N. tabacum на межклеточный и флоэмный транспорт Х-вируса картофеля (ХВК). С использованием временной экспрессии рекомбинантных белков методом агроинфильтрации обнаружено, что DNMT2, но не его мутантный вариант, лишенный ферментативной активности, стимулирует накопление вирусных РНК в локусах инфекции ХВК и межклеточный транспорт вируса, но не оказывает значимого влияния на флоэмный транспорт вирусной РНК. Клонирована кодирующая последовательность DNMT2 Arabidopsis thaliana, получен штамм E. coli, продуцирующий AtDNMT2, отработаны условия его очистки и ренатурации. Начаты работы по анализу ферментативной активности рекомбинантного AtDNMT2 in vitro с использованием различных РНК-субстратов. В серии предварительных экспериментов подобраны оптимальные условия для идентификации остатков 5-метилцитозина в РНК-транскриптах, обработанных рекомбинантным AtDNMT2, с помощью бисульфитного секвекнирования. Был получен бинарный вектор, несущий под контролем 35S-промотера полноразмерный элемент ретРНК N. benthamiana (NbRZ), включающий два LTR и центральную область. Анализ растений, агроинфильтрированных данной конструкцией, выявил накопление (+) и (-) цепей NbRZ в инфильтрированных листьях, что говорило о репликации NbRZ, а также накопление (+)цепей NbRZ в верхних листьях, что служило указанием на то, что происходил системный (дальний) транспорт NbRZ из инфильтрированных листьев в апикальную часть растения. С использованием биотинилированых транскриптов РНК, способных транспортироваться по флоэме, были выделены комплексы, формируемые этими РНК и белками флоэмного экссудата Cucurbita maxima. Белковые компоненты комплексов разделяли в полиакриламидном геле и идентифицировали с помощью масс-спектрометрии. Были идентифицированы два флоэмных белка C. maxima, для которых ранее не были описаны РНК-связывающие свойства. Данные белки были экспрессированы в бактериальных клетках и выделены с помощью аффинной хроматографии. Анализ способности рекомбинантных белков связывать различные РНК-субстраты, который проводили методом сдвига в геле, выявил сродство одного из этих белков к РНК, способным транспортироваться по флоэме.
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Белки, участвующие в транспорте РНК по сосудистой системе растений
Результаты этапа: Проводилось изучение структурных элементов РНК, несущих сигналы флоэмного транспорта. С использованием препарата ренатурированного рекомбинантного белка, экспрессированного в бактериальных клетках, методом сдвига в геле было продолжено исследование связывание белка NtPBL-C с мутантными транскриптами предшественника миРНК. Вместе с результатами, полученными ранее, полученные данные говорят о том, что район, участвующий во взаимодействии с PBL-С, располагается в дистальной части стебля шпилечной структуры предшественника миРНК. С использованием экспериментальной системы на основе REP-GFP проводился анализ способности направлять флоэмный транспорт гетерологичной РНК для мутантных производных предшественника миРНК. Обнаружено, что мутации, затрагивающие два различных элемента вторичной структуры предшественника миРНК, не оказывают влияния на его способность направлять флоэмный транспорт гетерологичной РНК. Был проведен анализ данных высокопроизводительного секвенирования, целью которого была идентификация присутствующих во флоэме предшественников миРНК. В результате было выявлено 11 предшественников миРНК с высокой относительной представленностью во флоэмном транскриптоме; обнаружено, что этот набор имеет только две общих последовательности с набором предшественников миРНК с высокой представленностью в транскриптоме листа. С целью экспериментальной проверки данных биоинформатичекого анализа была проведена детекция предшественников миРНК в препаратах РНК, полученных из флоэмного экссудата C.maxima. Получены эксперименталтьные данные, подтверждающие вывод о том, что во флоэме C. maxima селективно аккумулируется определенный набор предшественников миРНК. Для того, чтобы определить способны ли предшественники миРНК транспортироваться по флоэме от одних частей растения к другим, проводились эксперименты по межвидовым прививкам. Привой дыни (Cucumis melo) прививался на растения C. maxima, служившие подвоем. При амплификации с использованием специфических праймеров показано, что предшественники миРНК, синтезирующиеся в подвое, детектируются во флоэмном соке привоя. Таким образом, показано, что предшественники миРНК способны транспортироваться по флоэме. Эти данные указывают на возможную роль предшественников миРНК в системном сигналинге в растениях. Проводилось изучение роли метилирования оснований РНК в определении способности к флоэмному транспорту. С помощью бисульфитного секвенирования РНК обнаружено метилирование остатков цитозина с образованием 5-метил-цитозина в контрольной тРНК, но не в предшественнике одной из миРНК. С использованием вирус-индуцируемого сайленсинга генов в растениях N.benthamiana проводилось изучение возможной роли метилтрансфераз, катализирующих метилирование остатков аденозина в молекулах РНК с образованием N6-метиладенозина (6mA). Показано, что сайленсинг гена N.benthamiana, кодирующего ортолог МТА, метилтрансферазы A.thaliana, сурессирует проникровение вируса погремковости табака в апикальную меристему. Таким образом, в этих экспериментах впервые показано, что может существовать связь между метилированием остатков аденозина в РНК с образованием 6mA и способностью вирусной РНК к транспорту в меристему. Проводился анализ флоэмного транспорта ретРНК. Была получена модифицированная конструкция pLH-NbRZ, где центральном районе NbRZ была произведена инсерция дополнительной короткой маркерной последовательности, которую можно использовать в качестве сайта отжига специфического праймера при анализе накопления NbRZ в растениях, и таким образом отличать продукты клонированной копии NbRZ от родственных эндогенных молекул. Показано, что модифицированная таким образом РНК NbRZ способна к репликации и системному транспорту в растениях N.benthamiana. С помощью делеционного мутагенеза выявлено, что циркуляризация и репликация не являются необходимыми для системного транспорта NbRZ. С использование эксперимнетальной системы на основе REP-GFP получены данные, показывающие, что NbRZ содержит сигналы, способные направлять флоэмный транспорт гетерологичной РНК, и эти сигналы локализуются в центральной части последовательности NbRZ. Проводилось изучение свойств флоэмного серпина-1 (PS-1) и его возможной роли во флоэмном транспорте РНК. Для анализа специфичности связывания РНК белком PS-1 были проведены эксперименты по сдвигу в геле с различными РНК-субстратами. Получены данные, указывающие на то, что PS-1 может неспецифически связывать РНК с образованием комплексов, полностью неспособных войти в гель; взаимодействует со структурированными РНК с образованием подвижных в геле комплексов и, весьма вероятно, образует специфический комплекс с тРНК. Показано, что антитромбин-III, наиболее схожий с PS-1 белок человека, в отличие от PS-1, практически не взаимодействует с РНК. С помощью делеционного анализа и сайт-направленного мутагенеза показано, что N-концевой район белка PS-1 не участвует в связывании РНК.

структура, функции и практическое применение – тема научной статьи по биологическим наукам читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

УДК 577.1 12

Белки системы врожденного иммунитета растений, осуществляющие транспорт липидов: структура, функции и практическое применение

Е. И. Финкина, Д. Н. Мельникова, И. В. Богданов, Т. В. Овчинникова*

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН,

117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10

*E-mail: [email protected]

Поступила в редакцию 05.08.2015

Принята к печати 18.12.2015

РЕФЕРАТ Среди множества молекулярных факторов системы врожденного иммунитета растений особый интерес представляют небольшие белки, осуществляющие транспорт липидов и обладающие широким спектром биологической активности. Эти белки называют липид-переносящими или липид-транспорти-рующими (ЛТБ). Можно выделить три основных аспекта, в контексте которых ЛТБ привлекают интерес исследователей. Первый из них — способность растительных ЛТБ связывать и переносить липиды, благодаря чему эти белки получили свое название и были объединены в один класс. Во-вторых, ЛТБ относятся к защитным белкам, являющихся факторами врожденного иммунитета растений. Кроме того, ЛТБ составляют один из наиболее клинически значимых классов растительных аллергенов. Цель настоящего обзора состоит в обобщении имеющихся данных о структуре, свойствах, функциях, механизмах действия и практическом применении ЛТБ для углубления понимания роли этих белков в физиологии растений и их значения в жизни человека.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА аллергены, антимикробная активность, защита растений, липид-транспортирующие белки растений, перекрестная реактивность, связывание и перенос липидов.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ЛТБ — липид-транспортирующие белки; ЖК — жирные кислоты; ФХ — фосфа-тидилхолины; ФИ — фосфатидилинозиты; ФГ — фосфатидилглицерины; PRP (Pathogenesis-Related Proteins) — белки, связанные с патогенезом; AMP (Antimicrobial Peptides) — антимикробные пептиды; PAMP (Pathogen Associated Molecular Patterns) — ассоциированные с патогенами молекулярные структуры; DAMP (Damage Associated Molecular Patterns) — молекулярные структуры, ассоциированные с повреждением; ГФИ-якорь — гликозилфосфатидилинозитный якорь; АФК — активные формы кислорода; SAR (Systemic Acquired Resistance) — системная приобретенная резистентность; HR (Hypersensitive Response) — гиперчувствительный ответ; АСИТ — аллерген-специфическая иммунотерапия.

ВВЕДЕНИЕ

Липиды и их производные принимают участие в самых разнообразных процессах, включая биогенез мембран, дифференцировку клеток, межклеточную и внутриклеточную передачу сигналов, образование водоотталкивающих и термоизоляционных покровов, защищающих растение от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды, а также выполняют запасающую и энергетическую функции. В клетках про- и эукариот важную роль в метаболизме липидов играют белки, осуществляющие их внутри- и внеклеточный транспорт. В растениях

обнаружено несколько классов белков, обладающих способностью связывать и транспортировать липиды и их производные: ацил-КоА-связывающие белки (Acyl-CoA-Binding Proteins), гликолипид-транс-портирующие белки (Glycolipid Transfer Proteins), стерин-переносящие белки (Sterol Carrier Proteins), гомологи основного пыльцевого аллергена березы Betula verrucosa, зарегистрированного в базе данных аллергенов IUIS под аббревиатурой Bet v 1, белки, связывающие жирные кислоты (Fatty Acid Binding Proteins), пуроиндолины (Puroindolines) и липид-транспортирующие белки (Lipid Transfer Proteins).

Сравнительная характеристика двух подклассов растительных ЛТБ

Характеристика ЛТБ1 ЛТБ2

Мг, кДа 9-10 6-7

Число аминокислотных остатков, а.о. 90-95 65-70

Консервативные а.о. С, G, Р, R, Y(F) C, Q, P, Y(F)

Мотив -С¥ХС™- X — гидрофильный а.о. (как правило, экспонирован на поверхности молекулы белка X — гидрофобный а.о. (чаще всего F), обращен внутрь молекулы белка

Организация дисульфидных связей С:-С¥1 Сп-Сш С1¥-Сш1 С¥-Ста1 CI-CV С11-Сш CIV-CVI1 Cvl-cvm

Пространственная структура 4 а-спирали, фрагмент 310-спирали и неструктурированный С-концевой фрагмент 3 a-спирали и область, содержащая одиночные повороты спирали

Форма гидрофобной впадины Туннель с большим и малым входом, в его формировании принимают участие спирали Н1, Н2 и Н3, расположенные параллельно друг другу Трехгранный полый бокс, спирали h2 и h3 располагаются параллельно друг другу, а спираль h4 направлена под углом 90° относительно h3

Способность связывать стерины Нет Есть

Взаимодействующие с лигандом а.44 и Туг79 (нумерация для ЛТБ1 риса) Phe36, Tyr45 и Tyr48 (нумерация для ЛТБ2 риса)

Сигнальный пептид, а.о. 21-27 27-35

Локализация Органы, покрытые слоем кутина (листья, стебли, цветки) Органы, покрытые слоем суберина (подземные органы)

Одна из предполагаемых функций Биосинтез кутина Биосинтез суберина

Активация иммунного ответа Элиситоры в комплексе с жасмоновой кислотой Элиситоры в комплексе со стерином

Аллергены, зарегистрированные в ШК ЛТБ1 42 растений (не считая изоаллерге-нов и вариантов) Sola l 6 томата, Api g 6 сельдерея, Ara h 16 арахиса

Сопоставление аминокислотных последовательностей белков перечисленных классов выявило отсутствие значительной структурной гомологии между ними. Эти белки имеют внутри- или внеклеточную локализацию, относительно небольшую молекулярную массу (7-30 кДа), высокое значение изоэлек-трической точки (р1 ~9-11) и компактную структуру, стабилизированную дисульфидными связями. Для пространственной структуры белков, осуществляющих транспорт липидов, характерно наличие гидрофобной впадины, внутри которой располагается сайт связывания лигандов. Эти белки обратимо связывают липиды и доставляют их к месту назначения. Белки некоторых из перечисленных классов имеют высокоспецифичные лиганды, другие белки связывают и переносят широкий спектр липидов.

К функционально наиболее значимым классам белков растений, связывающих и переносящих липи-ды, относятся ЛТБ. Эти белки были открыты в 1970 г. и первоначально названы фосфолипид-обмениваю-щими белками [1], а позднее переименованы в фос-фолипид-транспортирующие белки [2]. Дальнейшие исследования показали, что лигандами данных белков могут быть не только фосфолипиды, но и другие гидрофобные молекулы, в связи с чем ЛТБ получили

свое нынешнее название — неспецифические липид-транспортирующие белки [3].

СТРУКТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛТБ РАСТЕНИЙ

На основании особенностей структурной организации растительные ЛТБ подразделяются на два подкласса: ЛТБ1 с молекулярной массой 9-10 кДа и ЛТБ2 с молекулярной массой около 7 кДа (таблица). Гомология аминокислотных последовательностей у представителей двух подклассов не превышает 30% (рис. 1). Все ЛТБ являются основными белками (р1 ~9-10). Подавляющее большинство ЛТБ содержат восемь консервативных остатков цистеина (..С1…СП…СШС1У… С¥ХС¥1…С¥П…С¥Ш..), образующих четыре дисульфид-ные связи, которые стабилизируют структуру и тем самым обуславливают устойчивость ЛТБ к действию высоких температур и протеолитических ферментов. Некоторые представители белков этого класса сохраняют нативную конформацию и биологическую активность даже после прогревания при температуре около 100°С [4]. Пространственная структура ЛТБ представлена в основном а-спиральными участками.—

10 20 30 40 50 60 70 80 90

CAA69949

— LTCGQVTGAIAP CLGYIATAGSVPVPLT-CCHGVaGLHHAARTTI I1RRTACHCLKQTAHAIAD — LH LH — AAAGLP AKC G- -VHIPÏKI5 PSTDCHKW———AEG79730

VLTCGOVTGALAP CLÜÍVbE SQVHVPVPLT- С CMWUGLHH AAETTLDKRTAC GCLKÜTAMAVTG -LH LH — AAAGLP ARCG— VU IPYKI £ PTT DCN KW————P27631

— -TCGdVSSAIAÍ CI fYUlAGG—PIPV£- С CHGVRS LKAAAHTTP DRQTAC HCLKQSAGSI PH — LH PH — HAVGLPRACG—VSIPYKÏSISTDCSKV————-BAH03575

P85894

-VTCGÛWGAVAP CLGYLRHGG—TPPQP-С CTGVKG LR» SSETTS DRÍ7TIС MCLKSASS SYRG -‘VS GH-YASS LP GKCG- — VWL PYKISPSTDCHEIQ————ABK96813

AI SCGäVASAI AP CI SYASGQG- -SGPÊAGC CSGVUS LBH AAETTADRRAAC MC LKKAAAGVS G — LH AO- HAAS IPSHCÖ—VSIPYTISTSTDCS KVK————P19656

Q42952 P07597 P24296

ALSCGTVSGyVAE CI GYLAQGAP -ALPRA- С CSGVTSLNH LSRTTODRa 9K®dVGSAHArET — LH SA- RAAGLP KACG- — VHIPYKIS KTT HCH SVK————ABM69132

P27056

AAA33876

P82007

AAX35807

CAB43522

QHICPKVHHIVTP CVAYGLGRA—-PI APC CRA1H DLR-FVMTRH LRKAAC KCL VGWMEH PG-LRRH PRFQ MIP EDCSUtT FVRPFWWRPRIBCGRIHLTDKLIYLDAEE Q41258

AAV40850

AAA iHt iHHt it 1 AMA

h2

h3

ш-шт-

10 20 30 40 50 60

O.6Н) [10] риса. Звездочками отмечены остатки, составляющие конформационные эпитопы Рги р 3 (GenBank: AAV40850) [98]

Б

тенциальный сайт связывания гидрофобных и амфи-фильных молекул, таких, как липиды.

ЛТБ1 состоят из 90-95 аминокислотных остатков и имеют следующий порядок образования дисульфидных связей: CLCVI, Сп-Сш, CIV-CVI1, CV-CVI11 (рис. 1А, 2А). Фрагмент -CVXCVI- в структуре ЛТБ1 содержит гидрофильную аминокислоту (чаще всего аспара-гин), боковая группа которой экспонирована на поверхности молекулы. Пространственная структура этих белков сформирована четырьмя а-спиралями, фрагментом 310-спирали и протяженным неструктурированным С-концевым участком (рис. 2А) [5, 6]. В структуре некоторых ЛТБ1, например, выделенных из кукурузы (Zea mays) и табака (Nicotiana tabacum), спирали Н1 и Н4 разделены остатками пролина на два фрагмента (Н1а и Н1Ь, Н4а и Н4Ь соответственно). Гидрофобная впадина ЛТБ1 имеет форму вытянутого туннеля, в формировании которого принимают

участие спирали Н1, Н2 и Н3, расположенные параллельно друг другу. Гидрофобный характер поверхности туннеля обусловлен боковыми радикалами таких аминокислотных остатков, как Ile, Val, Leu, Ala, но наряду с этим в формировании впадины участвуют гидрофильные остатки Arg, Lys, Ser [7]. Туннель в молекулах белков ЛТБ1 имеет два входа, различающихся по размеру. У большинства ЛТБ1 около большого входа располагается основный остаток Arg44 (нумерация относительно ЛТБ1 риса Oryza sativa), который взаимодействует с полярными головками липидов [8]. У ЛТБ1 риса в этом взаимодействии принимает участие еще один основный остаток — Lys35. Кроме остатков цистеина в молекуле большинства ЛТБ1 присутствуют консервативные остатки глицина и про-лина, обеспечивающие повороты между спиралями; два остатка тирозина, один из которых находится в N-концевой области на внешней стороне а-спирали,

А

N-ter

С-С

N49

h4

Су-СУш

С»-Сш

cV—cV

C-CV

h3

С»-Сш

CIV-C

Рис. 2. Пространственные структуры (А) ЛТБ1 (PDB Ю: 1RZL) и (Б) ЛТБ2 (PDB ID: 1L6H) из риса в ленточном представлении. Указаны номера а-спиралей (Н1-Н4). Фиолетовым цветом показаны гидрофобные остатки, красным — остатки, взаимодействующие с липидным лигандом [5, 10], желтым — дисульфидные связи, зеленым -остаток во фрагменте -СУХСУ’-, обращенный наружу или внутрь молекулы белка

а второй расположен в С-концевой области у большого входа в гидрофобный туннель и участвует во взаимодействии с лигандами [7, 9].

ЛТБ2, состоящие из 65-70 аминокислотных остатков, изучены в меньшей степени, чем ЛТБ1. ЛТБ2 во фрагменте -CVXCVI- в качестве центрального остатка чаще всего содержат фенилаланин, обращенный внутрь молекулы, и имеют иную организацию дисульфидных связей: CI-CV, Сп-Сш, CIV-CVI1, CVI-CV111 (рис. 1Б, 2Б) [10]. Пространственная структура белков этого подкласса включает три а-спирали и область, содержащую одиночные витки спирали (рис. 2Б). В структуре ЛТБ2 спирали h2 и h3 располагаются параллельно друг другу, а спираль h4 направлена под углом 90° относительно h3. Гидрофобная впадина ЛТБ2 по форме напоминает трехгранный полый бокс с расположенными внутри боковыми радикалами остатков Ala, Ile, Leu, Phe и Val. Трехгранный бокс ЛТБ2 по объему меньше гидрофобной полости ЛТБ1, однако его более выраженная пластичность позволяет белкам этого подкласса связывать крупные лиганды с жесткой структурой, например стерины [10-12]. Боковые радикалы Phe39, Tyr45 и Tyr48 (нумерация относительно ЛТБ2 риса) повернуты внутрь полости и контактируют с ли-пидным лигандом [13]. Помимо остатков цистеина в структуре ЛТБ2 присутствуют консервативные остатки Gln, Tyr и Pro.

Объем гидрофобной впадины у ЛТБ обоих подклассов может значительно изменяться. Например, размер гидрофобной впадины у ЛТБ1 риса равен 249 А3, однако при связывании белка с пальмитиновой кислотой ее объем увеличивается до 1354 А3. Такая пластичность молекул ЛТБ может быть причиной их низкой специфичности к липидному лиганду.

СВЯЗЫВАНИЕ И ТРАНСПОРТ ЛИПИДОВ

Наличие в структуре молекул ЛТБ гидрофобной впадины позволяет этим белкам связывать и переносить различные лиганды. Образование комплексов ЛТБ с лигандами in vitro зависит от размера гидрофобной полости и формирующих ее аминокислотных остатков, пространственной структуры лиганда, а также от условий эксперимента (рН, состав буфера, температура). Показано, что ЛТБ, выделенные из различных растительных источников, способны связывать липиды. Однако стоит отметить, что существуют и исключения из этого правила. Так, белок из семян лука (Allium cepa), названный Ace-AMP1, обладает выраженной гомологией с растительными ЛТБ, но не взаимодействует с липидами, возможно, из-за отсутствия единой полости внутри молекулы белка

[14].ис-конфигурации [18], две из которых — линолевая и олеиновая кислоты — являются предшественниками мономеров кути-на и суберина.

ЛТБ1, в отличие от ЛТБ2, не связывают стерины. Установлено, что в зависимости от пространственной организации молекул ЛТБ1 и лиганда ориентация последнего в гидрофобной впадине может быть различной. Например, в комплексах ЛТБ1 кукурузы с 1-пальмитоиллизофосфатидилхолином [9] и ЛТБ1 пшеницы (Triticum aestivum) с димиристоилфосфа-тидилглицерином [18] лиганды размещаются в полости белка в «прямой» ориентации, т.е. полярные головки липидов расположены вблизи большого входа в гидрофобную впадину. В то же время в комплексе ЛТБ1 ячменя (Hordeum vulgare) с пальмитоил-КоА лиганд имеет «обратную» ориентацию, его алифатические цепи сильно изогнуты и полярная головка направлена в сторону меньшего входа впадины [19].

ЛТБ1 растений могут связывать одну или две молекулы лизофосфолипида [20]. Предполагается, что ЛТБ этого подкласса взаимодействуют с лиган-дами согласно кооперативной модели связывания. Если в гидрофобной полости находятся две молекулы лиганда, то их ориентация и прочность связывания с белком не одинаковы. Так, в комплексе ЛТБ1 пшеницы с лизомиристоилфосфатидилхолином две молекулы этого лиганда ориентированы в гидрофобной полости по принципу «голова к хвосту» [19, 21]. Высказывается предположение, что второй сайт связывания в ЛТБ активируется только тогда, когда первый уже занят лигандом.

Показано, что в регуляции связывания липи-дов растительными ЛТБ принимает участие каль-ций-кальмодулиновая система. Растительные ЛТБ связываются с кальмодулином вне зависимости от присутствия ионов кальция. Потенциальный сайт связывания кальмодулина с Zm-LTP кукурузы и Ace-AMP1 лука лежит в средней части полипептидной цепи ЛТБ (аминокислотные остатки

46-60) и имеет структуру, сходную с ВАА-доменом (Basic Amphiphilic a-helix) кальмодулин-связыва-ющих белков [22]. Отличительной особенностью ВАА-подобного домена у растительных ЛТБ является отсутствие Trp, имеющего решающее значение для кальций-зависимого связывания кальмодулина. В присутствии кальмодулина у Zm-LTP кукурузы снижается способность связывать липиды, что объясняется локализацией в кальмодулин-связываю-щем центре этого белка остатка Arg46, участвующего в связывании липидов. В то же время сайт связывания кальмодулина у белка репы (Brassica rapa), названного BP-10, и ЛТБ1 арабидопсиса (Ärabidopsis thaliana) находится в С-концевой области (аминокислотные остатки 69-81) и не имеет структурного сходства ни с одним из известных кальмодулин-связы-вающих центров [23]. Образование комплекса BP-10 с кальмодулином приводит к повышению эффективности связывания липидов. Причиной этого эффекта считается расположение в кальмодулин-связываю-щем центре данного ЛТБ остатка Tyr81, играющего важную роль во взаимодействии с липидным лиган-дом.

ЛТБ растений не только связывают липиды, но и осуществляют их перенос между мембранами в опытах in vitro. Они переносят фосфолипиды, например, фосфатидилхолины (ФХ), фосфатидилино-зиты (ФИ), фосфатидилглицерины (ФГ) и их производные, а также ацил-КоА [24-26]. На примере ЛТБ пшеницы показано, что липид-транспортирующая активность ЛТБ2 в несколько раз выше, чем у ЛТБ1 [27].

Механизм транспортировки липидов с участием ЛТБ до сих пор неизвестен. Предполагается, что растительные ЛТБ, так же как и фосфатидил-холин-специфичные ЛТБ млекопитающих, переносят липиды по челночному механизму. Комплекс ЛТБ-фосфолипид взаимодействует с мембраной, в результате чего происходит обмен фосфолипидами между комплексом и мембраной [3].

Прямые доказательства участия ЛТБ растений в связывании и переносе липидов in vivo до сих пор отсутствуют. Единственным комплексом ЛТБ c ли-гандом, обнаруженным в растительных клетках, является ковалентный аддукт LTP1 ячменя с окси-липином, образующийся при взаимодействии карбоксильной группы Asp7 с оксидом аллена в молекуле 9(£),10-эпокси-10,12(2)-октадекадиеновой кислоты [28, 29]. В результате реакции образуется a-кетол — 9-гидрокси-10-оксо-12(2)-октадеценовая кислота. Необходимо отметить, что образование этого ковалентного комплекса, получившего название LTP1b, приводит к увеличению пластичности гидрофобной впадины белка и его способности переносить липиды.

Некоторые ЛТБ способны не только связывать и переносить липиды, но и разрушать модельные мембраны. В качестве примера можно привести белок подсолнечника (Helianthus annuus), названный Ha-AP10, который разрушает липосомы, состоящие из ФХ и ФГ [30]. Интересно отметить отсутствие корреляции между липид-связывающей и ли-пид-переносящей активностью и способностью ЛТБ разрушать мембраны. Например, ЛТБ ячменя связывает широкий спектр липидов, однако слабо влияет на свойства модельных мембран [31]. Ace-AMP1 лука не связывает липиды, но нарушает целостность двухслойных везикул, состоящих из анионных ли-пидов [14].

БИОСИНТЕЗ И ЛОКАЛИЗАЦИЯ

Класс ЛТБ относится к большому семейству белков, связанных с патогенезом (Pathogenesis-Related Proteins, или PRP). Индукция синтеза данных белков происходит при воздействии на растение абиотических и биотических стрессорных факторов и лежит в основе одного из ключевых защитных механизмов, имеющихся в арсенале растений. PRP присутствуют во всех органах растений, накапливаются в вакуолях и апопласте, а также в первичной и вторичной клеточной стенке. Такая локализация согласуется с защитной функцией PRP, которые, наряду с антимикробными пептидами (AMP), создают своеобразный барьер на пути проникновения патогена [32].

Семейство белков, связанных с патогенезом, помимо ЛТБ (PRP-14), включает белки еще 16 классов: глюканазы (PRP-2), хитиназы (PRP-3,4,8), ингибиторы протеиназ (PRP-6), гомологи основного пыльцевого аллергена березы Bet v 1 (PRP-10), дефенсины (PRP-12), тионины (PRP-13) и др. [33]. Абиотическими индукторами синтеза PRP являются УФ-излучение, осмотический шок, дефицит влаги, низкие температуры, засоление почвы. Синтез PRP при инфицировании растения индуцируется как первичными, так и вторичными элиситорами — неспецифичными патоген-ассоциированными молекулярными структурами (Pathogen Associated Molecular Patterns, или PAMP), и структурами, ассоциированными с повреждением (Damage-Associated Molecular Patterns, или DAMP), а также специфичными эф-фекторными белками патогенов. Индукторами синтеза PRP являются такие фитогормоны, как этилен, ауксины, абсцизовая, жасмоновая и салициловая кислоты. На определенных стадиях онтогенеза активация синтеза и тканеспецифичная аккумуляция PRP происходят также в отсутствие факторов стресса [34].

ЛТБ обнаружены в различных органах растений -семенах, листьях, стеблях, корнях, цветках и плодах.

Чаще всего ЛТБ локализуются в покрытых кутикулой клетках эпидермиса, но обнаруживаются также в эмбриональных и сосудистых тканях. ЛТБ синтезируются в растительных клетках в виде пребелков, содержащих гидрофобную сигнальную последовательность (21-27 или 27-35 аминокислотных остатков у ЛТБ1 или ЛТБ2 соответственно), и являются секреторными белками с преимущественно внеклеточной локализацией [35, 36]. Некоторые ЛТБ имеют нехарактерную внутриклеточную локализацию. Так, ЛТБ из семян клещевины (Ricinus communis) обнаружен в глиоксисомах [37], ЛТБ из семян виг-ны (Vigna unguiculata) — в вакуолях [38], Ca-LTP(1) из семян перца (Capsicum annuum) — в везикулах [39]. Особый интерес представляет вопрос о том, каким образом ЛТБ, синтезируемые в виде пребелков и не имеющие соответствующих сигнальных последовательностей, попадают в эти клеточные органел-лы. Установлено, что ЛТБ подсолнечника Ha-AP10 изменяет свою локализацию. В покоящихся семенах Ha-AP10 находится в апопласте, но при набухании и прорастании семени, возможно, с помощью эндо-цитоза, поступает внутрь клеток и переходит в ор-ганеллы, участвующие в метаболизме липидов [40].

В некоторых растениях обнаружены ЛТБ, названные LTPG (GPI-anchored Lipid Transfer Proteins), которые синтезируются в виде предшественников, содержащих помимо N-концевого сигнального пептида С-концевую сигнальную последовательность. Эта последовательность обеспечивает посттрансляционное присоединение к белку гликозилфосфатиди-линозитного якоря (ГФИ), благодаря которому LTPG могут локализоваться на внешней стороне плазматической мембраны или секретироваться в апопласт после отщепления ГФИ-якоря [41]. Еще одну группу необычных ЛТБ, имеющих внеклеточную локализацию, составляют ксилоген из циннии (Zinnia elegans) и ксилоген-подобные белки других растений [42]. В структуре генов ксилоген-подобных белков, которые относятся к большому семейству арабинога-лактановых белков (АГБ), присутствует сигнальный пептид, домен ЛТБ, несколько доменов АГБ и ГФИ-якорь. В процессе созревания эти белки претерпевают ряд посттрансляционных превращений, включая удаление N-концевого сигнального пептида, присоединение ГФИ-якоря, гидроксилирование остатков пролина и О-гликозилирование [42].

ЛТБ растений кодируются мультигенными семействами и в геноме растений, как правило, представлены набором генов, кодирующих различные изоформы. Экспрессия генов различных изоформ ЛТБ отличается ярко выраженной тканевой специфичностью и происходит на определенных стадиях онтогенеза [36]. Предполагается, что это связано

с тем, что разные изоформы ЛТБ выполняют различные функции [43]. Дифференциальная экспрессия генов множественных изоформ ЛТБ происходит также при воздействии на растение различных абиотических и биотических факторов окружающей среды и может рассматриваться как один из элементов защитной стратегии в условиях стресса [44]. Дифференциальная экспрессия генов изоформ показана на примерах ЛТБ кунжута (Sesamum indicum) [45], арабидопсиса [43, 46], перца [47], клещевины [37], винограда (Vitis vinifera) [48], тамарикса жестковоло-систого (Tamarix hispida) [49] и томата (Lycopersicon pennellii) [50].

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

ЛТБ, как уже упоминалось, составляют один из классов защитных PRP, многие из которых обладают антимикробной и ферментативной активностями или являются ингибиторами ферментов. Различные представители класса ЛТБ проявляют антибактериальную, противогрибковую, противовирусную, антипролиферативную активности, обладают способностью влиять на активность разнообразных ферментов [36].

Антимикробная активность

Многие ЛТБ обладают антимикробной активностью и ингибируют рост таких фитопатогенных бактерий и грибов, как Clavibacter michiganensis, Pseudomonas solanacearum, P. syringae, Alternaria brassicola, Ascochyta pisi, Colletotrichum lindemuthianum, Fusarium solani, F. graminearum, F. culmorum, F. oxysporum, Botrytis cinerea, Sclerotinia sclerotiorum, Verticillium dahliae и др. ЛТБ из перца и кофе (Coffea canephora) активны также в отношении патогенных для человека штаммов грибков рода Candida [39, 51]. Антимикробное действие большинства растительных ЛТБ характеризуется специфичностью и проявляется в отношении определенного спектра микроорганизмов. Выраженной антимикробной активностью в микромолярных концентрациях обладают ЛТБ из лука [52], редиса (Raphanus sativus) [52] и арабидопсиса [53]. Основная же масса ЛТБ умеренно или слабо влияет на рост микроорганизмов, в некоторых случаях это влияние вообще отсутствует [54]. Антимикробная активность ЛТБ растений снижается в растворах с высокой концентрацией соли и в присутствии ионов кальция, что сближает данные белки с другими классами растительных AMP и PRP [52]. Как и растительные дефенсины, ЛТБ обладают способностью действовать в синергизме с тионинами [55], не оказывают токсического действия на растительные клетки и клетки млекопитающих, включая фибробласты и эритроциты [30, 52].

Разрушение дисульфидных связей, стабилизирующих структуру растительных ЛТБ, приводит к тому, что эти белки теряют способность ингиби-ровать рост микроорганизмов и связывать липиды [56]. В то же время другие аминокислотные остатки, необходимые для проявления антимикробной активности, остаются неизвестными. Для LTP110 из риса показано, что для проявления антимикробной активности этого белка важны консервативные остатки Tyr17, Arg46 и Pro72, которые у большинства ЛТБ1 играют существенную роль в стабилизации структуры белка [57]. При изучении изоформ ЛТБ пшеницы показано, что отличие всего в один аминокислотный остаток (Pro3Ser в изоформах TaLt10B6 и TaLt710h34, Asn24Ser в TaLt10F9 и TaBs116G9) существенно влияет на антимикробную активность белков. Предполагается, что замена даже одного аминокислотного остатка может приводить к изменению пространственной структуры ЛТБ и влиять на распределение положительного заряда на поверхности его молекулы [56].

На сегодняшний день установлено, что антимикробная активность растительных ЛТБ не связана с их способностью взаимодействовать с липидами. Так, на примере восьми изоформ ЛТБ пшеницы показано отсутствие корреляции между способностью этих белков ингибировать рост патогенных микроорганизмов и связывать липиды [56]. На примере Ace-AMP1 лука [52] и мутантной изоформы ЛТБ риса [57] также показано, что белки данного класса могут обладать антимикробной активностью, но не связывать при этом молекулы липидов и наоборот.

Растительные ЛТБ оказывают не только фунги-статическое, но и фунгицидное действие и подобно другим AMP вызывают нарушение проницаемости модельных мембран [30] и цитоплазматических мембран фитопатогенных грибов [30, 56]. Так, ЛТБ лука [14], подсолнечника [30] и в меньшей степени ячменя [31] обладают способностью нарушать проницаемость липосом, состоящих только из анионных фосфоли-пидов или из смеси анионных и нейтральных фосфо-липидов, вызывая утечку из них флуоресцентного красителя. Однако стоит отметить, что этот эффект выражен гораздо слабее, чем у других AMP растений, и наблюдается только в растворах с низкой ионной силой.

Механизм антимикробного действия представителей класса ЛТБ до сих пор неизвестен. Тем не менее возможной мишенью антимикробного действия ЛТБ считается цитоплазматическая мембрана. Предполагается, что растительные ЛТБ, как и другие катионные мембранотропные AMP, связываются посредством электростатических взаимодействий с цитоплазматической мембраной фитопатогена,

вызывая ее дестабилизацию и нарушение проницаемости. Ослаблением электростатического взаимодействия с клеточной мембраной фитопатоге-на объясняется менее выраженная антимикробная активность изоформ ЛТБ, содержащих меньше основных аминокислотных остатков [56]. Считается, что возможной причиной избирательной токсичности ЛТБ растений могут быть различия в липидном составе мембран клеток бактерий, грибов, растений и млекопитающих.

Противовирусная, антипролиферативная активность

Показано, что ЛТБ нарцисса (Narcissus tazetta) и капусты полевой (Brassica campestris), называемой также сурепицей, обладают противовирусной активностью и способностью ингибировать пролиферацию опухолевых клеток человека. ЛТБ нарцисса, обозначенный как NTP, в экспериментах in vitro значительно ингибировал образование бляшек респираторного синцитиального вируса (RSV) и цитопатический эффект вируса гриппа A (h2N1), а также пролиферацию линии клеток промиелоцитарного лейкоза человека (HL-60). ЛТБ капусты полевой подавлял активность обратной транскриптазы вируса иммунодефицита человека типа 1 (HIV-1), а также пролиферацию клеток злокачественной гепатомы HepG2 и рака молочной железы MCF7. Механизм противоопухолевой активности ЛТБ пока не установлен [58, 59].

Ингибирование активности ферментов

Отдельные представители класса ЛТБ, как и ингибиторы протеаз (PRP-6), и некоторые дефенсины (PRP-12) [60, 61], обладают способностью подавлять активность протеолитических ферментов и а-амилаз. Так, обнаружено, что ЛТБ обоих подклассов из семян ячменя ингибируют активность цистеиновых эндопро-теаз [62]. Также показано, что ЛТБ1 из семян гинкго двулопастного (Ginkgo biloba) подавляет активность цистеиновой (папаин), аспартатной (пепсин) и сери-новой (трипсин) протеаз [63]. ЛТБ1 из семян кофе и перца ингибируют активность а-амилазы человека [39, 51]. Как полагают, ЛТБ, способные ингибировать активность собственных и чужеродных ферментов, могут принимать участие как в развитии и прорастании семян, так и в защите растения от насекомых и травоядных животных.

ВОЗМОЖНЫЕ ФУНКЦИИ ЛТБ

Известно, что ЛТБ играют важную роль в растениях. Выключение генов, кодирующих данные белки, приводит к нарушению вегетативного и репродуктивного развития растений, снижению их устойчивости

к инфекциям [43, 64, 65]. На основании результатов исследований по подавлению экспрессии генов ЛТБ высказан ряд предположений о возможном участии представителей данного класса белков в адаптации растений к стрессу, метаболизме липидов, эмбриогенезе, росте и размножении растений, симбиозе и других процессах. Считается, что многие из этих функций обусловлены способностью ЛТБ связывать и переносить молекулы липидов (рис. 3).

Участие в метаболизме липидов

В связи с тем, что растительные ЛТБ обладают способностью связывать и переносить молекулы липи-дов, считается, что эти белки принимают участие в целом ряде процессов, сопровождающихся изменениями липидного состава. Для ЛТБ, имеющих внеклеточную локализацию, предполагается участие в формировании защитного слоя кутикулы, мономерные компоненты которой образуются в эпи-дермальных клетках и доставляются к месту биосинтеза. Активация биосинтеза кутикулы, которая играет важную роль в поддержании водного баланса и защите растений от проникновения патогенов, происходит в условиях действия разнообразных стрес-сорных факторов и является одним из защитных механизмов растений. Прямых доказательств причастности ЛТБ к этому процессу пока не найдено, однако показано, что растительные ЛТБ присутствуют в высоких концентрациях в эпидермальных тканях и способны связывать жирные кислоты, необходимые для синтеза кутина и суберина. Кроме того, индукция синтеза ЛТБ сопровождается утолщением слоя кутикулы [66], а выключение генов ЛТБ приводит к изменению липидного состава и плотности кутикулярного слоя [67]. Предложено два возможных механизма доставки компонентов кутикулы с участием ЛТБ. В соответствии с первым из них ЛТБ поступают в клетку посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза, осуществляемого при слиянии везикул, содержащих ЛТБ и мономеры кутина. Второй механизм предполагает функционирование ЛТБ между плазматической мембраной и клеточной стенкой растения и существование молекулы-переносчика, действующего с внутренней стороны плазматической мембраны [68]. Интересен тот факт, что ЛТБ1 присутствуют в органах, покрытых слоем кутина (листья, стебли, цветки), в то время как ЛТБ2 обнаруживаются в покрытых суберином подземных органах. Это свидетельствует в пользу дифференциального участия белков первого и второго подклассов в формировании кутинового и суберинового слоев [35]. Показано также, что LTPG, имеющие ГФИ-якорь, возможно, принимают участие в биосинтезе и накоплении суберина [41].

апопласт

антимикробное действие

ингибирование

активности экзоферментов

размягчение и созревание плодов

цитоплазматическая мембрана

оплодотворение цветковых растений

секреция липидов

формирование кутикулы

межклеточные взаимодействия

активация защитных механизмов в растении

внутриклеточный транспорт липидов

регуляция сигнальных путей

апоптоз

цитоплазма

липидная молекула

Рис.КК как в свободной форме, так и в виде ацил-КоА. Этот белок увеличивает также активность ацил-КоА-ок-сидазы, которая участвует в реакции Р-окисления ЖК [37]. Предполагается, что ЛТБ подсолнечника Ha-AP10, поступающий в клетки при прорастании семян, переносит в глиоксисомы ЖК, высвободившиеся при расщеплении триацилглицеринов, для их дальнейшего Р-окисления [40].

Показано, что индукция экспрессии генов, кодирующих ЛТБ моркови (Daucus carota), наблюдается на ранних стадиях эмбриогенеза, когда происходит разрушение одних и биосинтез других липидов, а также формирование защитного липидного слоя вокруг зародыша [69]. Роль этого белка в процессе эмбриогенеза предположительно заключается в уча-

стии в этих процессах посредством переноса соответствующих липидных молекул.

Участие в оплодотворении цветковых растений

Считается, что растительные ЛТБ играют важную роль в репродукции цветковых растений. Так, ЛТБ1 лилии (Lilium longiflorum) является компонентом, необходимым для адгезии пыльцы, формирования и роста пыльцевой трубки [70]. Предполагается, что ЛТБ1 может действовать непосредственно как адгезивный компонент либо как переносчик гидрофобного адгезивного компонента. Показано также, что одна из изоформ липид-транспортирующего белка арабидопсиса, LTP5, участвует в росте пыльцевой трубки и формировании семян [64].

Выявлена роль ЛТБ риса OsC6 в постмейотиче-ском развитии пыльцы. Установлено, что данный белок присутствует в тканях пыльника и обладает способностью связывать ЖК. Полагают, что OsC6 участвует в формировании липидных орбикул

и пыльцевой экзины, осуществляя перенос необходимых липидов из клеток тапетума к микроспорам [65].

Участие в защите и адаптации растений в условиях стресса

Утверждение, что ЛТБ участвуют в защите и адаптации растений к воздействию стрессорных факторов, основано, в основном, на повышении уровня синтеза этих белков. Так, синтез ЛТБ, как и других PRP, индуцируется при механическом повреждении, дефиците влаги, низких температурах, засолении почвы, инфицировании, а также при обработке растения химическими агентами [43, 45, 47, 50, 71, 72]. Индукция экспрессии генов ЛТБ в условиях стресса, возможно, связана с наличием в их промоторной области регуляторных элементов, характерных также для генов других PRP. В регуляции экспрессии генов ЛТБ участвуют такие фитогормоны, как абсцизовая и салициловая кислоты, этилен и метилжасмонат [36].

Считается, что одной из возможных причин индукции экспрессии генов ЛТБ в условиях стресса является вовлеченность этих белков в биосинтез ку-тикулярного слоя [50]. Защитная функция ЛТБ в растениях обусловлена их антимикробной активностью, криопротекторным действием и свойствами ингибиторов экзогенных ферментов, а также возможным участием в секреции других компонентов иммунной системы растений.

Железистые волоски (трихомы) растений вырабатывают эфирные масла, которые принимают участие в обмене веществ, защищают растение от вредителей, оказывают ранозаживляющее действие, служат для привлечения насекомых и предохраняют от перегревания. Обнаружено, что NtLTP1 табака (N. tabacum) специфически экспрессируется в длинных железистых волосках и участвует в секреции из головок трихом компонентов эфирных масел (дитерпе-нов, алифатических углеводородов и ароматических кислот), которые являются защитными факторами растений [73]. Транскрипты генов ЛТБ обнаружены в железистых волосках и других растений, например, мяты (Mentha piperita), люцерны (Medicago sativa), полыни (Artemisia annua), хмеля (Humulus lupulus), шалфея (Salvia fruticosa) и томата [73].

Известно, что устойчивость растений к холоду связана со стабилизацией клеточных мембран и предотвращением снижения растворимости белков при понижении температуры. В листьях акклиматизированной к холоду капусты (Brassica oleracea) обнаружены белки класса WAX9, имеющие высокую степень гомологии аминокислотных последовательностей с ЛТБ. Данные белки не обладают способностью связывать липиды, но подобно ß-1,3-

глюканазам, осмотинам и лектинам, способны в условиях холода стабилизировать мембраны тилакоидов [72]. Предполагается, что механизм криопротектор-ного действия этих белков связан с уменьшением подвижности мембранных липидов и проницаемости бислоя при взаимодействии ЛТБ с мембраной тила-коидов [74].

Участие в активации и регуляции сигнальных каскадов

Предполагается, что ЛТБ, образуя комплексы с различными молекулами липидов, могут принимать участие в активации и регуляции различных сигнальных каскадов в растениях. Одним из классов сигнальных медиаторов растений являются оксилипины, которые образуются из ненасыщенных ЖК под действием активных форм кислорода (АФК) или ферментов и участвуют в регуляции роста и развития растения, а также в запуске ответных защитных реакций в условиях стресса. Помимо этого, оксилипины регулируют процессы обезвреживания токсичных компонентов, образующихся во время стресса. Как уже упоминалось, ЛТБ1 ячменя в процессе прорастания семян формирует ковалентные комплексы с оксили-пином — 9(£),10-эпокси-10,12(2)-октадекадиеновой кислотой, содержащей нестабильный алленоксид, образующийся в результате последовательного действия липоксигеназы и алленоксидсинтазы [28, 29]. Такое взаимодействие может свидетельствовать о совместном участии ЛТБ и оксилипинов в регуляции сигнальных путей, запускающих механизм предотвращения повреждения клеток растения в условиях стресса [29].

ЛТБ в комплексе с молекулами липидов действуют как эндогенные элиситоры, взаимодействующие со специфическими рецепторами на цитоплазма-тической мембране растительных клеток и обеспечивающие развитие иммунного ответа в условиях инфицирования (рис. 4). Так, показано, что ЛТБ риса и табака обладают способностью взаимодействовать с элиситиновыми рецепторами [21, 75, 76]. Элиситины — хорошо изученные РАМР растений, которые имеют молекулярную массу около 10 кДа и продуцируются фитопатогенными оомице-тами (Phytophthora и РуШшт), паразитирующими на высших растениях. Данные белки, благодаря наличию в их структуре гидрофобной впадины, обладают способностью связывать стерины и обеспечивают фитопатогенные микроорганизмы необходимыми для их жизнедеятельности липидами, источником которых служат растения. Все элиситины имеют а-спиральную структуру, стабилизированную тремя дисульфидными связями, и в комплексе со стерином распознаются растением посредством

клеточная стенка

апопласт

мембрана

цитоплазма

киназный каскад

I

стерины, ЖК, жасмоновая кислота

изменение экспрессии генов

i

SAR

I

ЛТБ

липазы,кутиназы фитопатогенов

Рис. 4. Возможный механизм участия ЛТБ в активации иммунного ответа в растениях. ЛТБ секретируются в апопласт и связываются с молекулами липидов, которые так же секретируются растением, как, например, жасмоновая кислота, или образуются в результате действия ферментов, выделяемых фитопатогенными микроорганизмами. В комплексе с липидами ЛТБ взаимодействуют с расположенными на цитоплазматической мембране рецепторами, например, с рецептор-подобными серин-треониновыми протеинкиназами, которые содержат внеклеточный обогащенный лейциновыми повторами LRR-домен, а также трансмембранный и цитоплазмати-ческий протеинкиназный (PK) домены. Результатом этого взаимодействия может быть передача сигнала, опосредованная универсальными вторичными мессенджерами и каскадом митоген-активируемых протеинкиназ, активация ряда транскрипционных факторов, индукция синтеза защитных факторов, в том числе AMP и PRP (возможно также и изоформ ЛТБ с выраженной антимикробной активностью), и, в конечном итоге, развитие SAR

рецептор-подобных киназ, расположенных на цитоплазматической мембране. В результате распознавания происходит активация в растениях защитных механизмов, таких, как образование фитоалексинов и АФК, развитие гиперчувствительного ответа (HR) и системной приобретенной резистентности (SAR) [77, 78]. Аминокислотные последовательности ЛТБ и элиситинов имеют низкую степень гомологии, тогда как пространственные структуры этих белков обладают выраженным сходством [79]. Растительные ЛТБ в комплексе с молекулой липида выступают в роли агонистов элиситинов и DAMP, связываются с рецепторами элиситинов и вызывают развитие иммунного ответа. Интересным фактом, говорящим о возможности существования различных путей ак-

тивации защитного ответа в растениях с участием представителей двух подклассов ЛТБ, является отличие в структуре гидрофобного лиганда, в роли которого для ЛТБ2 выступают молекулы стеринов [75], а для обладающих менее гибкой гидрофобной впадиной ЛТБ1 — жасмоновая кислота [21, 76].

Показано также, что необычный представитель ЛТБ2 из арабидопсиса, имеющий изоэлектрическую точку в кислой области pH и названный DIR1, играет ключевую роль в развитии SAR [80]. Предполагается, что данный белок в процессе инфицирования растения связывается с молекулами липидов (оксили-пинами, жирными кислотами или моноацильными фосфолипидами), которые образуются в результате работы секретируемых патогеном липаз, после чего

образованный комплекс взаимодействует с гипотетическим рецептором, запуская сигнальный каскад, приводящий к развитию SAR [81].

Установлено, что ксилоген из циннии, содержащий ГФИ-якорь и связывающий растительные стерины, стимулирует превращение недифференцированных клеток в элементы трахеи и, возможно, участвует в межклеточных взаимодействиях и передаче сигнала. Предполагается, что ксилогено-подобные белки других растений, ЛТБ-домены которых имеют большее сходство с ЛТБ2, также могут участвовать в межклеточных взаимодействиях и передаче сигнала, функционируя в комплексе с липидной молекулой [42].

Участие в апоптозе

Предположение о возможном участии ЛТБ в апоп-тозе выдвинуто на основании сходства между ЛТБ кукурузы и проапоптотическим белком Bid млекопитающих, который тоже имеет в своей структуре внутреннюю впадину, связывает и переносит липиды [82]. Bid находится в цитозоле и в присутствии лизо-фосфолипидов, образующихся в процессе программируемой клеточной смерти, действует на митохондрии, вызывая высвобождение факторов индукции апоптоза, в том числе цитохрома с. ЛТБ кукурузы в присутствии лизофосфолипидов также вызывает высвобождение цитохрома с из митохондрий. В качестве возможного механизма дестабилизирующего действия обоих белков рассматривают перенос лизо-фосфолипидов на наружную мембрану митохондрий, которые изменяют ее свойства, облегчая тем самым действие других проапоптотических белков [83].

Участие в симбиозе

Известно, что симбиотические ризобактерии стимулируют рост растений и защищают их от почвенных фитопатогенов, вызывая развитие так называемой индуцированной системной резистентности, которая фенотипически и функционально сходна с SAR [84]. Показано, что ЛТБ MtN5 люцерны играет важную роль в развитии симбиотических отношений между растением и клубеньковыми бактериями, а именно, вовлечен в процессы проникновения бактерий в ткани корня и формирования клубеньков [85].абилизированная дисульфидными связями структура этих белков придает им повышенную устойчивость к расщеплению пищеварительными ферментами, позволяет достигать кишечника человека в нативной иммуногенной форме и вызывать сенсибилизацию организма [88]. Аллергизирующая способность ЛTБ в различных прошедших обработку пищевых продуктах (соках, джемах, пиве, вине и др.) объясняется их высокостабильной структурой, практически не подверженной тепловой денатурации, химической деградации и ферментативному расщеплению [89]. Необходимо отметить, что охарактеризованными аллергенами являются в основном представители первого подкласса растительных ЛTБ. Tак, в настоящий момент в базе данных аллергенов IUIS зарегистрированы всего три ЛTБ2 (из томата, арахиса и сельдерея) и 42 ЛTБ1 из различных растений, не считая их изоформ. Высокая структурная гомология ЛTБ1 обуславливает развитие перекрестных аллергических реакций.

ЛTБ1, широко распространенные в царстве растений, являются основными аллергенами, выделенными из фруктов и ягод, — Pru p 3 персика (Prunus persica), Pru av 3 вишни (P. avium), Mal d 3 яблока (Malus domestica), Pru d 3 сливы (P. domestica), Cit s 3 апельсина (Citrus sinensis), Vit v 1 винограда, Fra a 3 клубники (Fragaria ananassa), орехов — Cor a 8 фундука (Corylus avellana), Jug r 3 грецкого ореха (Juglans regia), Ara h 9 арахиса (Arachis hypogaea), Cas s 8 каштана (Castanea sativa), овощей — Aspa o 1 салата-латука (Asparagus officinalis), Lec s 1 спаржи (Lactuca sativa), Bra o 3 капусты, Lyc e 3 томата (Lycopersicon esculentum), Api g 2 сельдерея (Apium graveolens), злаковых — Zea m 14 кукурузы, Ory s 14 риса, Tri a 14 пшеницы, Hor v 14 ячменя и бобовых культур Len c 3 чечевицы, Pha v 3 фасоли [90-92]. Важно отметить, что ЛTБ накапливаются в основном в кожице плодов, а не в их мякоти [93], что может быть причиной развития анафилактических реакций при кожном контакте человека с плодами [94]. Cущественный вклад в первичную сенсибилизацию вносят и пыльцевые аллергены класса ЛTБ (Par j 2 постенницы иудейской (Parietaria judaica), Ole e 7 оливкового дерева (Olea europoea), Pla a 3 платана (Platanus acerifolia), Art v 3 полыни (Artimisia vulgar-is) и др.44 [100]. В роли Т-клеточного эпитопа Рги р 3 выступает участок полипептидной цепи, соответствующий аминокислотным остаткам 61-80 [101]. Также показано, что развитие Т-клеточного ответа на Рги р 3 сопровождается увеличением экспрессии интегрина а4Р7, обеспечивающего миграцию лимфоцитов в стенку кишечника, где происходит их первичная активация [102].

ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНОВ

Гены ЛТБ повсеместно присутствуют в геномах высших растений — от наиболее примитивных мохообразных до сосудистых, включая папоротникообразные, плауновидные, покрытосеменные и голосеменные, но не обнаружены в таких низших растениях, как водоросли. В связи с этим высказывается предположение о том, что ЛТБ, принимающие участие в защите растений от воздействия разнообразных стрессорных факторов окружающей среды, могли появиться в период выхода растений на сушу, т.е. около 400 млн лет тому назад [103].

Как упоминалось выше, ЛТБ одного растения кодируются обычно десятками родственных генов, образующих мультигенное семейство. Считается, что появление в процессе эволюции множественных изоформ ЛТБ, выполняющих различные функции в растениях, связано с рядом последовательных дупликаций гена-предшественника и последующих мутаций [104]. Известно, что большинство покрытосеменных подверглись в процессе эволюции одному или нескольким удвоениям целого генома. Филогенетический анализ множественных изоформ ЛТБ риса, арабидопсиса и пшеницы свидетельствует о том, что процесс дупликации генов и фрагментов

хромосом продолжается и в настоящее время [105]. Мутации в дуплицированных генах ЛТБ в процессе эволюции могли приводить к псевдогенизации гена, субфункционализации с сохранением части функций гена-предшественника или неофункционализации, т.е. приобретению геном совершенно новых функций [106]. Последние два варианта могли привести к появлению новых изоформ ЛТБ, обладающих иным спектром и степенью выраженности биологической активности, а также ЛТБ-подобных белков, значительно отличающихся от представителей класса ЛТБ по структуре и выполняющих другие функции.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ЛТБ как переносчики лекарственных средств

Способность ЛТБ связывать и переносить липиды создает предпосылки для их возможного применения в качестве лиганд-связывающих белков для создания систем доставки лекарственных и косметических средств с целью защиты от преждевременной биодеградации или снижения побочных эффектов при системном применении. Возможность создания систем доставки на основе ЛТБ определяется рядом их свойств: а) устойчивостью к тепловой денатурации и действию протеаз; б) гидрофильной поверхностью, обеспечивающей биосовместимость комплекса с лигандом и снижение риска развития побочных реакций; в) защитой лекарственного вещества, расположенного внутри гидрофобной полости ЛТБ, от преждевременной биодеградации; г) небольшим размером комплекса с лигадом, обеспечивающим его эффективное проникновение в ткани; д) увеличением аффинности и специфичности при образовании комплексов ЛТБ с лигандами, которое может быть достигнуто посредством модификации аминокислотной последовательности белка.

В ряде работ показано, что растительные ЛТБ образуют комплексы не только с ЖК и фосфолипида-ми, но и с другими гидрофобными и амфифильны-ми лигандами, включая некоторые лекарственные вещества. Так, ЛТБ1 пшеницы образует комплексы с простагландином В2 (PGB2). Установлено, что при взаимодействии с ЛТБ1 PGB2 полностью погружается в гидрофобную полость белка, оказываясь при этом изолированным от окружающей среды [17]. Показано, что ЛТБ1 пшеницы связывает некоторые компоненты липидного слоя кожи (сфин-гозины, сфингомиелины и цереброзиды), которые входят в состав косметических средств. Таким образом, ЛТБ1 пшеницы может быть использован в косметологии как средство доставки эпидермальных липидов. С другой стороны, ЛТБ1 пшеницы способен связывать лекарственные средства, которые актив-

ны в отношении возбудителей лейшманиоза и HIV-1, а также обладают антинеопластическими свойствами, но имеют серьезные побочные эффекты при системном применении (например, эделфозин, илмо-фозин и их аналоги). Использование ЛТБ1 пшеницы в качестве средства доставки может значительно снизить токсичность этих препаратов. Кроме того, ЛТБ1 пшеницы способен осуществлять доставку таких противогрибковых средств, как коназол BD56 и амфотерицин В [16]. Следует отметить, что белок связывает все перечисленные соединения с низкой аффинностью, что является обязательным условием транспорта и контролируемого высвобождения лиганда.

В результате скрининга с использованием библиотеки CMC (Comprehensive Medicinal Chemistry), содержащей информацию о ~7300 биологически активных соединениях, показано, что ЛТБ1 кукурузы и ЛТБ2 риса содержат не один, а два потенциальных центра связывания лекарственных веществ — один в гидрофобной полости, второй — на гидрофильной поверхности молекулы белка. У ЛТБ2 риса вблизи гидрофобной полости располагается центр связывания стеринов, например Р-ситостерина или холестерина, а на поверхности белка вблизи С-концевого участка находится область связывания трифенилме-тановых производных, например дифенил(пиридил-4)-метана [15].

ЛТБ в пищевой промышленности

Поверхностно-активные свойства ЛТБ растений делают возможным их применение в пищевой промышленности в качестве стабилизаторов пен и эмульсий. Пивоварение — одна из отраслей пищевой промышленности, где широко используются эти свойства ЛТБ. Известно, что образование и стабильность пены являются важными показателями качества пива. В многочисленных работах показано, что ЛТБ являются основными белковыми компонентами ячменного пива и играют ключевую роль в формировании и стабилизации пивной пены [35, 75]. В число основных белковых компонентов пива входит LTP1 ячменя, который связывает липиды и тем самым снижает их негативное влияние на формирование и стабильность пены. В процессе пивоварения происходит гликозилиро-вание и ацилирование LTP1, что увеличивает ам-фифильность и поверхностно-активные свойства этого белка [75]. При ферментации происходит образование LTPlb — ковалентного комплекса этого белка с 9(£),10-эпокси-10,12(2)-октадекадиеновой кислотой, о котором упоминалось выше [107]. LTP1 и LTPlb устойчивы к действию высоких температур, и в процессе нагревания при пастеризации

пива сохраняют свою структуру и способность взаимодействовать с липидами. Необходимо отметить, что LTP1, в отличие от LTP1b, обладает противогрибковой активностью, ингибирует рост дрожжей и тем самым может негативно влиять на процесс ферментации, поэтому образование LTP1b и установление равновесия между содержанием в пиве свободной и связанной с липидом форм LTP1 важны для получения ячменного пива высокого качества.

Создание жизнестойких трансгенных растений

Большой интерес представляет возможность использования ЛTБ для создания трансгенных растений, устойчивых к действию разнообразных абиотических и биотических стрессорных факторов. Tрансгенные растения, несущие гены ЛTБ, обладают повышенной устойчивостью к фитопатогенным микроорганизмам [108], поражению вредителями [73], действию высоких температур [109], засолению почвы [108], засухе [110] и др.временное направление развития аллергодиаг-ностики основано на замене суммарных экстрактов на индивидуальные белковые аллергокомпоненты, которые могут быть использованы для составления молекулярного профиля чувствительности пациента и изучения перекрестной реактивности аллергенов [111]. В современных тест-системах в формате микрочипов, предназначенных для компонент-разрешающей диагностики, на сегодняшний день уже используются несколько природных и рекомбинант-ных пыльцевых (Art v 3 полыни, Pla a 3 платана, Par j 2 постенницы и Ole e 7 маслины) и пищевых (Pru p 3 персика, Cor a 8 фундука, Jug r 3 грецкого ореха, Ara h 9 арахиса и Tri a 14 пшеницы) аллергенных ЛTБ.

Современный метод снижения реактивности организма — аллерген-специфическая иммунотерапия (АСИТ), при которой пациенту вводятся постепенно повышающиеся дозы аллергена [112]. Однако традиционно при АСИТ используют неочищенные экстракты или аллергоиды, которые характеризуются низкой эффективностью и высоким риском развития системных аллергических реакций. Наиболее безопасное и перспективное направление АСИТ предполагает разработку и создание вакцин на основе индивидуальных природных и рекомбинантных аллергенов, а также их гипоаллергенных аналогов. Эти аналоги должны обладать низкой аллергенно-стью, но достаточно высокой иммуногенностью, чтобы не вызывать побочных аллергических реакций и надолго снижать гиперчувствительность организма [113]. Гипоаллергенные формы создаются в основном с помощью методов рационального дизайна и сайт-направленного мутагенеза путем замены аминокислотных остатков, входящих в состав В-клеточных эпитопов. На сегодняшний день несколько гипоал-лергенных аналогов основных пыльцевых и пищевых аллергенов различных классов проходят клинические испытания в качестве лекарственных препаратов для проведения АСИТ [114]. К настоящему времени получены гипоаллергенные формы ряда растительных ЛТБ, например, Par j 2 постенницы [115] и Pru p 3 персика [116], но среди препаратов, проходящих клинические испытания, пока отсутствуют вакцины на основе гипоаллергенных форм растительных ЛТБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛТБ широко распространены в царстве растений, присутствуют практически во всех растительных органах и тканях, имеют внутри- или внеклеточную локализацию и играют важную физиологическую роль. ЛТБ, кодируемые мультигенным семейством, в растениях представлены набором множественных изоформ, дифференциально экспрессирующихся в различных органах и тканях в условиях воздействия различных стрессогенных факторов окружающей среды. Помимо этого, в растениях обнаружены разнообразные ЛТБ-подобные белки, которые имеют сильно отличающуюся структуру и функциональную

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Abdelkader A.B., Mazliak P. // Eur. J. Biochem. 1970. V. 15. P. 250-262.

2. Vergnolle C., Arondel V., Jolliot A., Kader J. // Methods Enzy-mol. 1992. V. 209. P. 522-530.

3. Kader J.-C. // Annu. Rev. Plant. Physiol. Plant. Mol. Biol. 1996. V. 47. P. 627-654.

4. Perrocheau L., Bakan B., Boivin P., Marion D. // J. Agricult. Food Chem. 2006. V. 54. № 8. P. 3108-3113.

активность. Предполагается, что появление в ходе эволюции множественных изоформ ЛТБ и ЛТБ-подобных белков обусловлено необходимостью расширения спектра функций, выполняемых этими белками.

Биологическая роль ЛТБ в растениях изучена не до конца. Показано, что ЛТБ принимают участие во многих процессах, что, вероятно, во многом обусловлено их способностью связывать и переносить разнообразные молекулы липидов.

Достоверно установлено, что ЛТБ относятся к молекулярным факторам системы врожденного иммунитета растений. Являясь компонентами семейства РИР — белков, связанных с патогенезом, ЛТБ принадлежат к защитной системе растений, позволяющей им быстро адаптироваться и выживать в условиях стресса. Защитная функция ЛТБ обусловлена их антимикробной активностью и способностью ингиби-ровать чужеродные ферменты, участием в переносе сигнальных медиаторов, защитных и строительных липидов, а также свойствами эндогенных элисито-ров, которые в комплексе с молекулой липида распознаются специфическими рецепторами и запускают иммунный ответ.

ЛТБ играют важную роль в жизни человека. Широкое распространение и сходная пространственная организация делают эти белки одним из важнейших классов перекрестных растительных аллергенов, являющихся частой причиной развития аллергических реакций различной степени тяжести. Поверхностно-активные и аллергенные свойства, а также способность ЛТБ связывать и переносить гидрофобные лиганды делают возможным применение этих белков в фармации для конструирования систем доставки лекарственных и косметических средств, в аллергологии для создания современных диагностических тест-систем и препаратов для аллерговак-цинации, в пищевой промышленности для производства высококачественных сортов пива и в сельском хозяйстве для получения растений, устойчивых к стрессу. •

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-50-00131).

5. Lee J.Y., Min K., Cha H., Hwang D.H.S.K.Y., Suh S.W. // J. Mol. Biol. 1998. V. 276. P. 437-448.

6. Gizatullina A.K., Finkina E.I., Mineev K.S., Melnikova D.N., Bogdanov I.V., Telezhinskaya I.N., Balandin S.V., Shenkarev Z.O., Arseniev A.S., Ovchinnikova T.V. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2013. V. 439. № 4. P. 427-432.

7. Simorre J., Caille A., Dominique M., Didier M., Ptak M. // Biochemistry. 1991. V. 30. P. 11600-11608.

8. Yeasts T.H., Rose J.K.C. // Protein Sci. 2007. V. 17. P. 191-198.

9. Gomar J., Petit M.-C., Sodano P., Sy D., Marion D., Kader J.-C., Vovelle F., Ptak M. // Protein Sci. 1996. V. 5. № 4. P. 565-577.

10. Samuel D., Liu Y.J., Cheng C.S., Lyu P.C. // J. Biol. Chem. 2002. V. 277. P. 35267-35273.

11. Hoh F., Pons J.L., Gautier M.F., de Lamotte F., Dumas C. // Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 2005. V. 61. P. 397-406.

12. Pons J.L., de Lamotte F., Gautier M.F., Delsuc M.A. // J. Biol. Chem. 2003. V. 278. P. 14249-14256.

13. Cheng C.S., Chen M.N., Lai Y.T., Chen T., Lin K.F., Liu Y.J., Lyu P.C. // Proteins. 2008. V. 70. № 3. P. 695-706.

14. Tassin S., Broekaert W.F., Marion D., Acland D.P., Ptak M., Vovelle F., Sodano P. // Biochem. 1998. V. 37. P. 3623-3637.

15. Cheng C.S., Chen M.N., Liu Y.J., Huang L.Y., Lin K.F., Lyu P.Ch. // Enzyme Microb. Technol. 2004. V. 35. P. 532-539.

16. Pato C., Borgne M., Baut G., Papec P., Marion D., Douliez J.-P. // Biochem. Pharmacol. 2001. V. 62. P. 555-560.

17. Tassin-Moindrot S., Caille A., Douliez J.P., Marion D., Vovelle F. // Eur. J. Biochem. 2000. V. 267. P. 1117-1124.

18. Douliez J.-P., Michon T., Marion D. // Biochim. Biophys. Acta. 2000. V. 1467. P. 65-72.

19. Charvolin D., Douliez J.-P., Marion D., Cohen-Addad C., Pebay-Peyroula E. // Eur. J. Biochem. 1999. V. 264. P. 562-568.

20. Cheng H., Cheng P., Peng P., Lyu P., Sun Y. // Protein Sci. 2004. V. 13. P. 2304-2315.

21. Buhot N., Gomes E., Milat M.L., Ponchet M., Marion D., Lequeu J., Delrot S., Coutos-Thévenot P., Blein J.P. // Mol. Biol. Cell. 2004. V. 15. № 11. P. 5047-5052.

22. Li C., Xie W., Bai W., Li Z., Zhao Y., Liu H. // FEBS J. 2008. V. 275. № 21. P. 5298-5308.

23. Wang Z., Xie W., Chi F., Li C. // FEBS Lett. 2005. V. 579. № 7. P. 1683-1687.

24. Guerbette F., Grosbois M., Jolliot-Croquin A. // Mol. Cell. Biochem. 1999. V. 192. P. 157-161.

25. Guerbette F., Grosbois M., Jolliot-Croquin A., Kader J.-C., Zachowski A. // Biochemistry. 1999. V. 38. P. 14131-14137.

26. Ostergaard J., Vergnolle C., Schoentgen F., Kader J.-C. // Biochim. Biophys. Acta. 1993. V. 1170. P. 109-117.

27. Douliez J.-P., Pato C., Rabesona H., Molle D., Marion D. // Eur. J. Biochem. 2001. V. 268. P. 1400-1403.

28. Bakan B., Hamberg M., Larue V., Prangé T., Marion D., Las-combe M.B. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2009. V. 390. P. 780-785.

29. Bakan B., Hamberg M., Perrocheau L., Maume D., Rogniaux H., Tranquet O., Rondeau C., Blein J.P., Ponchet M., Marion D. // J. Biol. Chem. 2006. V. 281. № 51. P. 38981-38988.

30. Regente M.C., Giudici A.M., Villalaín J., de la Canal L. // Lett. Appl. Microbiol. 2005. V. 40. P. 183-189.

31. Caaveiro J.M.M., Molina A., González-Mañas J.M., Rodrí-guez-Palenzuela P., García-Olmedo F., Goñi F.M. // FEBS Lett. 1997. V. 410. P. 338-342.

32. Hoffmann-Sommergruber K. // Biochem. Society Transactions. 2002. V. 30. P. 930-935.

33. van Loon L.C., Rep M., Pieterse C.M. // Annu. Rev. Phyto-pathol. 2006. V. 44. P. 135-162.

34. Edreva A. // Gen. Appl. Plant Physiol. 2005. V. 31. P. 105-124.

35. Douliez J., Michon T., Elmorjani K., Marion D. // J. Cereal Sci. 2000. V. 32. P. 1-20.

36. Carvalho A.O., Gomes V.M. // Peptides. 2007. V. 28. P. 11441153.

37. Tsuboi S., Osafune T., Tsugeki R., Nishimura M., Yamada M. // Biochem. 1992. V. 3. P. 500-508.

38. Carvalho A.O., Teodoro C.E.S., Da Cunha M., Okorokova-Facanha A.L., Okorokov L.A., Fernandes K.V.S., Gomes V.M. // Physiol. Plant. 2004. V. 122. P. 328-336.

39. Diz M.S., Carvalho A.O., Ribeiro S.F., Da Cunha M., Beltra-

mini L., Rodrigues R., Nascimento V.V., Machado O.L., Gomes V.M. // Physiol. Plant. 2011. V. 142. № 3. P. 233-246.

40. Pagnussat L., Burbach C., Baluska F., de la Canal L. // J. Exp. Bot. 2012. V. 63. № 18. P. 6555-6563.

41. Edstam M.M., Edqvist J. // Physiol Plant. 2014. V. 152. № 1. P. 32-42.

42. Kobayashi Y., Motose H., Iwamoto K., Fukuda H. // Plant Cell Physiol. 2011. V. 52. № 6. P. 1095-1106.

43. Chae K., Gonong B.J., Kim S.C., Kieslich C.A., Morikis D., Balasubramanian S., Lord E.M. // J. Exp. Bot. 2010. V. 61. № 15. P. 4277-4290.

44. Garcia-Olmedo F., Molina A., Segura A., Moreno M. // Trends in Microbiology. 1995. V. 3. № 2. P. 72-74.

45. Choi A.M., Lee S.B., Cho S.H., Hwang I., Hur C.-G., Suh M.C. // Plant Physiol. Biochem. 2008. V. 46. P. 127-139.

46. Thoma S., Hecht U., Kippers A., Botella J., De Vries S., Somerville C. // Plant Physiol. 1994. V. 105. P. 35-45.

47. Jung H.W., Kim W., Hwang B.K. // Plant Cell Environ. 2003. V. 26. № 6. P. 915-928.

48. Gomes E., Sagot E., Gaillard C., Laquitaine L., Poinssot B., Sanejouand Y.H., Delrot S., Coutos-Thévenot P. // Mol. Plant Microbe Interact. 2003. V. 16. № 5. P. 456-464.

49. Wang C., Yang C., Gao C., Wang Y. // Tree Physiol. 2009. V. 29. № 12. P. 1607-1619.

50. Trevino M.B., O’Conell M.A. // Plant Physiol. 1998. V. 116. P. 1461-1468.

51. Zottich U., Da Cunha M., Carvalho A.O., Dias G.B., Silva N.C., Santos I.S., do Nacimento V.V., Miguel E.C., Machado O.L., Gomes V.M. // Biochim. Biophys. Acta. 2011. V. 1810. № 4. P. 375-383.

52. Cammue B.P.A., Thevissen K., Hendriks M., Eggermont K., Goderis L.J., Proost P., Damme J.V., Osborn R.W., Guerbette F., Kader J., Broekaert W.F. // Plant Physiol. 1995. V. 109.

P. 445-455.

53. Segura A., Moreno M., García-Olmedo F. // FEBS Lett. 1993. V. 332. № 3. P. 243-246.

54. Dubreil L., Gaborit T., Bouchet B., Gallant D.J., Broekaert W.F., Quillien L., Quillien L., Marion D. // Plant Sci. 1998.

V. 138. P. 121-135.

55. Molina A., Segura A., Garcia-Olmedo F. // FEBS. 1993. V. 316. P. 119-122.

56. Sun J.Y., Gaudet D.A., Lu Z.X., Frick M., Puchalski B., Laroche A. // Mol. Plant Microbe Interact. 2008. V. 21. № 3. P. 346-360.

57. Ge X., Chen J., Sun C., Cao K. // Prot. Eng. 2003. V. 16. P. 387-390.

58. Ooi L.S., Tian L., Su M., Ho W.S., Sun S.S., Chung H.Y., Wong H.N., Ooi V.E. // Peptides. 2008. V. 29. № 12. P. 2101-2109.

59. Lin P., Xia L., Wong J.H., Ng T.B., Ye X., Wang S., Shi X. // J. Pept. Sci. 2007. V. 13. № 10. P. 642-648.

60. Zhang N., Jonnes B.L., Tao H.P. // Cereal Chem. 1997. V. 74. № 2. P. 119-122.

61. Melo F.R., Rigden D.J., Franco O.L., Mello L.V., Ary M.B., Grossi de Sa M.F., Bloch C. // Proteins. 2002. V. 48. № 2. P. 311-319.

62. Jones B.L., Marinac L.A. // J. Agric. Food Chem. 2000. V. 48. P. 257-264.

63. Sawano Y., Hatano K., Miyakawa T., Komagata H., Miyauchi Y., Yamazaki H., Tanokura M. // Plant Physiol. 2008. V. 146. № 4. P. 1909-1919.

64. Chae K., Kieslich C., Morikis D., Kim S., Lord E.M. // Plant Cell. 2009. V. 21. P. 3902-3914.

65. Zhang D., Liang W., Yin C., Zong J., Gu F., Zhang D. // Plant Physiol. 2010. V. 154. № 1. P. 149-162.

66. Cameron K.D., Teece M.A., Smart L.B. // Plant Physiol. 2006. V. 140. P. 176-183.

67. Lee S.B., Go Y.S., Bae H.J., Park J.H., Cho S.H., Cho H.J., Lee

D.S., Park O.K., Hwang I., Suh M.C. // Plant Physiol. 2009. V. 150. № 1. P. 42-54.

68. Kader J.-C. // Trends Plant Science. 1997. V. 2. № 2. P. 66-70.

69. Sterk P., Booij H., Schellekens G.A., van Kammen A., De Vries S.C. // Plant Cell. 1991. V. 3. P. 907-921.

70. Park S.Y., Jauh G.Y., Mollet J.C., Eckard K.J., Nothnagel E.A., Walling L.L., Lord E.M. // Plant Cell. 2000. V. 12. P. 151-163.

71. Ouvard O., Cellier F., Ferrare K., Tousch D., Lamaze T., Dupuis J.M., Casse-Delbart F. // Plant Mol. Biol. 1996. V. 31. P. 819-829.

72. Hincha D.K. // Phil. Trans. R. Soc. Lond. 2002. V. 357. P. 909-916.

73. Choi Y.E., Lim S., Kim H.J., Han J.Y., Lee M.H., Yang Y., Kim J.A., Kim Y.S. // Plant J. 2012. V. 70. № 3. P. 480-491.

74. Sror H.A., Tischendorf G., Sieg F., Schmitt J.M., Hincha D.K. // Cryobiology. 2003. V. 47. № 3. P. 191-203.

75. Cheng C.S., Samuel D., Liu Y.J., Shyu J.C., Lai S.M., Lin K.F., Lyu P.C. // Biochemistry. 2004. V. 43. P. 13628-13636.

76. Wang X., Wang H., Cao K., Ge X. // Mol. Biol. Rep. 2009. V. 36. P. 745-750.

77. Osman H., Vauthrin S., Mikes V., Milat M.L., Panabieres F., Marais A., Brunie S., Maume B., Ponchet M., Blein J.P. // Mol. Biol. Cell. 2001. V. 12. P. 2825-2834.

78. Kim Y.T., Oh J., Kim K.H., Uhm J.Y., Lee B.M. // Mol. Biol. Rep. 2010. V. 37. № 2. P. 717-727.

79. Douliez N., Jacquemard A., Marion D., Tran V., Maume B., Milat M., Ponchet M., Mikes V., Kader J.-C., Blein J. // FEBS Lett. 2001. V. 509. № 1. P. 27-30.

80. Maldonado A.M., Doerner P., Dixon R.A., Lamb C.J., Cameron R.K. // Nature. 2002. V. 419. № 6905. P. 399-403.

81. Lascombe M.B., Bakan B., Buhot N., Marion D., Blein J.P., Larue V., Lamb C., Prangé T. // Protein Sci. 2008. V. 17. № 9. P. 1522-1530.

82. Degli Esposti M. // Biochim. Biophys. Acta. 2002. V. 1553. № 3. P. 331-340.

83. Crimi M., Astegno A., Zoccatelli G., Esposti M.D. // Arch. Biochem. Biophys. 2006. V. 445. № 1. P. 65-71.

84. Rudrappa T., Biedrzycki M.L., Kunjeti S.G., Donofrio N.M., Czymmek K.J., Paré P.W., Bais H.P. // Commun. Integr. Biol. 2010. V. 3. № 2. P. 130-138.

85. Pii Y., Astegno A., Peroni E., Zaccardelli M., Pandolfini T., Crimi M. // Mol. Plant Microbe Interact. 2009. V. 22. № 12. P. 1577-1587.

86. Pii Y., Molesini B., Pandolfini T. // Plant Signal Behav. 2013. V. 8. № 7. e24836.

87. Tomassen M.M., Barrett D.M., van der Valk H.C., Woltering

E.J. // J. Exp. Bot. 2007. V. 58. № 5. P. 1151-1160.

88. Palacin A., Varelaw J., Quirce S., del Pozo V. // Clin. Exp. Allergy. 2009. V. 39. P. 1267-1276.

89. Salcedo G., Sanchez-Monge R., Diaz-Perales A., Garcia-Casado G., Barber D. // Clin. Exp. Allergy. 2004. V. 34. № 9. P. 1336-1341.

90. Hauser M., Roulias A., Ferreira F., Egger M. // Allergy Asthma Clin. Immunol. 2010. V. 6. № 1. P. 1-14.

91. Borges J.P., Barre A., Culerrier R., Granier C., Didier A., Rougé P // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008. V. 365. № 4. P. 685-690.

92. Akkerdaas J., Finkina E.I., Balandin S.V., Santos Magadán S., Knulst A., Fernandez- Rivas M., Asero R., van Ree R., Ovchin-nikova T.V. // Int. Arch. Allergy Immunol. 2012. V. 157. P. 51-57.

93. Borges J.P., Jauneau A., Brule C., Culerrier R., Barre A., Didier A., Rougé P. // Plant Physiol. Biochem. 2006. V. 44. P. 535-542.

94. Fernandez-Rivas M., Gonzalez-Mancebo E., Rodriguez-Perez R., Benito C., Sanchez-Monge R., Salcedo G., Alonso M.D., Rosado A., Tejedor M.A., Vila C., et al. // J. Allergy Clin. Immunol. 2003. V. 112. P. 789-795.

95. Egger M., Hauser M., Mari A., Ferreira F., Gadermaier G. // Curr. Allergy Asthma Rep. 2010. V. 10. № 5. P. 326-335.

96. Marzban G., Mansfeld A., Herndl A., Jäger S., Stoyanova M. E., Hemmer W., Katinger H., Laimer M. // Aerobiologia. 2006. V. 22. P. 237-245.

97. Fernández-Rivas M., Bolhaar S., González-Mancebo E., Asero R., van Leeuwen A., Bohle B., Ma Y., Ebner C., Rigby N., Sancho A.I., et al. // J. Allergy Clin. Immunol. 2006. V. 118. P. 481-488.

98. Pacios L.F., Tordesillas L., Cuesta-Herranz J., Compes E., Sánchez-Monge R., Palacín A., Salcedo G., Díaz-Perales A. // Mol. Immunol. 2008. V. 45. № 8. P. 2269-2276.

99. García-Casado G., Pacios L.F., Díaz-Perales A., Sánchez-Monge R., Lombardero M., García-Selles F.J., Polo F., Barber D., Salcedo G. // J. Allergy Clin. Immunol. 2003. V. 112. P. 599-605.

100. Salcedo G., Sanchez-Monge R., Barber D., Diaz-Perales A. // Biochim. Biophys. Acta. 2007. V. 1771. P. 781-791.

101. Tordesillas L., Cuesta-Herranz J., Gonzalez-Muñoz M., Pacios L.F., Compés E., Garcia-Carrasco B., Sanchez-Monge R., Salcedo G., Diaz-Perales A. // Mol. Immunol. 2009. V. 46. P. 722-728.

102. Schulten V., Radakovics A., Hartz C., Mari A., Vazquez-Cortes S., Fernandez-Rivas M., Lauer I., Jahn-Schmid B., Eiwegger T., Scheurer S., et al. // J. Allergy Clin. Immunol. 2009. V. 124. № 1. P. 100-107.

103. Edstam M.M., Viitanen L., Salminen T.A., Edqvist J. // Mol. Plant. 2011. V. 4. № 6. P. 947-964.

104. Boutrot F., Chantret N. Gautier M.-F. // BMC Genomics.

2008. V. 9. № 86. P. 1-19.

105. Jang C.S., Jung J.H., Yim W.C., Lee B.M., Seo Y.W., Kim W. // Mol. Cell. 2007. V. 24. № 2. P. 215-223.

106. Moore R.C., Purugganan M.D. // Curr. Opin. Plant Biol. 2005. V. 8. P. 122-128.

107. Nieuwoudt M., Lombard N., Rautenbach M. // Food Chem. 2014. V. 157. P. 559-567.

108. Safi H., Saibi W., Alaoui M.M., Hmyene A., Masmoudi K., Hanin M., Brini F. // Plant Physiol Biochem. 2015. V. 89. P. 64-75.

109. Wang F., Zang X.S., Kabir M.R., Liu K.L., Liu Z.S., Ni Z.F., Yao Y.Y., Hu Z.R., Sun Q.X., Peng H.R. // Gene. 2014. V. 550. № 1. P. 18-26.

110. Guo C., Ge X., Ma H. // Plant Mol. Biol. 2013. V. 82. № 3. P. 239-253.

111. Van Winkle R.C., Chang C. // Clin. Rev. Allergy Immunol. 2014. V. 46. № 3. P. 211-224.

112. Bidad K., Nicknam M.H., Farid R. // Iran J. Allergy Asthma Immunol. 2011. V. 10. № 1. P. 1-9.

113. Mutschlechner S., Deifl S., Bohle B. // Clin. Exp. Allergy.

2009. V. 39. № 11. P. 1635-1642.

114. Cromwell O., Häfner D., Nandy A. // J. Allergy Clin. Immunol. 2011. V. 127. № 4. P. 865-872.

115. Bonura A., Passantino R., Costa M.A., Montana G., Melis M., Bondi M.L., Butteroni C., Barletta B., Corinti S., Di Felice G., et al. // Clin. Exp. Allergy. 2012. V. 42. № 3. P. 471-480.

116. Gómez-Casado C., Garrido-Arandia M., Gamboa P., Blanca-López N., Canto G., Varela J., Cuesta-Herranz J., Pacios L.F., Díaz-Perales A., Tordesillas L. // Clin. Dev. Immunol. 2013.

V. 2013. P. 1-12.

18. Белки растений, их состав, структура и функции. Содержание в растениях. Питательная ценность.

Белки являются сложными биополимерами, мономером которых являются аминокислоты. В белковых молекулах в силу их сложного пространственного строения имеются следующие химические и физические связи между отдельными группами мономеров:

пептидные,

дисульфидные,

нековалентные водородные,

гидрофобные,

электростатические.

Белки имеют трех-четырехуровневую структурную организацию в зависимости от сложности молекулы.

Первичная структура белковой молекулы — это та последовательность аминокислот, которая закодирована в генотипе организма.

Вторичная структура белковой молекулы — это свертывание молекулы белка в пространстве за счет нековалентных водородных связей между соседними аминокислотами.

Третичная структура белковой молекулы — это фиксирование спирали полипептидной цепочки за счет взаимодействия боковых групп аминокислот и образования гидрофобных и электростатических связей постоянной пространственной структуры. Пространственное расположение белковых молекул бывает в основном двояким: нитевидная форма или округлая форма, хотя возможны и другие формы молекулы. В основном по конфигурации белковые молекулы делят на фибриллярные и глобулярные. У всех белков имеются три уровня организации структуры молекулы.

Четвертичная структура белковой молекулы присуща только сложным белкам, состоящим из нескольких белковых молекул. При этом несколько полностью пространственно организованных белков соединяются между собой, часто с помощью иона, гема или другого объединяющего элемента, образуя биологически активный белок. Связи, объединяющие несколько белковых молекул в одну чаще всего бывают водородными, ионными или гидрофобными. Типичным примером такой молекулы является молекула гемоглобина (из курса микробиологии — молекула леггемоглобина).

Функции белков. Поскольку белки занимают ведущее место в составе органических веществ в клетке, то и их функции крайне разнообразны. Белки являются в клетке:

ферментами (т.е. ведут катализ биохимических реакций),

структурными (строительными) молекулами,

запасными веществами,

транспортными молекулами (перенос кислорода, углекислого газа, жиров, железа и т.д.),

сократительными (мышечными) молекулами,

защитными веществами,

токсинами,

гормонами.

Содержание белков у высших наземных растений может подниматься до 10%, но в среднем составляет 3% или менее.

Белки растительного происхождения являются замечательным источником белка, поскольку снижают общее потребление насыщенных жиров и холестерина, но лишь при условии их комбинирования, чтобы организм получал полный набор незаменимых аминокислот.

Среди популярных в этом отношении продуктов — бобовые, орехи и соя. Помимо этого, растительный протеин также имеется в виде волокон, получаемых из соевой муки. При этом происходит изоляция протеинов, и такой продукт называется структурированным растительным белком (TVP). Он в основном применяется как альтернатива мясу в вегетарианских хот-догах, гамбургерах, «куриных» брикетах и тд. Это низкокалорийный и низкожирный источник растительного белка. Растительные продукты также обеспечивают организм другими полезными веществами, включая фитохимические вещества и клетчатку, которые также имеют большую ценность в рационе.

В растениях нашли скопления амилоида

Проросток гороха посевного

Jun Seita / Flickr

Российские исследователи обнаружили в семенах гороха посевного (Pisum sativum) амилоидоподобные скопления запасных белков, в первую очередь вицилина, сообщается в PLoS Biology. Это первый случай, когда растительные белки находят в такой форме. Амилоидные скопления вицилина образуются в клетках семядолей гороха, их содержание растет по мере созревания семени, а после прорастания падает. Они не распадаются под воздействием пищеварительных ферментов и при варке, сохраняются после консервирования и в больших концентрациях токсичны для клеток млекопитающих.

Амилоид (амилоидные волокна, бляшки и прочее) — это скопление молекул белков, прочно связанных бета-складчатыми листами. Они способны к самоорганизации: если несколько молекул белка перешло в форму амилоида, то и соседние молекулы тоже ее примут. Кроме того, белки в амилоидах часто образуют связи с полисахаридами или некоторыми другими молекулами. Эти стойкие образования выявляют у больных различными тяжелыми и неизлечимыми недугами, в том числе болезнью Альцгеймера. Некоторое количество амилоидов присутствует и в здоровых клетках, например в гиппокампе млекопитающих и грибовидных телах насекомых, и способствует запоминанию. Важны они и для хранения пептидных гормонов, создания биопленок (у бактерий), формирования специализированных гиф (у грибов) и ряда других целей.

Интересно, что хотя слово «амилоид» связано с крахмалом и изначально использовалось для обозначения углеводов растительной клетки (и до сих пор амилопластами называют структуры, образующие крахмал), у растений белков в форме амилоидных скоплений еще не находили. Однако биоинформатический анализ последовательностей аминокислот в составе различных растительных белков показал, что существование амилоидов в клетках этой группы организмов возможно: грубо говоря, аминокислоты в некоторых белках стоят в таком порядке, что могут образовать характерные для амилоидов структуры. Согласно ему, наиболее вероятные кандидаты на образование амилоидов в растениях — глобулиновые белки «размером» 11S и 7S (единиц Сведберга; определяют скорость осаждения, но не реальный размер молекулы)

Авторы этого анализа, сотрудники Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии и еще нескольких российских научных учреждений во главе с Антоном Нижниковым проверили состояние ряда глобулиновых белков в семенах одного из модельных растений — гороха посевного (Pisum sativum). За содержанием различных белков в семенах следили с момента их образования до прорастания. Амилоиды выявляли жидкостной хроматографией, а также действием ионных детергентов (в отличие от других форм белков, амилоидные скопления после такого воздействия сохраняются).

Оказалось, что амилоидные скопления в семенах гороха есть, и большую их часть образует белок вицилин. Они служат одним из источников азота для проростков. Больше всего их оказалось в семядолях — структурах семени, где обычно бобовые запасают питательные вещества для зародышей. Содержание вицилиновых амилоидных скоплений росло по мере созревания семени, но после его прорастания падало. По всей видимости, такая форма хранения белка помогает стабилизировать его до момента, пока он не понадобится молодому растению.

Амилоидные скопления удалось извлечь из семян и посмотреть на их свойства in vitro и действие на другие организмы. Их присутствие в среде с неамилоидными молекулами вицилина способствовало тому, что вторые тоже формировали скопления. На поверхности клеток кишечной палочки и в клетках дрожжей они вели себя так же. В вареных и консервированных семенах гороха тоже присутствовали амилоидные фибриллы вицилина. Они оказались стойкими к воздействию ферментов, разрушающих белки, но распадались под направленным действием ультразвука.

Когда вицилиновый амилоид вводили в культуры клеток дрожжей в концентрации 0,5 микромоль на миллилитр и выше, почти все они гибли. То же происходило и с культурой клеток аденокарциномы толстой кишки человека DLD1. Стоит учесть, что в семенах гороха концентрация амилоида значительно ниже, поэтому такие результаты не означают, что есть горох опасно для здоровья.

Наверняка вицилин не единственный растительный протеин, способный образовывать амилоидные скопления. Искать другие похожие по свойствам белки следует в семенах и других частях растений, которые используются для переживания неблагоприятных условий. Исключительная стойкость амилоидов ко внешним воздействиям делает их надежной формой хранения белков.

Семя — удивительно стойкая структура. Она может храниться без потери жизнеспособности десятки, а то и тысячи лет. Самые старые семена, которые удалось прорастить, — это семена иудейских финиковых пальм возрастом около двух тысяч лет. А живые зародыши извлекли (и вырастили из них полноценные особи) из еще более старых семян смолевки узколистой (или, по некоторым данным, зорьки сибирской) возрастом 31800 лет. В обоих случаях сохранить «посадочный материал» помог климат: косточки финиковой пальмы до прибытия ученых лежали в жарком месте с очень низкой влажностью на юго-западном побережье Мертвого моря, а плоды смолевки — в многолетней мерзлоте на северо-востоке Якутии.

Светлана Ястребова

Строение и функции белков

Доказано, что белки составляют, в среднем, до 50% от сухой массы практически всех живых существ. Основным структурным элементом белка является аминокислота. В составе каждой из аминокислот имеется карбоксильная (кислотная) и аминогруппа. При комбинации этих групп появляется пептидная связь, поэтому второе название белков – полипептиды.

Структуры белка

1. Первичная структура — цепь, состоящая из аминокислот, соединенных пептидной связью (мощной, ковалентной). При чередовании 20 аминокислот в разном порядке образуется множество разнообразных белков. В случае замены в определенной белковой цепочке хотя бы одной аминокислоты полностью меняется структура и, соответственно, функции белка. Поэтому первичная структура по праву является основной в белке.

2. Вторичная. Это спираль, форма которой поддерживается водородными связями (относительно слабыми).

3. Третичная структура – это шар, или так называемая глобула. Она образована, благодаря четырем видам связей. Из них наиболее мощная дисульфидная (так называемый серный мостик). Более слабыми являются такие связи, как гидрофобные, ионные, водородные). Функции белка определяются формой глобулы, по которой белки сильно отличаются друг от друга. Вследствие денатурации происходит изменение формы белка, что влечет нарушение его функции.

4. Четвертичная структура характерна не для всех белков. Представлена несколькими глобулами, объединенными друг с другом теми же связями, что и в третичной структуре. Ярким примером является гемоглобин.

Денатурация

Это процесс внешнего влияния на белок, который приводит к изменению формы его глобулы. Воздействие на белок оказывает высокая температура, избыточная соленость, кислотность, реакции с другими веществами. В случае, когда воздействие на белок не сильное (например, повышение температуры на 1 градус), возникает обратимая денатурация. При значительных воздействиях белок подвергается необратимой денатурации. В этом случае повреждаются все структуры, за исключением первичной.

Функции белков

В любом живом организме белки выполняют множество разных функций. Самые важные из них:

1. Структурная (строительная) заключается в том, что любая живая клетка состоит, в большей степени, из белков и воды.

2. Ферментативная выражается в том, что существуют белки-ферменты, выполняющие роль ускорителей химических реакций. Это происходит, так как активная часть фермента подходит к определенному веществу как ключик к замку.

3. Защитная функция ярко прослеживается на примере организма животного, где белки-антитела иммунной системы уничтожают болезнетворные микроорганизмы.

Похожие материалы:

9 растительных продуктов, содержащих не менее 7 граммов белка

Независимо от того, придерживаетесь ли вы вегетарианской или веганской диеты или просто хотите исключить мясо из своего еженедельного плана питания, растительные белки — лучший способ гарантировать, что при сокращении или исключении продуктов животного происхождения вы не потеряете необходимый белок.

Около двадцати процентов человеческого тела состоит из белка, так что это жизненно важное питательное вещество, которое нам нужно есть в больших количествах. В то время как животные белки, такие как мясо и молочные продукты, являются простыми способами удовлетворения этих потребностей, многие люди предпочитают избегать их из соображений морали или здоровья.Чтобы помочь вам иметь хорошее представление о том, какими должны быть ваши продукты, когда вы хотите получать белок из растений, мы собрали наши лучшие варианты. Они расположены в порядке от самого высокого уровня белка к самому низкому, и с самым низким показателем и , составляющим не менее десяти граммов на порцию, все они содержат полный белковый заряд. Читайте об этих растительных продуктах, а также о том, как их использовать в кулинарии.

Темпе

Содержащий 34 грамма белка на чашку или 18 граммов в порции по 3 унции, темпе является нашим лучшим выбором растительного белка.Он также содержит 10 граммов клетчатки, что делает его отличным источником. Он также имеет широкий спектр аминокислот, которых нет во многих растительных белках. Темпе производится путем ферментации соевых бобов, и этот процесс ферментации позволяет организму лучше усваивать его питательные вещества. Попробуйте его в простом кисло-сладком блюде, в качестве мясной альтернативы чили, в салате с курицей или в бутерброде с сырным стейком по-филадельфийски.

Сейтан

Не отстает от темпе по содержанию белка и сейтан.Он содержит почти 32 грамма белка на чашку, а порция весом 2,5 унции предлагает 17 граммов. В отличие от темпе, ферментированной версии соевых бобов, сейтан не совсем цельный продукт, но это не значит, что он не питателен. Он сделан из пшеничной клейковины, поэтому подходит только для людей, у которых нет целиакии или непереносимости глютена. Сейтан из пшеничной клейковины можно приготовить самостоятельно, а можно купить уже готовый. Текстура мясистая, хорошо впитывает вкус. Используйте его в качестве основы для острых крылышек Баффало, тако или «куриных» котлет.

Чечевица

Эти бобовые с высоким содержанием клетчатки добавляют к вашему рациону 18 граммов белка на чашку, а размер порции 1/2 чашки (также известный как 9 граммов белка) или больше — отличное дополнение к вашему дневному рациону. В чечевице почти столько же клетчатки, сколько и белка, и это свойство делает ее особенно сытной. Они бывают нескольких разновидностей, и текстуры варьируются между ними. Вы найдете розовую чечевицу мягкой и кремовой при приготовлении, в то время как французская черная чечевица сохраняет свою форму и вкус.Они прекрасны с добавлением марокканских специй, в супе с высоким содержанием белка с ячменем или в качестве основы для легкого веганского и безглютенового хлеба.

Эдамаме

Перед переработкой в ​​тофу или ферментацией в темпе, соевые бобы еще в стручках известны как эдамаме. Эти маленькие зеленые бобы содержат более 9 граммов белка на полчашки. С добавлением 4 граммов клетчатки получается закуска, которая достаточно сытна, чтобы насытить ее вместе с легким блюдом. Подавать их можно просто вареными, просто посолив по вкусу.Если вы предпочитаете что-то поострее, эта фасоль может иметь вкус перца чили, как в этом сердитом эдамаме и в этой острой версии.

Киноа

Она известна высоким содержанием аминокислот для растительной пищи, но киноа также является источником белка: каждая 1 чашка порции содержит 8 граммов белка. Киноа, известная как полноценный белок из-за того, что она является редкой растительной пищей, содержащей все 9 незаменимых аминокислот, стала невероятно популярной. Аминокислоты делают его более питательным, чем другие злаки, и хотя он рассматривается как зерно, на самом деле это семя.По вкусу киноа чем-то похожа на кускус, и ею можно наслаждаться в таких блюдах, как киноа в соусе маринара, вегетарианской начинке или салате табуле.

Семена конопли

Мягкие и легко жеваемые семена конопли содержат 7,5 граммов белка в каждой порции по 1,5 столовой ложки. Это примерно вдвое больше, чем содержится в семенах чиа и семенах льна, что делает их лучшим выбором для удовлетворения ваших потребностей в растительном белке. Они известны тем, что полны полезных жиров, так как содержат кислоты омега-3 и 6. Эти маленькие семена, также называемые конопляными сердечками, можно посыпать чем угодно, от салатов до смузи.Используйте их, чтобы сделать сливочное и питательное молоко на растительной основе; или топ-смузи, такие как это арахисовое масло с высоким содержанием белка, один с ними.

Фасоль

Нет недостатка в бобовых, богатых белком. Клюквенная фасоль, нут, черная фасоль, пинто и фасоль содержат от 7 до 8 граммов белка на порцию 1/2 чашки. Они содержат почти столько же клетчатки, сколько и белка, и почти не содержат жира. Они богаты витамином B, фолиевой кислотой, а также фосфором и марганцем.Фасоль можно подавать в качестве гарнира, основного блюда или добавлять в салаты. Их можно использовать в качестве основы для вегетарианского чили, для приготовления вегетарианских бургеров, в супе тако в мультиварке, в сочетании с рисом или в салате из макарон.

Арахис

Этот орех на самом деле является бобовым, причем с высоким содержанием белка. Арахис содержит более 7 граммов белка на унцию и около 2,5 граммов клетчатки. Пища с высоким содержанием жиров, они сытные и богатые. Хотя вы, конечно, можете наслаждаться арахисом в качестве арахисового масла, у него есть и другие кулинарные применения.Подумайте о том, чтобы добавить их в жаркое из шпината или в салат из капусты с лапшой. Если вы предпочитаете арахис, который уже перемолот в ореховое масло, вы можете выбрать простой арахисовый соус или клейкий рис.

Тофу

Этот скромный блок сои, содержащий 7 граммов белка на 1/2 чашки, часто используется в основных блюдах в качестве основного белка. В нем мало углеводов и жиров, и хотя он не такой питательный, как его ферментированный аналог темпе, он все же считается весьма полезным для здоровья. Тофу хорошо подходит для жарки, например, с арахисовым соусом.Вы также можете использовать его вместо рикотты для лазаньи, для усиления фруктового смузи и даже в качестве основы для веганских взбитых сливок.

Что такое растительный белок?

Растительный белок — это термин, обозначающий продукты, которые являются хорошими источниками белка, но не содержат продуктов животного происхождения. Все продукты, перечисленные в этой статье, можно считать растительными белками, поскольку они являются растительными продуктами с высоким содержанием белка.

В чем разница между животным и растительным белком?

Разница между животными и растительными белками заключается в том, что растительные белки производятся из растений, а животные белки производятся из животных или продуктов животного происхождения.Мясо — это плоть животных, а молочные продукты — из молока животных, вырабатываемого млекопитающими. И наоборот, растительные белки состоят только из того, что растет из земли.

Какие хорошие белковые добавки добавить в свой распорядок дня?

Если вы беспокоитесь о том, чтобы получать достаточное количество белка только из цельных продуктов, есть много отличных протеиновых порошков на растительной основе. К ним относятся белок гороха, белок конопли, белок семян подсолнечника и белок коричневого риса.

Растительные белки: оценка их пищевой ценности и влияния на здоровье и физическую функцию

5.1. Антинутриенты

Одной из проблем со здоровьем, связанной с повышенным потреблением растительных белков с пищей, является присутствие антинутриентов в растительных продуктах. Антипитательные вещества — это естественные вещества, вырабатываемые растениями, которые могут мешать пищеварению, абсорбции или использованию питательных веществ в пище, а также могут иметь другие неблагоприятные последствия [129]. Побочные эффекты антинутриентов могут включать синдром повышенной кишечной проницаемости и аутоиммунные эффекты (например, лектины и некоторые сапонины), нарушение пищеварения белков (ингибиторы трипсина и протеазы), нарушение пищеварения углеводов (ингибиторы альфа-амилазы), нарушение всасывания минералов (фитаты, дубильные вещества и оксалаты), нарушение пищеварения. поглощение йода щитовидной железой (зобогены), дисфункция кишечника, воспаление и поведенческие эффекты (преобразование глиадинов злаков в экзорфины) [129].Часто неблагоприятное воздействие антинутриентов наблюдалось у животных, которых кормили необработанными растительными белками, и эти наблюдения вызывали у людей опасения относительно потребления некоторых растительных продуктов. Однако важно отметить, что антинутриенты не всегда связаны с побочными эффектами, а в некоторых случаях их воздействие на организм может быть положительным. При низких уровнях фитаты, лектины, фенольные соединения, ингибиторы ферментов и сапонины могут способствовать снижению уровня глюкозы в крови и/или холестерина и триглицеридов в плазме [129].Сапонины могут помочь функции печени и уменьшить агглютинацию тромбоцитов, а некоторые сапонины, а также фитаты, ингибиторы протеазы, лигнаны и фитоэстрогены могут снизить риск развития рака [129]. Кроме того, дубильные вещества могут оказывать противомикробное действие [129]. Таким образом, некоторые из преимуществ растительной диеты для здоровья могут быть связаны с наличием низких уровней этих «антинутриентов». Наконец, существует несколько способов значительного снижения концентрации антипитательных веществ в растительных белках, включая замачивание, ферментацию, проращивание (прорастание), нагревание, гамма-облучение и геномные технологии [129].Методы обработки пищевых продуктов позволяют в значительной степени удалить антипитательные вещества, такие как глюкозинолаты, фитаты, эруковая кислота и нерастворимая клетчатка, из белков канолы/рапса, что значительно улучшает их биодоступность [26]. Поскольку концентраты и изоляты растительного белка, как правило, обрабатываются для устранения антинутриентов, их усвояемость обычно намного выше, чем когда белок остается в цельной пищевой матрице. Например, усвояемость белка изолята соевого белка составляет 96% и выше, в то время как усвояемость белка соевой муки составляет всего 84% [24,25].

5.2. Соевый белок и изофлавоны

Соевый белок в течение некоторого времени был предметом как заявлений об укреплении здоровья, так и потенциальных неблагоприятных последствий для здоровья из-за содержания в нем изофлавонов. Изофлавоны представляют собой соединения, элементы химической структуры которых аналогичны эстрогенам, а некоторые из них слабо связываются с рецепторами эстрогенов [130]. Высказывались опасения, что изофлавоны сои могут оказывать эндокринное разрушающее воздействие на репродуктивные гормоны, в значительной степени основанное на культуре клеток in vitro или исследованиях на грызунах с использованием больших доз изофлавонов [131, 132, 133].Содержание изофлавонов в различных ингредиентах соевого белка указано следующим образом (в пересчете на сырую массу, выраженное в агликонах): обезжиренная и цельная соевая мука (120–340 мг/100 г), изоляты соевого белка (88–164 мг/100 г), коммерческие текстурированные соевые белки (66–183 мг/100 г) и соевая гипокотильная мука (542–851 мг/100 г) [134]. В результате потребители могут отказаться от соевого белка, опасаясь неблагоприятного воздействия на репродуктивные гормоны или гормоны щитовидной железы. Тем не менее, многочисленные исследования, проведенные за последние 15 лет, показали, что опасения по поводу неблагоприятных гормональных эффектов физиологического количества соевых продуктов в рационе в значительной степени необоснованны.В 2015 году Европейское управление по безопасности пищевых продуктов провело всестороннюю оценку безопасности добавок изофлавонов для женщин в пери- и постменопаузе. Оценка показала, что ежедневные дозы 35–150 мг изофлавонов в этой популяции не приводили к увеличению риска рака молочной железы, не влияли на толщину эндометрия или гистопатологические изменения в матке в течение 30 месяцев (некоторые незлокачественные гистопатологические изменения в течение 60 месяцев) и никаких изменений в статусе гормонов щитовидной железы [135].

Метаанализ 15 плацебо-контролируемых исследований с участием мужчин разного возраста показал, что потребление соевого белка до 60 г/день не было связано со значительными изменениями уровня тестостерона, глобулина, связывающего половые гормоны, свободного тестостерона или свободного тестостерона. андрогенный индекс [136].Точно так же Dillingham et al. [137] наблюдали, что потребление примерно 32 г белка в день в течение 57 дней из соевого белка с низким или высоким содержанием изофлавонов было связано лишь с незначительными изменениями уровня репродуктивных гормонов в сыворотке у молодых здоровых мужчин. В другом сравнении добавок соевого белка с низким и высоким содержанием изофлавонов, белковые добавки, независимо от содержания изофлавонов, не влияли на параметры качества спермы (объем спермы, концентрацию сперматозоидов, количество сперматозоидов, подвижность сперматозоидов, процент подвижности сперматозоидов, общее количество подвижных сперматозоидов или морфология сперматозоидов) у здоровых молодых мужчин [138].

Поскольку некоторые виды рака молочной железы могут быть чувствительными к эстрогену, безопасность сои для больных раком молочной железы подвергается сомнению. Вопрос о том, влияют ли соевый белок/изофлавоны сои на риск рака молочной железы или его рецидива, также рассматривался в многочисленных исследованиях и обзорах. Мессина [130] пришел к выводу, что соевые продукты не повышают риск рака молочной железы и не ухудшают исходы рака у женщин с раком молочной железы. Метаанализ, проведенный в 2016 году, и еще два в 2019 году показали аналогичные выводы и далее предположили, что потребление соевой пищи может быть связано со снижением риска рака молочной железы и улучшением выживаемости при раке молочной железы [139, 140, 141].Систематический обзор 13 проспективных когортных исследований заболеваемости первичным раком молочной железы и пяти проспективных когортных исследований, изучающих риск рецидива и смертности (4–7 лет наблюдения после первого диагноза) [142, 143], показал, что соевые продукты не влияют на риск первичного рака молочной железы. рак молочной железы, но у пациентов с раком молочной железы диета с высоким содержанием сои связана с 25-процентным снижением рецидивов рака и 15-процентным снижением смертности. Защитный эффект сои был значительным как для эстроген-рецептор-позитивных, так и для —отрицательных типов рака молочной железы, но снижение частоты рецидивов было сильнее у эстроген-рецептор-отрицательных (HR = 0.64; 95% ДИ 0,44–0,94) по сравнению с типом рака молочной железы, положительным по рецепторам эстрогена (HR = 0,81; 95% ДИ 0,63–1,04). Американское онкологическое общество поддерживает потребление соевых продуктов выжившими после рака молочной железы [144].

Потенциальные опасения относительно воздействия соевых продуктов на функцию щитовидной железы могут служить препятствием для увеличения потребления соевого белка потребителями. Эти вопросы возникли в связи с некоторыми случаями зоба у младенцев, получавших соевые детские смеси 60 лет назад [145,146], а также в исследованиях in vivo [147] и in vitro [148], предполагающих, что изофлавоны ингибируют активность тиреоидной пероксидазы, ключевого фермента, который, с йодом помогает щитовидной железе синтезировать гормоны трийодтиронин (Т3) и тироксин (Т4).

Несмотря на ранние опасения по поводу потенциального вредного воздействия сои на функцию щитовидной железы, имеющиеся в настоящее время доказательства более убедительно указывают на безопасность сои. Недавно Отун и соавт. [149] провели систематический обзор и метаанализ 18 исследований влияния соевых продуктов/изофлавонов на функцию гормонов щитовидной железы у взрослых. Не было выявлено общего влияния сои или изофлавонов на функцию щитовидной железы, хотя в некоторых исследованиях авторы отмечали умеренное повышение уровня ТТГ, клиническая значимость которого неясна.Наконец, отсутствие эпидемиологической связи между потреблением сои в пищу и функцией щитовидной железы в странах с высоким потреблением сои является еще одним аргументом в пользу безопасности сои. Хотя нельзя исключать возможность неблагоприятного воздействия сои на функцию щитовидной железы в некоторых подгруппах населения (например, с пограничным йодным статусом или субклиническим гипотиреозом), люди с нормальной функцией щитовидной железы и потреблением йода должны иметь возможность безопасно употреблять сою. продукты/белки [150].

Что касается лиц с гипотиреозом, принимающих препараты для заместительной терапии щитовидной железы, то имеются ограниченные данные тематических исследований о том, что соевые продукты могут в некоторой степени влиять на всасывание левотироксина у некоторых лиц с гипотиреозом [151].Однако даже в этой ситуации разумное потребление соевых продуктов может быть приемлемым, если доза левотироксина либо увеличена, либо рассчитана таким образом, чтобы она не совпадала с потреблением сои [150, 151].

5.3. Растительный белок и аллергенность

Как упоминалось выше, тенденция к увеличению потребления растительного белка проистекает из имеющихся данных, свидетельствующих о том, что источник белка (или белковая «упаковка»), а не только количество белка, влияет на наш организм. здоровье.Медицинские работники рекомендуют добавлять различные источники белка, такие как соя, бобы, орехи или другие белки растительного происхождения, вместо красного мяса и обработанного мяса, чтобы снизить риск некоторых заболеваний [152]. По мере роста индустрии здорового питания производители продуктов питания обращают внимание на тенденцию включения большего количества продуктов растительного происхождения, чтобы привлечь потребителей. Это тенденция не только у взрослых, но и у детей. Все чаще родители и опекуны кормят младенцев и детей младшего возраста «молочными» альтернативами коровьему молоку на растительной основе [153,154,155,156,157], а также включают в ежедневный план питания своих детей более вегетарианские варианты, такие как наггетсы и гамбургеры на растительной основе.Такой диетический выбор может иметь непредвиденные последствия.

Одним из таких исходов является аллергенность. Пищевая аллергия — это неблагоприятное воздействие на здоровье, возникающее в результате специфического иммунного ответа, который воспроизводимо возникает при воздействии данной пищи [158]. Воздействие на здоровье, называемое аллергической реакцией, возникает из-за того, что иммунная система атакует пищевые белки, которые обычно безвредны. Симптомы варьируются от легких и преходящих до тяжелых и опасных для жизни. По данным исследований и образования в области пищевой аллергии, 32 миллиона американцев живут с потенциально опасными для жизни пищевыми аллергиями.На основании обзора литературы оценивается, что пищевая аллергия затрагивает более 1-2% и менее 10% населения [159].

В США более 170 пищевых продуктов были идентифицированы как триггеры пищевой аллергии [158]. Наиболее распространенные продукты, вызывающие большинство серьезных аллергических реакций, включают арахис, лесные орехи, рыбу, моллюсков, молоко, яйца, пшеницу и сою [158]. Наиболее распространенными пищевыми аллергиями у детей и взрослых в Соединенных Штатах являются аллергии на арахис, молоко, моллюсков и орехи, причем молоко наиболее распространено у детей, а моллюски — у взрослых [160, 161].Общие пищевые аллергены из других стран включают: семена кунжута в Канаде, Европейском Союзе (ЕС), Австралии/Новой Зеландии; горчица в ЕС и Канаде; Гречиха в Японии и Корее; и люпины в ЕС [162]. Вышеперечисленное стало обычными пищевыми аллергенами, поскольку их часто употребляют в относительно больших количествах и употребляют на ранних этапах жизни. По мере увеличения потребления растительного белка будет увеличиваться и процент аллергических реакций именно по этим причинам.

Возьмем, к примеру, люпин.Род Lupinus тесно связан с другими бобовыми, такими как арахис, соя, нут, горох, чечевица и фасоль [163]. В ЕС люпиновая мука и другие белковые ингредиенты из люпина были представлены в 1990-х годах в качестве заменителей сои и пшеницы [164]. С момента его появления у некоторых людей с аллергией на арахис были отмечены перекрестные аллергические реакции. Это также наблюдалось в Австралии, и теперь люпин включен в списки приоритетных аллергенов Подкомитетом по номенклатуре аллергенов Международного союза иммунологических обществ в ЕС и Австралии [164].

Это очень похоже на соевый белок. Соя возникла в Юго-Восточной Азии и была впервые одомашнена в Китае около 1100 г. до н.э., а в США не была завезена до 1760-х годов [165]. Тофу и соевый соус были одними из первых соевых продуктов для человека. В 1930 году была разработана соевая смесь для детского питания, но она не получила широкого распространения до 1950-х годов. В 1959 году впервые были представлены изоляты соевого белка. С 1950-х годов, когда у некоторых младенцев с аллергией на молоко, перешедших на соевые смеси, впоследствии развилась аллергия на сою, до 1960-х годов, когда стало возможным более высокое потребление соевого белка в различных источниках пищи, распространенность аллергии на сою увеличилась.Тем не менее, соя продемонстрировала свою ценность как качественный источник растительного белка. Исследования на детях показали, что соя поддерживает нормальный рост и развитие [166] и улучшает рост при замене другими бобовыми у детей с недоеданием [167, 168]. В целом существует множество доказательств, демонстрирующих ценность сои как части здорового и разнообразного рациона [169]. Все пищевые белки могут вызывать аллергические реакции, и дети, как правило, более чувствительны к пищевым белкам, чем взрослые [170].Хотя соя является потенциальным аллергеном для детей, аллергия на сою у детей встречается гораздо реже, чем аллергия на молочные продукты [171], а аллергия на сою встречается только у 0,4% американских детей [172, 173] и 0,32% у канадских детей [174]. . Для сравнения: аллергия на молоко составляет 2,0–3,0 % [173, 175], 2,0 % на арахис [173], 0,8–2,0 % на яйца [176, 177] и 1,0 % на лесные орехи [173, 178, 179]. Дети также склонны со временем перерастать аллергию на сою. В одном исследовании сообщалось, что около 70% младенцев с аллергией на сою переросли аллергию к двум годам [180], а данные свидетельствуют о том, что к 10 годам только у 1 из 1000 детей сохраняется аллергия на сою. [178].

Химический анализ белков растений проводился на протяжении столетий, а выделение белков глютена из пшеницы произошло более 250 лет назад [181]. В последнее время все большее внимание уделяется роли растительных белков в качестве аллергенов, особенно в Европе и США, а также в отношении новых и трансгенных пищевых продуктов [181]. Растительные пищевые аллергены делятся на четыре основных семейства: надсемейство проламинов, надсемейство купинов, семейство Bet v 1 и профилины. Более 50% аллергенов растительного белка попадают в две категории: надсемейства проламинов и купинов [181].Семейство проламинов охарактеризовано на основе наличия консервативной структуры из восьми аминокислотных остатков цистеина CXnCXnCCXnCXCXnCXnC. Это стабилизирует структуру белка, что способствует общей аллергенности белков этого класса (высокая устойчивость к нагреванию, протеолизу и перевариванию). К основным аллергенам относятся проламины злаков, 2S-альбумины, неспецифические белки-переносчики липидов и семейства белков-ингибиторов α-амилазы и трипсина [182, 183, 184, 185, 186].

Семейство проламинов представляет собой белки семян, которые включают, помимо прочего, пшеницу, ячмень, рожь, сою, рис, кукурузу и подсолнечник.Следовательно, суперсемейство проламинов в настоящее время образует самую большую и широко распространенную группу растительных пищевых аллергенов [181]. Можно посетить базу данных Программы исследований пищевой аллергии (FARRP) (http://www.allergenonline.com/), чтобы узнать больше о различных типах аллергенов. База данных FARRP содержит исчерпывающий список из 2171 записей белковых (аминокислотных) последовательностей, которые классифицируются по 873 таксономическим белковым группам уникальных доказанных или предполагаемых аллергенов (пищевых, дыхательных путей, яда/слюны и контактных) от 423 видов [187].

Все источники белка потенциально могут оказывать аллергенное действие. По мере появления на рынке новых растительных источников белка они неизбежно вызовут у кого-то аллергическую реакцию. Примером этого является белок гороха. Горох является частью семейства бобовых, в которое также входят арахис, фасоль, чечевица и соя. Из-за того, что другие растительные белки, такие как соя и пшеница, имеют задокументированные аллергические реакции, гороховый белок рассматривается как потенциально менее аллергенная альтернатива.Использование горохового белка в качестве продукта питания человека неуклонно растет в США Доступность горохового белка, физические и технологические характеристики, питательная ценность и низкая стоимость увеличили его использование в качестве новой и эффективной альтернативы соевым или животным белкам в функциональных пищевых продуктах. [188]. Его можно найти в протеиновых порошках, медицинских смесях и различных пищевых продуктах, таких как молоко, йогурт, сыр и выпечка. Хотя это и не является обычным явлением, были задокументированы случаи, когда у людей с доказанной аллергией на арахис была реакция на гороховый белок [189,190].Интересно то, что обычный приготовленный желтый горох (например, горох, колотый, со зрелыми семенами, приготовленный, вареный и без соли) в среднем содержит около 8% белка по весу [37]. Для сравнения, современные продукты включают изоляты горохового белка (70–95% белка), концентраты (60–70% белка) и гидролизаты (90–95% белка) [189]. Перечисленные выше продукты обеспечивают гораздо более высокую белковую нагрузку, чем порция вареного гороха. Поэтому неудивительно, что у человека, не страдающего аллергией на порцию цельного гороха, может возникнуть аллергическая реакция на гораздо большие дозы горохового белка, содержащиеся в продуктах, содержащих гороховые концентраты и изоляты.Хотя некоторые считают, что гороховый и соевый белок имеют одинаковую распространенность аллергенов [191], аллергенность горохового белка широко не изучалась. В то время как белки гороха не должны идентифицироваться как потенциальный аллерген на этикетках пищевых продуктов в США или Канаде, некоторые обратили внимание на горох как на «скрытый аллерген» [192].

Хотя все пищевые белки являются чужеродными белками для иммунной системы человека, лишь некоторые белки растительного и животного происхождения вызывают IgE-опосредованный иммунный ответ, как правило, у небольшого числа людей [162].Категории растительного белка включают бобовые, орехи и семена, цельные зерна и другие (в основном фрукты и овощи). На момент написания этой статьи данных обо всех растительных белках было недостаточно, поскольку некоторые из них являются новыми, а аллергические реакции только начинают проявляться. Это не означает, что новые источники белка не следует исследовать, но маркировка должна быть четкой, чтобы те, у кого действительно развилась аллергия, знали, что в них содержится.

Лучшие источники растительного белка | Мясная ферма

При переходе с животного белка на растительную диету многие люди обеспокоены тем, как они получат достаточное количество белка для поддержания здоровья и функционирования своего тела.Это особенно актуально для спортсменов и любителей физических упражнений, которым требуется гораздо более значительная потребность в белке для поддержания их активности. И хотя исследования показали, что те, кто придерживается растительной диеты, могут получать необходимый им белок из неживотных источников, для этого требуется больше планирования и подготовки с их стороны. К счастью, многие растительные продукты богаты белком и отлично подходят для веганской диеты или вегетарианского образа жизни. Ознакомьтесь с приведенным ниже руководством, чтобы узнать больше о том, какие растения содержат белок, и о наших любимых растениях, богатых белком, и их пользе для здоровья.

 Понимание белков

Белок является одним из важнейших макроэлементов, необходимых организму для поддержания оптимального здоровья и функциональности. Являясь основным компонентом почти каждой клетки вашего тела, белок важен для вашего организма, поскольку он помогает наращивать мышцы, восстанавливать ткани и производить важные биохимические вещества, используемые во всем организме, такие как ферменты и гормоны. В то время как запасы других макронутриентов, таких как углеводы и жиры, хранятся в организме, белок не совсем такой.Это означает, что вы должны регулярно потреблять белок вместе с продуктами, которые вы едите, чтобы обеспечить свое тело необходимым количеством белка.

Однако одного белка недостаточно! Вы также должны обеспечить свое тело достаточным количеством девяти незаменимых аминокислот, которые не могут быть произведены самим организмом, но играют многие важные роли в организме, включая синтез и переработку белка. Белки животного происхождения естественным образом снабжают организм тем, что обычно называют девятью незаменимыми аминокислотами, в оптимальных количествах.Термин «полный белок» часто используется для описания этого типа белка.

Однако для подавляющего большинства белков растительного происхождения, хотя они содержат ВСЕ аминокислоты, некоторые из них находятся на низком уровне. Их иногда называют «неполными» белками. В каком-то смысле термины «полный или неполный белок» немного неточны, поскольку присутствуют все аминокислоты, различаются только уровни и количества. Но, безусловно, травоядным животным, возможно, следует более внимательно относиться к продуктам, которые они регулярно едят, и переключать источники белка, чтобы обеспечить сбалансированное снабжение всеми аминокислотами.

Сколько белка необходимо?

По данным Академии питания и диетологии, средний взрослый человек должен потреблять примерно 0,8 грамма белка на килограмм веса тела или 0,35 грамма на фунт. Например, человеку весом 153 фунта необходимо потреблять не менее 53,5 граммов белка в день. Однако это всего лишь минимальная рекомендация. Следует учитывать и другие факторы образа жизни, такие как уровень активности, цели в отношении здоровья, такие как потеря веса или увеличение мышечной массы, беременность или кормление грудью, а также другие медицинские условия, чтобы изменить свои потребности в белке.

Лучшие источники растительного белка

Вооружившись пониманием того, что такое белок, почему он необходим для вашего здоровья и сколько вам нужно потреблять каждый день, теперь мы можем обсудить лучшие растительные источники белка, которые вы можете включить в свой растительный рацион. Тем не менее, также важно смотреть не только на содержание в них белка, но и учитывать другие преимущества для здоровья. Эти факторы должны включать содержание в них аминокислот, других макроэлементов, которые они обеспечивают, и наличие микроэлементов, таких как витамины и минералы.Ниже мы расскажем все, что вам нужно знать о некоторых из лучших растительных блюд с высоким содержанием белка!

Соевый

Соевые бобы, вероятно, являются наиболее широко признанным растительным источником белка. В течение многих лет это растение использовалось в качестве альтернативы мясу для тех, кто ищет варианты на растительной основе. Он обычно встречается и используется в одной из трех форм: тофу, темпе и эдамаме. В дополнение к белку все три формы сои содержат значительное количество железа и кальция, обеспечивая дополнительное питание и пользу для здоровья.Хотя соя является одним из самых богатых белков растительного происхождения, способ ее приготовления влияет на содержание белка. Итак, давайте разберем каждый из них дальше.

  • Тофу: Этот популярный заменитель мяса изготавливается путем прессования соевого творога, аналогично процессу изготовления сыра. Помимо замены мяса, тофу также можно использовать в качестве основы для сливочных десертов, таких как шоколадный мусс и некоторые пудинги, что делает его универсальным выбором для многих любителей растительной пищи. Порция тофу весом 3,5 унции содержит около 10 граммов белка, хотя вам следует искать не содержащие ГМО и органические варианты, чтобы получить максимальную отдачу от затраченных средств.
  • Темпе: В качестве альтернативы, темпе производится из соевых бобов, которые ферментируются, а затем прессуются в блоки. В результате этого процесса темпе становится более компактным и, следовательно, содержит даже больше белка, чем тофу, содержащий от 15 до 16 граммов на 3,5 унции. Темпе также является отличным источником витаминов группы В и минералов, включая магний и фосфор. В качестве ферментированной пищи это также полезно для вашего микробиома! Тем не менее, темпе более твердый и жевательный с отчетливым ореховым вкусом.
  • Эдамаме: Эти незрелые соевые бобы наименее обработаны, их нужно просто варить или готовить на пару перед едой, после чего их можно добавлять в другие рецепты или есть отдельно. Из-за их более естественного состояния это самый питательный вариант соевых бобов, содержащий 18 граммов белка на чашку очищенного эдамаме. Кроме того, эдамам богат клетчаткой, витамином К и фолиевой кислотой.

Фасоль

Большинство сортов фасоли, в том числе черная, пинто, нут и фасоль, также являются отличными источниками белка.Эти бобовые являются отличными источниками клетчатки, железа, фолиевой кислоты, фосфора, калия, марганца, сложных углеводов и других растительных соединений, которые могут быть полезны для вашего здоровья. Помимо того, что это вкусное дополнение к различным блюдам (таким как перец чили, тушеное мясо и макароны), исследования показали, что диета, богатая фасолью и бобовыми, может помочь снизить уровень холестерина, уменьшить жир на животе и снизить кровяное давление. Хотя большинство бобов содержат все девять незаменимых аминокислот, метионина в них немного меньше оптимального.

Хотя фасоль — отличный выбор для включения в свой рацион, когда вы съедаете порцию фасоли или чечевицы, вы можете не потреблять столько белка, сколько вы думаете, из-за большого количества, которое вам нужно потреблять. Чашка приготовленных бобов будет содержать около 15 граммов белка, что звучит хорошо с точки зрения белка, но это ужасно много бобов, которые можно съесть за один прием пищи! Большинство людей, вероятно, съели бы около половины этого количества за один прием пищи и были бы сыты. Вот тут-то и появляется «Мясная ферма».Наши продукты содержат различные растительные белки, что позволяет легко достичь ежедневной нормы потребления белка.

Горох

Большинство людей думают о зеленом горошке как о простом гарнире, но правда в том, что эти маленькие овощи представляют собой богатые белком кусочки, содержащие около девяти граммов на приготовленную чашку, чуть больше, чем чашка молока! Кроме того, горох может обеспечить около 25% ваших ежедневных потребностей в клетчатке, тиамине, фолиевой кислоте, марганце и витаминах А, С и К, а также является хорошим источником цинка, меди, нескольких витаминов группы В, железа, магния и фосфора. .Это много питательных веществ для одного маленького овоща! И хотя горох действительно содержит все девять аминокислот, в нем (как и в бобах) слишком мало метионина и цистеина, чтобы его можно было считать «полноценным» белком. В результате белок гороха обычно сочетается с рисовым белком с высоким содержанием метионина и цистеина, чтобы создать более сбалансированный источник белка на растительной основе.

Чечевица

Независимо от цвета чечевица является отличным источником белка, так как содержит около 18 граммов на приготовленную чашку! Но опять же, это очень большое количество чечевицы для одного зелья.Они также богаты железом, фолиевой кислотой и марганцем, а также содержат большое количество антиоксидантов и других полезных растительных соединений. Тем не менее, наиболее значительным преимуществом чечевицы, помимо содержания в ней белка, является клетчатка, которую она обеспечивает. Медленно усваиваемый углевод, чечевица содержит около 50% дневной нормы клетчатки на чашку! Кроме того, они были связаны со стимулированием здоровых кишечных бактерий, снижением риска сердечных заболеваний, снижением массы тела и сведением к минимуму риска развития диабета.

Хотя эти четыре растительных источника белка не являются единственными доступными вариантами, они являются одними из наших фаворитов из-за их более широкого содержания питательных веществ! Регулярное включение всех этих источников белка в свой рацион гарантирует, что вы получаете всестороннее питание и множество преимуществ для здоровья.

Растительные белки без мяса

В продуктах Meatless Farm используется смесь горохового и рисового протеина, чтобы создать полноценный и сбалансированный источник питательных веществ для наших клиентов.В дополнение к этим белкам мы с гордостью сообщаем, что наши продукты содержат множество других овощей и растительных продуктов, включая кокосовое масло, масло ши, инулин, морковную клетчатку, концентрат карамелизированной моркови, фруктовые и овощные экстракты (такие как свекла, редис и помидор), а также большое количество витаминов и минералов. Все эти ингредиенты были тщательно отобраны для создания самого питательного и вкусного продукта, какой только можно себе представить – вы даже не пропустите мясо!

Готовы перейти на растительный образ жизни? Ознакомьтесь с нашими полезными ресурсами о том, как перейти на растительную диету и о влиянии производства мяса на окружающую среду.

Об авторе

Анджела Уокер — диетолог, зарегистрированный BANT и CNHC, с более чем 12-летним клиническим опытом, в том числе 8 лет в удостоенной наград клинике Optimum Health Clinic. Анжела работает консультантом по питанию в компании Meatless Farm, где занимается исследованиями в области питания и рассказывает о пользе для здоровья от употребления растительной пищи. Анджела также является диетологом и инструктором программы Food for Thought, призванной изменить отношение людей к еде, диете и питанию, основанной на принципах и практиках персонализированного питания и функциональной медицины.Анджела является опубликованным автором многих известных статей, в том числе «Примеры индивидуального питания» — основной текст многих учебных заведений по нутриционной терапии и персонализированному питанию в Великобритании и США.

 

Животный белок против растительного белка: в чем разница?

Белки животного происхождения являются полноценными белками. Это означает, что они содержат все незаменимые аминокислоты, которые вам нужны в вашем рационе. Растительные белки часто, но не всегда, являются неполными источниками белка. Оба типа белка имеют свои преимущества и недостатки.Но диеты, которые в основном основаны на растительном белке, связаны с более низким риском инсульта, сердечных заболеваний и ранней смерти.

Аминокислоты в белке

Что вам действительно нужно от белка, так это аминокислоты. Вам нужно 20 разных. Ваше тело производит некоторые из них, но девять из них вы должны получать из своего рациона. Это так называемые незаменимые аминокислоты.

Полноценные белки содержат все девять незаменимых аминокислот. Источники полного белка включают в себя:

  • Молочные продукты
  • Poultry
  • Говядина
  • из свинины
  • .Тем не менее, вы можете получить все необходимые вам незаменимые аминокислоты из растительной пищи, если вы едите их в разных количествах. Источники растения белка:

    • орехи
    • орехи
    • семена
    • целые зерна
    • Grosums
    • Grows, такие как бобы, горох, и чечевицы
    • овощи
    • Овощи

    Преимущества белка растений

    Тип белка, который вы едите, могут быть более важными чем сумма. Растительный белок содержит много питательных веществ, клетчатки и антиоксидантов, которые могут улучшить общее состояние здоровья.Преимущества растительной диеты могут включать:

    Защита от сердечных заболеваний. Обзор восьми исследований показал, что люди, придерживающиеся веганской или вегетарианской диеты, на 30% реже умирают от ишемической болезни сердца, чем люди, которые едят мясо. Растительные диеты содержат меньше насыщенных жиров, железа и гормонов.

    Защита от рака. Диета, богатая растительной пищей, снижает риск развития рака. Фитохимические вещества — это вещества, обнаруженные в растениях, которые могут помочь предотвратить рак.Диеты с высоким содержанием клетчатки также могут помочь вам контролировать свой вес и защитить здоровье кишечника. Ожирение является фактором риска многих заболеваний.

    Защита от инсульта. Здоровая растительная диета может снизить риск инсульта на 10%. Здоровая диета состоит из большого количества листовой зелени, цельных зерен и бобов и небольшого количества очищенных зерен и добавленных сахаров.

    Защита от диабета 2 типа. Люди, которые придерживаются растительной диеты, имеют более низкий уровень диабета 2 типа, чем люди, которые едят животные белки.Люди, придерживающиеся растительной диеты, также менее склонны к избыточному весу. Но сниженный риск диабета 2 типа сохранялся даже среди людей с одинаковым весом.

    Польза животного белка

    Животный белок также полезен для здоровья. Люди, которые ели нежирные источники животного белка, такие как птица и рыба, вместо красного мяса, имели: 

    Риски животного белка

    более короткая продолжительность жизни.Употребление одной дополнительной порции необработанного красного мяса каждый день увеличивает риск смерти на 13%. Употребление одной дополнительной порции обработанного красного мяса увеличивает риск смерти на 20%.

    Особые опасения по поводу растительной диеты

    Чтобы получить пользу от растительной диеты, вам необходимо есть большое разнообразие здоровой растительной пищи. Растительная диета, включающая много обработанных пищевых продуктов и добавленных сахаров, не обеспечит вас необходимыми питательными веществами. На растительной диете вам необходимо убедиться, что вы получаете достаточное количество цинка, витамина B12, белка, кальция и витамина D.

    Чтобы получить необходимое питание на растительной диете: 

    • Ешьте разнообразные растительные продукты с высоким содержанием белка.
    • Пейте растительное молоко с добавлением кальция и витамина D.
    • Ешьте обогащенные злаки, цельные зерна и бобы для получения цинка и железа.
    • Попробуйте пищевые дрожжи, отличный источник витамина B12.
    • Ешьте много темной листовой зелени для получения кальция.

    Растительные белки — обзор

    1.3.3 Тенденции в отношении продуктов

    Растительные белки могут также использоваться в «продуктах свободы», как заявил Кристофер Шанахан, руководитель глобальной программы Frost & Sullivan (Gelski, 2015).В частности, «свободные продукты» не ограничиваются проблемами, связанными с болезнями людей, благополучием животных и проблемами безопасности пищевых продуктов, характерными для белков животного происхождения. На самом деле, растительные белки из бобовых, семян и зерен играют важную роль в «продуктах свободы», «свободных от» и «полезных» продуктах. Пять-десять граммов или более растительного белка на порцию часто рекламируются во многих продуктах питания, напитках и здоровых закусках. Растительные белки регулярно связаны с энергией; и этикетки могут включать такие формулировки, как «белок на растительной основе», «питание от», «энергия» и «подпитка».Растительные протеины продаются как «усилитель» протеина для энергичных тренировок, а также для хороших завтраков и наиболее важной части дня, чтобы вы могли двигаться. Растительные белки, которые недавно были выделены таким образом, включают горох и другие бобовые, семена подсолнечника и тыквы, кешью, миндаль, амарант, лебеду, орехи макадамия, семена кунжута, фундук и грецкие орехи. Прежде всего, соевый белок напрямую связан со здоровьем сердца. Согласно Кодексу федеральных правил США, Раздел 21, 101.82 следующее заявление о пользе для здоровья может быть сделано в отношении пищевого продукта, содержащего не менее 6,25 г соевого белка на стандартное количество этого пищевого продукта: «Как часть диеты с низким содержанием насыщенных жиров и холестерина, 25 г соевого белка в день могут снизить риск болезней сердца». На таком продукте также можно найти этикетку, украшенную такими формулировками, как «здоровье сердца» и «белок, полезный для сердца».

    Многие порошки, напитки и заменители пищи на растительной основе сегодня имеют рекламу на этикетках, обращенных к потребителю, таких как «растительный белок», «органический растительный белок», «веган», «зеленый протеиновый порошок», «суперфуд». », «полный и сбалансированный белок» и/или «здоровая альтернатива.«Растительные продукты также продаются, чтобы разрушить потенциальные потребительские барьеры для входа на рынок. Например, продукты растительного происхождения привлекают особое внимание по сравнению с содержанием кальция в молочном молоке или уровнями омега-кислот в сравнении с лососем. Кроме того, растительные белки в виде пророщенных зерен и семян с повышенной ферментативной активностью становятся все более популярными из-за их связи с исцелением от болезней, помощью в пищеварении, усвоении питательных веществ и повышенной плотностью белков и питательных веществ. Проросшие семена включают, помимо прочего, семена тыквы, арбуза, чиа, льна, конопли и подсолнечника.На веб-сайтах и ​​в средствах массовой информации растительный белок позиционируется как белок будущего. Хотя лидирующие позиции в этом движении занимают чечевица, злаки и орехи в цельном или минимально обработанном виде, некоторое внимание уделяется аналогам мяса и молочных продуктов (как правило, аналогами являются сильно переработанные растительные ингредиенты, изготовленные для имитации продуктов животного происхождения). Часто производители аналогов мяса на растительной основе проводят масштабные маркетинговые кампании, в которых обращают внимание мясной промышленности на проблемы защиты животных и бойни, проблемы безопасности пищевых продуктов, экологические недостатки животноводства, изменение климата и нехватку воды, использование антибиотиков и гормонов роста, а также Влияние на здоровье холестерина и насыщенных жиров.

    Была обнаружена корреляция между западными диетами с высоким содержанием мяса, рафинированного сахара и жиров, которые вредны как для человека, так и для планеты (Tilman & Clark, 2014). Экологи Тилман и Кларк подсчитали, что к 2050 году производство продуктов питания для таких диет приведет к увеличению глобальных выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве на 80%. Производство продуктов питания в западном стиле уже нанесло ущерб, включая вырубку лесов в слаборазвитых странах. Текущий растущий спрос на западные продукты питания приведет к увеличению площади земель, расчищенных для производства мяса и крупных масличных культур, сои и пальмы.Исследование Тилмана и Кларка быстро развернулось в статьях в СМИ, посвященных западным диетам как вредным для здоровья человека и окружающей среды (Healy, 2014; Skirble, 2014). Поэтому замена традиционных диет диетами западного типа не является устойчивой. Этот диетический сдвиг сопровождался ростом диабета 2 типа, ишемической болезни сердца и других хронических западных заболеваний. Глобальная трилемма плохого питания, здоровья и окружающей среды потребует решений в области питания, политики и бизнеса. Эта трилемма, вероятно, будет усугубляться прогнозируемым увеличением мирового населения на 30% в течение следующих 30 лет и еще на 10% на рубеже веков.Выращивание питательной пищи для такого большого количества людей станет жизненно важным. Ниже мы обсудим, как человечество может справиться с этой ситуацией, и подготовимся к решающему выбору.

    Что такое белок растительного происхождения? | Birds Eye

    Растительная диета довольно проста и легко укладывается в голове, поскольку она сосредоточена на продуктах, полученных из растительных источников. Растительные диеты поощряют употребление фруктов, овощей, цельнозерновых, бобовых, семян и орехов, то есть эти продукты составляют большую часть того, что вы едите.Чтобы протянуть вам руку помощи, наши замороженные овощи — это простое, но вкусное место для начала, если вы хотите постепенно добавлять больше растений в свой образ жизни, не делая полного движения.

    Сначала вы можете подумать, что это классическая веганская или вегетарианская диета. Это не только растительная диета, она гораздо более гибкая и не бойкотирует молочные продукты, мясо, морепродукты и яйца. Простой и инклюзивный подход делает эту диету привлекательной – в конце концов, никто не любит правила! Более того, флекситарианские диеты способствуют потреблению самых разнообразных растительных продуктов, так что, конечно, такой способ питания имеет множество преимуществ в плане питания.

    Как нация, мы в настоящее время изо всех сил пытаемся не отставать от этой цифры, однако с растительной диетой, в значительной степени зависящей от фруктов и овощей, вам, вероятно, будет легче потреблять рекомендуемое количество. Точно так же, поскольку фасоль и бобовые очень рекомендуются, ожидается, что вы будете получать повышенное потребление клетчатки, витаминов и минералов — идеально, поскольку большинство из нас также не потребляет достаточное количество клетчатки! Чтобы дать вам представление о том, как скромные овощи содержат множество питательных свойств, горох содержит белок, клетчатку, фолиевую кислоту и витамин С.Естественно думать, что растительная диета может привести к нехватке белка, но это далеко не так — растения тоже дают белок!

    Если вы пытаетесь перейти на растительную диету, сейчас самое время проявить творческий подход и поэкспериментировать с новыми вкусами и сочетаниями, которые вы никогда раньше не пробовали! Наши бургеры, сосиски и фрикадельки без мяса богаты белком и клетчаткой, и каждый из них имеет свое собственное вкусное сочетание трав и специй. Что не любить?!
    Так почему бы не попробовать гибкий образ жизни с Зеленой кухней и не узнать, насколько вкусными и разнообразными могут быть растительные продукты!

    Растительные белки достигают совершеннолетия

    близко расширять

    Сочетание растительных белков может помочь повысить качество белков в молочных альтернативных напитках.© Аамуля/iStock/Getty Images Plus

    Когда-то растительные белки, которые когда-то считались специализированной нишей, резко превратились в мейнстрим благодаря огромным инвестициям, увеличению доходов и разработке новых продуктов.

    Только в первой половине 2020 года венчурные инвестиции в растительные белки на международном уровне достигли 1,1 миллиарда долларов, что более чем вдвое превышает 534 миллиона долларов в 2019 году, по данным инициативы FAIRR, совместной сети инвесторов. Прогнозируется, что выручка на мировом рынке молочных альтернатив вырастет с 21 доллара.с 4 миллиардов долларов в 2020 году до 36,7 миллиардов долларов к 2025 году, совокупный годовой темп роста (CAGR) составит 11,4%, в то время как мировой рынок мяса на растительной основе вырастет с 4,3 миллиардов долларов до 8,3 миллиардов долларов за тот же период, среднегодовой темп роста составит 14%. поставщику исследований B2B Marketsand-Markets. В Соединенных Штатах объем продаж замороженных и охлажденных заменителей мяса в долларах в целом по каналам с несколькими торговыми точками (продуктовые, лекарственные, массовый рынок, военные, а также избранные клубные и долларовые розничные магазины) резко вырос на 54,8% до 994 миллионов долларов за 52 недели, закончившиеся в декабре.27 октября 2020 года, сообщает исследовательская компания IRI.

    Все это создает благодатную почву для компаний, производящих продукты растительного происхождения, в первую очередь, с молочными и мясными альтернативами. Мясопереработчики, как крупные, так и мелкие, оказывают поддержку новым или расширенным продуктам на растительной основе, включая, например, пирожки и фрикадельки Pure Farmland на основе сои от Smithfield Foods или новый Planterra Foods, принадлежащий JBS USA. OZO Burgers и Молотые продукты , приготовленные из горохового и рисового белка.Более скромные стартапы дебютируют с такими инновациями, как Take Two Foods Take Two Barleymilk (см. врезку на странице 50) и креветками на основе белка бобов мунг New Wave Foods.

    Проблемы рецептуры

    По мере того, как потребители пробуют все больше и больше продуктов и напитков на растительной основе, разработчики рецептур пытаются сбалансировать уникальное сочетание преимуществ и проблем, связанных с этими альтернативными белками. Проблемы со вкусом, текстурой, питательностью и функциональностью возникают при использовании многих растительных белковых ингредиентов, от сои, лидера рынка, до гороха и других бобовых, таких как нут, чечевица и фасоль, до зерновых, таких как пшеница, лебеда и ячмень. .

    Проблемы со вкусом, текстурой, питательностью и функциональностью возникают при использовании многих растительных белковых ингредиентов, от сои, лидера рынка, до гороха и других бобовых.

    «Секрет хорошей рецептуры [белка на растительной основе] заключается в понимании не только ключевых ингредиентов, но и того, как они работают вместе и влияют на общие показатели вкуса, текстуры и питательности», — говорит Марк Корнтуэйт, специалист по маркетингу решений для свинцовой муки в DuPont Nutrition & Biosciences.«Недостаток опыта в этой области может привести к порочному и разочаровывающему кругу отдаления от ключевых целей».

    В большинстве случаев растительные белки добавляются для замены функциональных возможностей животных белков, говорит Супун Фернандо, научный сотрудник The Annex by Ardent Mills. «Важно понимать конкретные приложения или свойства готового продукта, которых вы пытаетесь достичь, и работать с этим, чтобы найти правильные белковые ингредиенты, которые будут стабильно работать на уровне включения в формулу», — говорит он.

    Например, «глобулярные растительные белки затрудняют создание аналогов мяса, имеющих мясную текстуру», — говорит Фернандо. «[И поскольку растительные белки в основном состоят из типов глобулинов], это приводит к проблемам с напитками из-за низкой растворимости и разделения фаз. Растительные белки также имеют более низкие гелеобразующие свойства, чем белки животного происхождения, что может привести к проблемам при использовании молочных продуктов».

    Ароматизаторы Согласно собственному исследованию Ingredion, проведенному в 2019 году, вкус

    занимает первое место среди потребителей по «чрезвычайно важным» характеристикам мясных альтернатив, и его обеспечение является общей проблемой для всех видов белковых продуктов на растительной основе.

    близко расширять

    Факторы покупки мясных заменителей по результатам собственного исследования Ingredion 2019. (Процент потребителей в США, которые охарактеризовали атрибут как «чрезвычайно важный» при выборе мясных заменителей)

    «Растительные белки часто привносят земляные ноты и другие неприятные привкусы. Даже в пределах одного и того же источника белка могут быть значительные различия во вкусовых характеристиках», — говорит Мелисса Мачен, старший менеджер по техническим услугам в Cargill.

    Разработчики рецептур могут устранить характерные вкусы и посторонние привкусы, которые сопровождают белки растительного происхождения, за счет улучшенной маскировки или путем включения их в рецептуры с более близкими вкусовыми характеристиками и ароматом, — рекомендует Озан Кахраман, инженер по пищевым технологиям в Applied Food Sciences.

    «Один из способов решить проблемы со вкусом — найти согласованную концепцию вкуса, в которой вкус базового белка может внести свой вклад в окончательную формулу», — соглашается Анхель Апонте, старший менеджер по работе с клиентами и бренд-менеджер белка в AIDP.«Земляные или бобовые ноты хорошо сочетаются с ореховыми вкусами, такими как арахисовое масло, запеченным ароматом, таким как карамельный крендель, или с шоколадным вкусом. Терпкость может работать с цитрусовыми ароматами, поскольку она усиливает вкус. Зеленые ноты могут обеспечить дополнительный эффект с ягодным вкусом варенья, которому не хватает зелени, чтобы создать сбалансированный вкус клубники».

    Горькие ноты могут смешиваться со вкусом шоколада или кофе, добавляет Апонте. «В качестве альтернативы горечь можно приглушить, увеличив интенсивность системы подсластителей или модулируя восприятие сладости с помощью вызывающе сладких ароматов», — говорит она.

    Растительные белковые ингредиенты, не требующие маскировки, также могут упростить рецептуру. «Новый гороховый белок Peazac 850 от Merit Functional Foods не требует никаких маскирующих ингредиентов и имеет уровень белка, превышающий большинство продуктов на рынке, что делает его одним из самых простых растительных белков для работы», — говорит Райан Брэкен, со-генеральный директор.

    «Мы особенно воодушевлены потенциалом Peazac 850 , который должен оживить рынок горохового протеина в таких приложениях, как RTM (готовые к смешиванию) и батончики с растительным белком», — говорит Брэкен.Merit Functional Foods в настоящее время строит завод по производству белка гороха и канолы площадью 94 000 квадратных футов в Виннипеге, Манитоба, Канада, который станет первым и единственным коммерческим предприятием, способным производить пищевой белок канолы.

    Тактика текстурирования

    Структура и текстура продукта зависят от способности растительного белка сохранять свою текстуру с течением времени и обладать высокой функциональностью, обеспечивающей предполагаемые преимущества включения белка в рецептуру, объясняет Дина Фернандес, глобальный директор по решениям белкового питания в ADM.«Когда в рецептуре требуется уровень растительного белка 5% или меньше, гораздо легче приспособиться к органолептическим характеристикам», — добавляет она.

    Альтернативы мясу на растительной основе, молочные продукты и напитки могут представлять собой одни из самых сложных проблем с текстурой. «Продукты традиционной формы, такие как котлеты для гамбургеров и фрикадельки, легче получить, чем заменить цельномышечное мясо», — говорит Дженни Палан, старший менеджер по стратегическому маркетингу растительного белка в Kerry Taste & Nutrition. «Задача согласования формирования мышц из животного белка с использованием растительных белков может быть решена за счет использования таких технологий, как экструзия, чтобы заставить растительные белки вести себя как животные белки на микроскопическом уровне.

    Гидроколлоиды также могут помочь воспроизвести некоторые текстурные свойства мяса, а каррагинан можно использовать в качестве связующего для создания желаемой текстуры, говорит Мейчен из Cargill.

    близко расширять

    Белки гороха и риса от Axiom (текстурированные и порошкообразные версии) используются в рецептурах заменителей мяса. Фото предоставлено Axiom Foods

    Ряд белковых ингредиентов на растительной основе, выпущенных прошлой осенью, призван помочь решить проблемы с текстурой мясных альтернатив.Компания ADM расширила свой портфель белков за счет высокофункциональных белковых растворов, которые могут улучшить текстуру и плотность мясных альтернатив: текстурированный гороховый белок Arcon T , текстурированный пшеничный белок Prolite MeatTEX и нетекстурированный пшеничный белок Prolite MeatXT . Компания Axiom Foods выпустила VegOtein TX текстурированные гороховые протеины , которые также позволяют производить более чистые и безопасные для аллергенов этикетки за счет снижения потребности в камедях и стабилизаторах, таких как соевый и пшеничный глютен, а также карбоксиметилцеллюлоза.Green Boy Group объявила о выпуске Plant-Meat Protein , функционального порошка на растительной основе, не содержащего ГМО, который состоит из четырех различных типов белка, изготовленного из гороха, бобов мунг, конских бобов и нута. Он улучшает вкусовые ощущения, увеличивает текстуру и повышает питательные свойства мясных продуктов на растительной основе.

    В июне компания PLT Health Solutions и ее производственный и технологический партнер Nutriati LLC выпустили Artesa Textured Pulse Protein, — запатентованную комбинацию Nutriati Artesa Chickpea Flour и белка желтого горошка.«С Artesa Textured Pulse Protein производители мяса на растительной основе могут создавать отличные продукты без пшеничного глютена, яиц или метилцеллюлозы, которые сегодня широко используются во многих рецептурах», — сказал главный операционный директор PLT Health Solutions Девин Стэгг. выпуск новостей компании.

    Достижение приемлемой текстуры молочных продуктов и напитков на растительной основе может быть проблематичным, поскольку подавляющее большинство доступных растительных белков не полностью растворимы в воде.«Производители, желающие добавить белки в продукты с высоким содержанием воды, должны будут использовать стабилизаторы, такие как гидроколлоидные камеди или модифицированные крахмалы, [которые] могут помочь суспендировать белковые молекулы и любые другие небелковые ингредиенты для более гладкого вкуса», — говорит Апонте.

    близко расширять

    Ожидается, что мировой рынок растительных альтернатив мясу почти удвоится в период с 2020 по 2025 год. Фото любезно предоставлено Kerry

    Некоторые растительные белки имеют крупные частицы, которые влияют на зернистость и густоту напитков на растительной основе, говорит Жаклин Финеган, менеджер по развитию бизнеса североамериканских белков компании Kerry.«Одно из решений Керри включает в себя разработку частиц меньшего размера. Другое решение. . . заключается в том, чтобы разработать гибрид молочно-растительного напитка», — говорит она.

    «В молочных продуктах и ​​напитках растворимость становится проблемой», — соглашается Махен. «Несмотря на то, что технология обработки улучшила растворимость, при высоких уровнях использования в этих продуктах могут развиваться негативные текстурные свойства, такие как зернистость или песчанистость. Чтобы решить эту проблему, переработчикам следует искать более растворимые растительные белки, такие как соя или горох.

    Ни один растительный белок не может полностью воспроизвести богатый сливочный вкус молочных продуктов, но гороховый белок приближается к этому, говорит Мейчен. Ингредиенты, не загрязняющие этикетку, такие как нативный крахмал, клетчатка корня цикория и пектины, также могут помочь восстановить ожидаемое потребителями ощущение во рту, говорит она.

    В прошлом году

    AIDP представила три новых гороховых протеина: Peasipro Creamy мелкоячеистого вкуса с однородным вкусом, идеально подходящего для молочных продуктов и протеиновых коктейлей; Peasipro Sol’N , хорошо диспергируемый с пониженными характеристиками пенообразования для всех типов напитков; и Peasipro TX , текстурированный белок с желирующими свойствами, который хорошо работает в альтернативах мясу, батончиках и выпечке.


    Повышение питания

    Соя является единственным растительным белком, который является полноценным питательным веществом на основе его PDCAAS (аминокислотный индекс с поправкой на усвояемость белка). Но смешивание и сопоставление белков (включая белки животного происхождения, если это приемлемо) может привести к получению более полноценного белка, хотя иногда за счет других питательных веществ растительного происхождения, что может потребовать компромиссов в рецептуре.

    «Новые технологии обработки, такие как наноэмульсии и инкапсуляция, быстро становятся популярными вариантами для решения проблем, связанных с рецептурой растительного белка», — говорит Кахраман из Applied Food Sciences.«Однако из-за нагрузки многие из этих технологий требуют, чтобы белок был изолятом. Изоляция белка сама по себе упускает большую часть этой дополнительной ценности. . . [из] дополнительных питательных преимуществ, содержащихся в «цельных продуктах», которые могут включать полезные жиры, клетчатку и дополнительное содержание минералов».

    Растительное молоко, которое не обеспечивает достаточного количества или качества белка, является еще одной проблемой, говорит Финеган из Kerry. «Растительное молоко часто основано на неполных растительных белках, и поэтому напитки не соответствуют питательному профилю молочных напитков», — говорит она.«Одним из решений, разработанных Керри, является смешивание растительных белков, чтобы повысить качество белка, чтобы оно соответствовало или превосходило качество молочных продуктов».

    В декабре компания Prinova представила ряд премиксов, богатых питательными веществами, для заменителей молочных продуктов. Молочный премикс на растительной основе, изготовленный из 85% горохового белка Prinova, обеспечивает 15% рекомендуемого потребления витамина B12 и 50% витамина D в одной порции рецепта с 25 мг премикса.

    Поддержание работоспособности

    Белки на основе бобовых и/или зерновых привлекают больше внимания благодаря своей полезности для здоровья и растущей доступности, и эти белки также могут иметь некоторые функциональные преимущества.

    «Помимо содержания белка (от 55% до 60% белка в пересчете на сухое вещество), концентраты растительного белка, полученные из гороха, чечевицы и фасоли, обладают превосходными влагоудерживающими и эмульгирующими свойствами, а также способностью контролировать расширение экструдированных закусок, — говорит Джанель Литель, менеджер по контенту и коммуникациям в Ingredion, которая недавно объявила о партнерстве с несколькими другими организациями для коммерциализации новой технологии для улучшения функциональности бобовых ингредиентов, начиная с желтого горошка.

    «Чечевица обладает очень хорошими эмульгирующими свойствами. . . . Я вижу большой потенциал чечевицы в растительном молоке и молочных альтернативах», — соглашается Джанель Курсель, старший менеджер по инновациям и маркетингу продуктов питания в Pulse Canada. «Нам очень интересно увидеть результаты исследований [по технологиям дефлейворинга], которые помогут им проявить себя в некоторых из этих приложений».

    Новая мука HOMECRAFT Quinoa 112 от Ingredion, выпущенная в декабре в США и Канаде, производится из запатентованной воскообразной разновидности золотой киноа, которая содержит больше амилопектина для повышения устойчивости к замораживанию/оттаиванию, сообщает Litel.Мука может заменить другие безглютеновые зерновые продукты, такие как рис и кукуруза, поскольку содержит в пять раз больше клетчатки, чем рис, и содержит все девять незаменимых аминокислот.

    Изменение, которое начинается на местах

    Заглядывая вперед на рынок растительных белков, единственной постоянной величиной будут изменения, говорят обозреватели отрасли.

    «Растительный белок — это категория, которая быстро развивается», — говорит Кахраман. «Производителям продуктов следует уделять пристальное внимание, так как многие ингредиенты, которые когда-то считались некачественными из-за их цвета, текстуры или вкуса, вновь вызывают интерес благодаря улучшениям в экстракции и очистке.

    близко расширять

    Белковые предпочтения. От Минтел 2019

    По словам Оди Манингата из MGP Ingredients, главного научного сотрудника и вице-президента по исследованиям и разработкам в области ингредиентов, и Тани Джерадечачай, вице-президента по ингредиентам, доступность новых ботанических источников растительных белков и смешивание/смешивание белков из злаков и бобовых являются двумя многообещающими областями. решения НИОКР.

    Рик Рэй, директор по пищевым технологиям в Axiom Foods, предвидит дальнейшее расширение источников растительного белка. «Новые разновидности функционального растительного белка находятся в стадии разработки, и каждый год выпускается несколько новых», — говорит он. «Новые белки получают как из существующих растительных источников, включая рис и горох, так и из более новых источников из бобовых, зерна, семян и ягод. По мере того, как оригинальные, менее функциональные версии обычных растительных белков стали товаром, движимым ценой, а не качеством, спрос на новые версии с добавленной стоимостью наряду с новыми растительными источниками растет.

    Повышение пищевой ценности и функциональных свойств с нуля за счет селекции растений является частью стратегии The Annex by Ardent Mills, — говорит Анжела Ичван, старший технический директор. «Прекрасным примером этого является наша программа селекции киноа и других зерновых, которую мы продвигаем в процессе разработки», — говорит она. «Эти запатентованные селекционные программы дадут нам возможность определить правильный сорт для окончательного применения на ранней стадии».

    «Мы уже понимаем, что некоторые проблемы [с растительными белковыми ингредиентами] возникают на полях», — соглашается Финеган из Kerry.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.