麦谷蛋白课件.ppt

主要内容：•1：简单了解一下面筋•2：简单了解一下麦醇蛋白，重点掌握麦谷蛋白的结构•3：根据麦谷蛋白的结构讨论一下其前景应用一：面筋•1 1：麦谷蛋白和麦醇蛋白是小麦面筋蛋白：麦谷蛋白和麦醇蛋白是小麦面筋蛋白( (俗称谷俗称谷朊粉朊粉) )主要的组成成分，在小麦面筋蛋白功能特性主要的组成成分，在小麦面筋蛋白功能特性中起着重要的作用中起着重要的作用•2 2：面筋是小麦的主要功能成分：面筋是小麦的主要功能成分, ,现在也是面团粘现在也是面团粘弹性性能方面的主要影响因素弹性性能方面的主要影响因素•3 3：面团性能主要是由结构面筋、及相互作用的蛋：面团性能主要是由结构面筋、及相互作用的蛋白复合体作用的白复合体作用的•4 4：面团的物理性质产生于相互作用的面筋蛋白质：面团的物理性质产生于相互作用的面筋蛋白质之间之间 2.2在小麦面筋蛋白功能特性中的作用•1 1：粘弹性：粘弹性•在面团中，醇溶蛋白与麦谷蛋白相互作用，醇溶在面团中，醇溶蛋白与麦谷蛋白相互作用，醇溶•蛋白进入麦谷蛋白之中，而麦谷蛋白起着传送带作蛋白进入麦谷蛋白之中，而麦谷蛋白起着传送带作•用，使面团显示出适当粘弹性，麦谷蛋白为面团提供用，使面团显示出适当粘弹性，麦谷蛋白为面团提供•弹性。

面筋蛋白在液体中即使水分过剩，仍具有粘弹弹性面筋蛋白在液体中即使水分过剩，仍具有粘弹•性，这是由于面筋蛋白极性低性，这是由于面筋蛋白极性低(10(10％％) )，放出正电荷，因，放出正电荷，因•此面筋能排出过量游离水，使面筋互相紧密结合在一此面筋能排出过量游离水，使面筋互相紧密结合在一•起，具有成团、成膜和立体网络功能起，具有成团、成膜和立体网络功能 • •2 2：薄膜成型性：薄膜成型性• •小麦面筋蛋白薄膜成型性是其粘弹性直接表现面筋网络弹性主要与小麦面筋蛋白薄膜成型性是其粘弹性直接表现面筋网络弹性主要与麦谷蛋白功能有关麦谷蛋白功能有关• •3 3：热凝固性：热凝固性• •4: 4: 溶解性溶解性• •5 5：乳化性：乳化性• •6:6:凝胶性凝胶性• •凝胶性是蛋白质与蛋白质，及蛋白质与水之间相凝胶性是蛋白质与蛋白质，及蛋白质与水之间相• •互作用结果蛋白质与水作用力越强，与水结合越牢互作用结果蛋白质与水作用力越强，与水结合越牢• •固；蛋白质分子间作用力强，才能形成空间网状结构；固；蛋白质分子间作用力强，才能形成空间网状结构；• •但作用力过强，整个体系平衡遭到破坏，水被挤出，凝但作用力过强，整个体系平衡遭到破坏，水被挤出，凝• •胶结构被破坏。

胶结构被破坏•小麦谷蛋白的这么多性质也是有机大分子的结构决定其功能性，因此了解小麦谷蛋白的结构与组成是研究面粉品质的基础 二：麦谷蛋白的结构•麦谷蛋白分子一级、二级结构的特征以及这些特征对面筋功能具有重要的影响，在此基础上对麦谷蛋白亚基内或亚基间二硫键形成模式进行一下介绍2.1•一：高分子量麦谷蛋白亚基HMW-GS虽只占小麦谷蛋白10％，但赋予小麦面筋弹性对小麦麦谷蛋白的功能性质有着重大的影响.HMW---GS•HMW—GS有位于第一组同源染色体长臂上基因编码，每个基因位点有一个高相对分子质量X型亚基(83~88 kD)和一个低相对分•子质量Y型亚基(67~74 kD)，HMW—GS中X型亚基比Y型亚基对面筋蛋白结构和面团特性具有更重要作用“ •低分子量麦谷蛋白亚基低分子量麦谷蛋白亚基LMW—GS占谷蛋白90％，部分溶解于70％ 乙醇，与一些高相对分子质量醇溶蛋白相类似一些LMW—GS为水溶性蛋白，但仍通过二硫键部分与C--型、p一型和丫一型醇溶蛋白相连，部分与HMW—GS相连所以LMW—GS与醇溶蛋白往往在电泳谱上重叠，常规电泳方法难以将它们分离.•其中分子量为70 kD LMW—GS对谷蛋白多聚体结构起着重要作用，其N一末端氨基酸序列类似于∞一醇溶蛋白。

LMW—GS属于富硫醇溶蛋白，表现为粘性，与小麦加工品质也是密切相关的 •HMW—GSHMW—GS和和LMW—GSLMW—GS通过链间通过链间S-SS-S键增大聚合体，键增大聚合体，以提高面团强度和稳定性以提高面团强度和稳定性HMW-GSHMW-GS和和LMW—GSLMW—GS之间唯一交联，是通过之间唯一交联，是通过HMW—GSHMW—GS的中间疏水区域的中间疏水区域上上1 1个半胱氨酸残基与个半胱氨酸残基与LMW-GSLMW-GS中中c c末端区域上末端区域上1 1个个半胱氨酸残基交联形成半胱氨酸残基交联形成S-SS-S键键 大分子麦谷蛋白大分子麦谷蛋白聚集体所占比例大根据高分子物理化学理论，聚集体所占比例大根据高分子物理化学理论，大分子物质含量多，流变学强，对于面粉则表现大分子物质含量多，流变学强，对于面粉则表现为筋力强，烘烤品质优，为筋力强，烘烤品质优，-S-S--S-S-在维在维•持大分子麦谷蛋白聚集体中起决定性作用持大分子麦谷蛋白聚集体中起决定性作用HMW---GS的一级结构• •由由17~2017~20个多肽亚基构成，一般含有个多肽亚基构成，一般含有630~830630~830个氨基酸，分子量约为个氨基酸，分子量约为675~880 675~880 kDkD。

其肽链可分为三段由其肽链可分为三段由N N端和端和C C端较短非重复区域夹着较端较短非重复区域夹着较长有重复序列中间疏水区域长有重复序列中间疏水区域 其中N N端由端由804104804104个氨基酸成，含个氨基酸成，含345345个半胱氨酸；个半胱氨酸；C C端有端有4242个氨基酸组成，含个氨基酸组成，含1 1个半胱氨酸；中部疏水区由个半胱氨酸；中部疏水区由高度重复高度重复480~680480~680个氨基酸残基组成，含个氨基酸残基组成，含0 0～～1 1个半胱氨酸非重复区个半胱氨酸非重复区域含有大量甚至全部半胱氨酸残基，表现较强亲水性，有利于二硫键域含有大量甚至全部半胱氨酸残基，表现较强亲水性，有利于二硫键及首尾相连线状肽链分子形成，多个亚基通过二硫键形成纤维状谷蛋及首尾相连线状肽链分子形成，多个亚基通过二硫键形成纤维状谷蛋白分子重复区域只有少数几个或根本没有半胱氨酸残基，而是以重白分子重复区域只有少数几个或根本没有半胱氨酸残基，而是以重复六肽复六肽(PGQG)(PGQG)和九肽和九肽(GYYPTSP(GYYPTSP／／L)L)以串联和分散形式所组成；另以串联和分散形式所组成；另外，少数外，少数HMW-GSHMW-GS是以三肽是以三肽(G)(G)为主要重复序列。

中间区域重复序为主要重复序列中间区域重复序列通过列通过D D一转角形成松弛一转角形成松弛B B一螺旋结构，赋予面团弹性一螺旋结构，赋予面团弹性⋯ ⋯ 这是一种特这是一种特殊超二级结构，殊超二级结构， HMW-GSHMW-GS肽链上肽链上6 6一转角呈重复规则分布，在一转角呈重复规则分布，在D D一转一转角区域中疏水和形成氢键能力强的氨基酸较多角区域中疏水和形成氢键能力强的氨基酸较多 在相邻HMW-GSHMW-GS间及间及与其它蛋白间形成氢键在稳定面筋蛋白结构方面起着重要作用与其它蛋白间形成氢键在稳定面筋蛋白结构方面起着重要作用 HMW—GS结构对面粉品质的影响•HMW—GSHMW—GS占小麦籽粒总蛋白的比例并不大占小麦籽粒总蛋白的比例并不大(6—10(6—10％％) )，但，但对面筋特性起着重要作用对面筋特性起着重要作用8 8一转角使一转角使HMW—GSHMW—GS具有独特具有独特的弹性属性这似乎解释了具较长重复区的亚基比具较短的弹性属性这似乎解释了具较长重复区的亚基比具较短重复区的亚基具有更好的弹力和筋力重复区的亚基具有更好的弹力和筋力n n 解释小麦面筋弹解释小麦面筋弹性作用机制环一链模型性作用机制环一链模型 。

HMW—GSHMW—GS的谷氨酸含量很高，的谷氨酸含量很高，具有形成分子内和分子间氢键的能力其特征可能通过分具有形成分子内和分子间氢键的能力其特征可能通过分子内氢键的形成而影响亚基的弹性面团中一些氢键在加子内氢键的形成而影响亚基的弹性面团中一些氢键在加工过程中断开，这样就形成了未成键的可移动环工过程中断开，这样就形成了未成键的可移动环(1o(1o叩叩s)s)和成键的链和成键的链(trains)(trains)当外力移去时，环可以伸展并再形当外力移去时，环可以伸展并再形成，这就是具有弹力的原因，与橡胶弹性的原理相同成，这就是具有弹力的原因，与橡胶弹性的原理相同HMW—GS与小麦烘烤品质的关系与小麦烘烤品质的关系•麦子粒的蛋白质含量、子粒硬度、沉降值、湿面筋、面团麦子粒的蛋白质含量、子粒硬度、沉降值、湿面筋、面团形成时间、面团稳定时间、面包烘烤体积和面包评分等均形成时间、面团稳定时间、面包烘烤体积和面包评分等均是反映其烘烤品质的性状指标就蛋白质中的是反映其烘烤品质的性状指标就蛋白质中的HMW—GSHMW—GS来说，来说，HMwHMw—GS—GS中所含赖氨酸残基的二硫键赋予面团弹中所含赖氨酸残基的二硫键赋予面团弹性，是影响面粉加工品质和烘烤品质的重要因素性，是影响面粉加工品质和烘烤品质的重要因素【【瑚。

因瑚因此此HMW—GSHMW—GS亚基的数目和含量均影响小麦品质的好坏亚基的数目和含量均影响小麦品质的好坏HMW—GSHMW—GS亚基的数目越多，相对含量越高，其品质相对亚基的数目越多，相对含量越高，其品质相对来说就越好另外，不同位点上的等位基因变异对面团和来说就越好另外，不同位点上的等位基因变异对面团和烘烤品质效应显著不同烘烤品质效应显著不同. .•研究表明研究表明 ，表达，表达HMW—GSHMW—GS等位基因尤其是等位基因尤其是1D1D染色体编码染色体编码的亚基等位基因的变异与烘烤品质的优劣有关，且在不同的亚基等位基因的变异与烘烤品质的优劣有关，且在不同的研究中表现比较一致的研究中表现比较一致• •在同一位点不同亚基对烘烤品质的效应也不同在同一位点不同亚基对烘烤品质的效应也不同. .LMW—GS结构特征•LMW—GsLMW—Gs在麦谷蛋白中占很大比例在麦谷蛋白中占很大比例( (约约7575％％) )，占，占小麦籽粒总蛋白的小麦籽粒总蛋白的1 1／／3 3LMW—GSLMW—GS被定位于染色被定位于染色体体lAlA、、1B1B、、1D1D短臂上，由紧密联锁的基因簇控制，短臂上，由紧密联锁的基因簇控制，分别用分别用GluGlu—A3—A3、、GluGlu—B3—B3和和GluGlu— D3— D3表示，统称表示，统称为为GluGlu一一3 3位点，各位点存在大量的变异，某些特位点，各位点存在大量的变异，某些特定的亚基类型及含量对烘烤品质有一定的作用。

定的亚基类型及含量对烘烤品质有一定的作用研究表明，研究表明，LMW—GSLMW—GS位点对面团黏弹性的作用以位点对面团黏弹性的作用以加性效应为主，位点间互作效应也达显著水平加性效应为主，位点间互作效应也达显著水平HMW—GSHMW—GS和和LMW—GSLMW—GS位点的互作效应也影响小位点的互作效应也影响小麦加工品质麦加工品质 LMW—GS一级结构•LMW—GSLMW—GS一级结构的一般模型是由基因推测得到一级结构的一般模型是由基因推测得到的氨基酸序列得来的：最的氨基酸序列得来的：最N N端是端是2121个氨基酸的典个氨基酸的典型信号肽，后跟随一条约型信号肽，后跟随一条约l3l3个氨基酸的短序列个氨基酸的短序列( (al'eaal'ea I) I)大多数LMW —GSLMW —GS基因都表达基因都表达area Iarea I之后是一个重复区之后是一个重复区(area(areaⅡⅡ) )，由不定数量，由不定数量(70—(70—186)186)的氨基酸组成的氨基酸组成LMW—GSLMW—GS的重复区很短，仅的重复区很短，仅占到了蛋白序列的占到了蛋白序列的30—50tool30—50tool％。

接下来是保守％接下来是保守的的C C一端区C C一端区内又定义了三个区域：一端区内又定义了三个区域：areaareaⅢⅢ 、、area1Varea1V和和areaVareaVLMW—GS二硫键和二级结构 •分子内及分子间二硫键是LMW—GS二级结构的一个重要特征• N一端一般有一个Cys，位于area工或arPAtII它不可能与C一端区内的半胱氨酸残基形成分子间二硫键，这是由重复序列空间结构的稳定性造成的 •C C一端区内的七个半胱氨酸残基一般形成三对分子内二硫一端区内的七个半胱氨酸残基一般形成三对分子内二硫键，剩余一个位于键，剩余一个位于areaareaⅣⅣ 的自由半胱氨酸残基参与形成分的自由半胱氨酸残基参与形成分子间二硫键，起到与子间二硫键，起到与HMW—GSHMW—GS形成麦谷蛋白聚合体或形形成麦谷蛋白聚合体或形成成LMW—GSLMW—GS聚合体的作用聚合体的作用 但是由于变异，一但是由于变异，一1_34W—1_34W—GSGS会出现半胱氨酸的添加或缺失因此，自由半胱氨酸残会出现半胱氨酸的添加或缺失因此，自由半胱氨酸残基数区分了形成聚合物的两种不同基数区分了形成聚合物的两种不同LMW—GSLMW—GS亚基：链延伸亚基：链延伸子子————具有两个或两个以上自由半胱氨酸用于形成分子间具有两个或两个以上自由半胱氨酸用于形成分子间二硫键；链终止子二硫键；链终止子————仅有一个自由半胱氨酸用于形成分仅有一个自由半胱氨酸用于形成分子问二硫键。

链延伸子可以形成强度更大的面团子问二硫键链延伸子可以形成强度更大的面团_ _】】 所有完整的有完整的hMWhMW—in—in型型9191或或I31W—sI31W—s型序列具有型序列具有8 8个半胱氨酸，个半胱氨酸，因此被认为是链的延伸亚基因此被认为是链的延伸亚基 •而而a a一型和一型和7 7一型一一型一GSGS大多具有奇数个半胱氨酸大多具有奇数个半胱氨酸D’OvidioD’Ovidio R R等等 发现硬质小麦中的发现硬质小麦中的^y^y一型一型LMW—GSLMW—GS在重复区的起始在重复区的起始位置位置(position 26)(position 26)处多出一个半胱氨酸，在这一类型的处多出一个半胱氨酸，在这一类型的7 7一型一型LMW—GSLMW—GS中共检测到中共检测到9 9个半胱氨酸此外就个半胱氨酸此外就D D型亚基型亚基而言，而言，MasciMasci S S等等 的研究认为的研究认为D D亚基中只有一个亚基中只有一个CysCys对亚基对亚基的结构起到作用，这一个的结构起到作用，这一个cyscys使得使得D D亚基充当链的终止子亚基充当链的终止子除了除了D D亚基外，亚基外，1 1．．blWblW—GS—GS的二级结构与富硫醇溶蛋白的的二级结构与富硫醇溶蛋白的结构具有整体的相似性。

结构具有整体的相似性Thomson N H_2¨Thomson N H_2¨用扫描穿隧显用扫描穿隧显微镜观察到微镜观察到ⅢⅢ W—GS W—GS的的N N端重复区富含端重复区富含p p一转角，这些一转角，这些p p一一转角在一起很可能形成了一种螺旋状的空间结构此外非转角在一起很可能形成了一种螺旋状的空间结构此外非重复区富含重复区富含a a一螺旋，一螺旋，LMW—GSLMW—GS中脯氨酸、丝氨酸的含量中脯氨酸、丝氨酸的含量仅次于谷酰胺，它们的存在使谷蛋白仅次于谷酰胺，它们的存在使谷蛋白a a一螺旋时被分隔，一螺旋时被分隔，形成大小不同的形成大小不同的a a一螺旋，最终使其空间结构更加致密一螺旋，最终使其空间结构更加致密 三：麦谷蛋白的结构预测•随着蛋白质结构预测技术的进展， 计算机分子结构预测与建模已成为研究麦谷蛋白三维结构的重要手段因此麦谷蛋白结构预测大多采用折叠识别和从无到有的方法预测麦谷蛋白的应用•利用HMW—GS进行小麦品质育种改良探索 以HMW—GS研究作为改良小麦品质的手段被越来越多的育种家应用 •1Dx5+lDyl0基因与优良的烘烤品质有关 ．OvidioIgJ根据1Dx5控制基因的序列，设计1对1Dx5基因的特异引物，用PCR对一些普通小麦进行扩增 •Roder等报道了普通小麦D组染色体上的23对微卫星引物，这些特异的引物扩增出的特异片段，可用于优质面包小麦育种的分子标记辅助选择。

•宋希云 利用小麦胚乳贮藏蛋白HMW—GS 1Dyl0单克隆抗体，建立了间接的ELISA测定法 •梁荣奇等利用亚基5和10的特异PCR标记，对19个已知HMW—GS组成的品种进行了扩增，结果表明，具有5亚基的品种能扩增出450bp的特异带：具有10亚基的品种能扩增出576bp的特异带；具有l2亚基的品种能扩增出612bp的特异带 •面筋的弹性和强度差，这与我国品种缺少某种特定的面筋的弹性和强度差，这与我国品种缺少某种特定的HMW—GSHMW—GS有关目前我国育种工作者已意识到这点，正有关目前我国育种工作者已意识到这点，正在通过基因工程的方法开展这方面的研究同时我国在通过基因工程的方法开展这方面的研究同时我国HMW—GSHMW—GS具有广泛多态性．为品质育种中优质亚基的聚具有广泛多态性．为品质育种中优质亚基的聚合奠定了基础．提供了丰富的遗传变异，有利于小麦面筋合奠定了基础．提供了丰富的遗传变异，有利于小麦面筋强度的遗传改强度的遗传改 良在育种的早代选择中，根据良在育种的早代选择中，根据HMW—GSHMW—GS与品质性与品质性•状相关性大小，选择有关优质亚基状相关性大小，选择有关优质亚基( (如如lAxlAx 2 2、、1Dx1Dx•5+lDy 105+lDy 10等等) )作为优良烘烤品质的标志和育种目标作为优良烘烤品质的标志和育种目标•是可行的是可行的 。

•GMP在总蛋白质中的比例并不大，但却对面粉的烘焙品质起着重要的作用GMP含量主要受两个因素的制约：一是HMW—GSs和LMW—GSs的表达量及二者0.的相对比例，二是各亚基的分子量大小及其结构•HMW—GSs和LMW—GSs的含量受环境因素影响，说明环境因素对品质的作用可能是通过影响GMP的含 量作用的•由于谷蛋白大聚合体相对含量在各品种及品系之间存在极广泛的遗传变异，因此，可以作为预测小麦面筋强弱的一个可信的生化指标 .讨论一下其前景应用？？？麦谷蛋白应用前景。