主要內容：,1：簡單了解一下面筋 2：簡單了解一下麥醇蛋白，重點掌握麥谷蛋白的結構 3：根據麥谷蛋白的結構討論一下其前景應用,一：面筋,1：麥谷蛋白和麥醇蛋白是小麥面筋蛋白(俗稱谷朊粉)主要的組成成分，在小麥面筋蛋白功能特性中起著重要的作用 2：面筋是小麥的主要功能成分,現在也是面團粘彈性性能方面的主要影響因素。 3：面團性能主要是由結構面筋、及相互作用的蛋白復合體作用的。 4：面團的物理性質產生于相互作用的面筋蛋白質之間,2.2在小麥面筋蛋白功能特性中的作用,1：粘彈性 在面團中，醇溶蛋白與麥谷蛋白相互作用，醇溶 蛋白進入麥谷蛋白之中，而麥谷蛋白起著傳送帶作 用，使面團顯示出適當粘彈性，麥谷蛋白為面團提供 彈性。面筋蛋白在液體中即使水分過剩，仍具有粘彈 性，這是由于面筋蛋白極性低(10)，放出正電荷，因 此面筋能排出過量游離水，使面筋互相緊密結合在一 起，具有成團、成膜和立體網絡功能 。,2：薄膜成型性 小麥面筋蛋白薄膜成型性是其粘彈性直接表現。面筋網絡彈性主要與麥谷蛋白功能有關 3：熱凝固性 4: 溶解性 5：乳化性 6:凝膠性 凝膠性是蛋白質與蛋白質，及蛋白質與水之間相 互作用結果。蛋白質與水作用力越強，與水結合越牢 固；蛋白質分子間作用力強，才能形成空間網狀結構； 但作用力過強，整個體系平衡遭到破壞，水被擠出，凝 膠結構被破壞。,小麥谷蛋白的這么多性質也是有機大分子的結構決定其功能性，因此了解小麥谷蛋白的結構與組成是研究面粉品質的基礎,二：麥谷蛋白的結構,麥谷蛋白分子一級、二級結構的特征以及這些特征對面筋功能具有重要的影響，在此基礎上對麥谷蛋白亞基內或亞基間二硫鍵形成模式進行一下介紹,2.1,一：高分子量麥谷蛋白亞基HMW-GS雖只占小麥谷蛋白10，但賦予小麥面筋彈性。對小麥麥谷蛋白的功能性質有著重大的影響.,HMW-GS,HMWGS有位于第一組同源染色體長臂上基因編碼，每個基因位點有一個高相對分子質量X型亞基(8388 kD)和一個低相對分 子質量Y型亞基(6774 kD)，HMWGS中X型亞基比Y型亞基對面筋蛋白結構和面團特性具有更重要作用“ 。,低分子量麥谷蛋白亞基LMWGS占谷蛋白90，部分溶解于70 乙醇，與一些高相對分子質量醇溶蛋白相類似。一些LMWGS為水溶性蛋白，但仍通過二硫鍵部分與C-型、p一型和丫一型醇溶蛋白相連，部分與HMWGS相連。所以LMWGS與醇溶蛋白往往在電泳譜上重疊，常規電泳方法難以將它們分離.,其中分子量為70 kD LMWGS對谷蛋白多聚體結構起著重要作用，其N一末端氨基酸序列類似于一醇溶蛋白。LMWGS屬于富硫醇溶蛋白，表現為粘性，與小麥加工品質也是密切相關的。,HMWGS和LMWGS通過鏈間S-S鍵增大聚合體，以提高面團強度和穩定性。HMW-GS和LMWGS之間唯一交聯，是通過HMWGS的中間疏水區域上1個半胱氨酸殘基與LMW-GS中c末端區域上1個半胱氨酸殘基交聯形成S-S鍵 。大分子麥谷蛋白聚集體所占比例大。根據高分子物理化學理論，大分子物質含量多，流變學強，對于面粉則表現為筋力強，烘烤品質優，-S-S-在維 持大分子麥谷蛋白聚集體中起決定性作用,HMW-GS的一級結構,由1720個多肽亞基構成，一般含有630830個氨基酸，分子量約為675880 kD。其肽鏈可分為三段由N端和C端較短非重復區域夾著較長有重復序列中間疏水區域 。其中N端由804104個氨基酸成，含345個半胱氨酸；C端有42個氨基酸組成，含1個半胱氨酸；中部疏水區由高度重復480680個氨基酸殘基組成，含01個半胱氨酸。非重復區域含有大量甚至全部半胱氨酸殘基，表現較強親水性，有利于二硫鍵及首尾相連線狀肽鏈分子形成，多個亞基通過二硫鍵形成纖維狀谷蛋白分子。重復區域只有少數幾個或根本沒有半胱氨酸殘基，而是以重復六肽(PGQGQQ)和九肽(GYYPTSPLQQ)以串聯和分散形式所組成；另外，少數HMW-GS是以三肽(GQQ)為主要重復序列。中間區域重復序列通過D一轉角形成松弛B一螺旋結構，賦予面團彈性 。這是一種特殊超二級結構， HMW-GS肽鏈上6一轉角呈重復規則分布，在D一轉角區域中疏水和形成氫鍵能力強的氨基酸較多 。在相鄰HMW-GS間及與其它蛋白間形成氫鍵在穩定面筋蛋白結構方面起著重要作用 。,HMWGS結構對面粉品質的影響,HMWGS占小麥籽粒總蛋白的比例并不大(610)，但對面筋特性起著重要作用。8一轉角使HMWGS具有獨特的彈性屬性。這似乎解釋了具較長重復區的亞基比具較短重復區的亞基具有更好的彈力和筋力n 。解釋小麥面筋彈性作用機制環一鏈模型 。HMWGS的谷氨酸含量很高，具有形成分子內和分子間氫鍵的能力。其特征可能通過分子內氫鍵的形成而影響亞基的彈性。面團中一些氫鍵在加工過程中斷開，這樣就形成了未成鍵的可移動環(1o叩s)和成鍵的鏈(trains)。當外力移去時，環可以伸展并再形成，這就是具有彈力的原因，與橡膠彈性的原理相同。,HMWGS與小麥烘烤品質的關系,麥子粒的蛋白質含量、子粒硬度、沉降值、濕面筋、面團形成時間、面團穩定時間、面包烘烤體積和面包評分等均是反映其烘烤品質的性狀指標。就蛋白質中的HMWGS來說，HMwGS中所含賴氨酸殘基的二硫鍵賦予面團彈性，是影響面粉加工品質和烘烤品質的重要因素【瑚。因此HMWGS亞基的數目和含量均影響小麥品質的好壞。HMWGS亞基的數目越多，相對含量越高，其品質相對來說就越好。另外，不同位點上的等位基因變異對面團和烘烤品質效應顯著不同. 研究表明 ，表達HMWGS等位基因尤其是1D染色體編碼的亞基等位基因的變異與烘烤品質的優劣有關，且在不同的研究中表現比較一致。 在同一位點不同亞基對烘烤品質的效應也不同.,LMWGS結構特征,LMWGs在麥谷蛋白中占很大比例(約75)，占小麥籽粒總蛋白的13。LMWGS被定位于染色體lA、1B、1D短臂上，由緊密聯鎖的基因簇控制，分別用GluA3、GluB3和Glu D3表示，統稱為Glu一3位點，各位點存在大量的變異，某些特定的亞基類型及含量對烘烤品質有一定的作用。研究表明，LMWGS位點對面團黏彈性的作用以加性效應為主，位點間互作效應也達顯著水平。HMWGS和LMWGS位點的互作效應也影響小麥加工品質。,LMWGS一級結構,LMWGS一級結構的一般模型是由基因推測得到的氨基酸序列得來的：最N端是21個氨基酸的典型信號肽，后跟隨一條約l3個氨基酸的短序列(alea I)。大多數LMW GS基因都表達area I。之后是一個重復區(area)，由不定數量(70186)的氨基酸組成。LMWGS的重復區很短，僅占到了蛋白序列的3050tool。接下來是保守的C一端區。C一端區內又定義了三個區域：area 、area1V和areaV。,LMWGS二硫鍵和二級結構,分子內及分子間二硫鍵是LMWGS二級結構的一個重要特征。 N一端一般有一個Cys，位于area工或arPAtII。它不可能與C一端區內的半胱氨酸殘基形成分子間二硫鍵，這是由重復序列空間結構的穩定性造成的。,C一端區內的七個半胱氨酸殘基一般形成三對分子內二硫鍵，剩余一個位于area 的自由半胱氨酸殘基參與形成分子間二硫鍵，起到與HMWGS形成麥谷蛋白聚合體或形成LMWGS聚合體的作用 。但是由于變異，一1_34WGS會出現半胱氨酸的添加或缺失。因此，自由半胱氨酸殘基數區分了形成聚合物的兩種不同LMWGS亞基：鏈延伸子具有兩個或兩個以上自由半胱氨酸用于形成分子間二硫鍵；鏈終止子僅有一個自由半胱氨酸用于形成分子問二硫鍵。鏈延伸子可以形成強度更大的面團_】 。所有完整的hMWin型91或I31Ws型序列具有8個半胱氨酸，因此被認為是鏈的延伸亞基。,而a一型和7一型一GS大多具有奇數個半胱氨酸。DOvidio R等 發現硬質小麥中的y一型LMWGS在重復區的起始位置(position 26)處多出一個半胱氨酸，在這一類型的7一型LMWGS中共檢測到9個半胱氨酸。此外就D型亞基而言，Masci S等 的研究認為D亞基中只有一個Cys對亞基的結構起到作用，這一個cys使得D亞基充當鏈的終止子。除了D亞基外，1blWGS的二級結構與富硫醇溶蛋白的結構具有整體的相似性。Thomson N H_2用掃描穿隧顯微鏡觀察到 WGS的N端重復區富含p一轉角，這些p一轉角在一起很可能形成了一種螺旋狀的空間結構。此外非重復區富含a一螺旋，LMWGS中脯氨酸、絲氨酸的含量僅次于谷酰胺，它們的存在使谷蛋白a一螺旋時被分隔，形成大小不同的a一螺旋，最終使其空間結構更加致密。,三：麥谷蛋白的結構預測,隨著蛋白質結構預測技術的進展， 計算機分子結構預測與建模已成為研究麥谷蛋白三維結構的重要手段。因此麥谷蛋白結構預測大多采用折疊識別和從無到有的方法預測。,麥谷蛋白的應用,利用HMWGS進行小麥品質育種改良探索 以HMWGS研究作為改良小麥品質的手段被越來越多的育種家應用。 1Dx5+lDyl0基因與優良的烘烤品質有關 OvidioIgJ根據1Dx5控制基因的序列，設計1對1Dx5基因的特異引物，用PCR對一些普通小麥進行擴增,Roder等報道了普通小麥D組染色體上的23對微衛星引物，這些特異的引物擴增出的特異片段，可用于優質面包小麥育種的分子標記輔助選擇。 宋希云 利用小麥胚乳貯藏蛋白HMWGS 1Dyl0單克隆抗體，建立了間接的ELISA測定法。,梁榮奇等利用亞基5和10的特異PCR標記，對19個已知HMWGS組成的品種進行了擴增，結果表明，具有5亞基的品種能擴增出450bp的特異帶：具有10亞基的品種能擴增出576bp的特異帶；具有l2亞基的品種能擴增出612bp的特異帶。,面筋的彈性和強度差，這與我國品種缺少某種特定的HMWGS有關。目前我國育種工作者已意識到這點，正在通過基因工程的方法開展這方面的研究。同時我國HMWGS具有廣泛多態性為品質育種中優質亞基的聚合奠定了基礎提供了豐富的遺傳變異，有利于小麥面筋強度的遺傳改 良。在育種的早代選擇中，根據HMWGS與品質性 狀相關性大小，選擇有關優質亞基(如lAx 2、1Dx 5+lDy 10等)作為優良烘烤品質的標志和育種目標 是可行的 。,GMP在