Тэг: белок

Белок леггемоглобин из клубеньков бобовых может стать важным компонентом «альтернативного мяса» из растительного сырья.

Дополнительный способ его получения — синтез в бактериях, дрожжах и других микроорганизмах. Российские ученые исследовали производство этого белка в активном оксигенированном (насыщенном кислородом) состоянии в кишечной палочке при помощи гена леггемоглобина из сои. О результатах они рассказали на страницах журнала Molecules. Работа проводилась в рамках НЦМУ «Агротехнологии будущего».



В центре молекулы гемоглобина находится гем — «ядро» с железом, которое очень эффективно присоединяет и прочно удерживает кислород и оксид азота. Благодаря этой особенности гемоглобин отвечает за транспортировку кислорода не только в человеческой крови: некоторые растения тоже научились его применять. Бобовые пользуются своей разновидностью этого белка — леггемоглобином (или легоглобином). Он накапливается в азотфиксирующих клубеньках бобовых растений, где помогает снабжать живущие там симбиотические бактерии кислородом для дыхания и выполняет множество других функций. Однако если синтезировать его в клетках микроорганизмов, этот белок может вести себя и как антиоксидант, и как окислитель, рискуя повредить клетки из-за образования свободных радикалов. Сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН решили проверить, как будет работать леггемоглобин в бактериях Escherichia coli, и узнать, в какой концентрации и в каком виде культура клеток может производить леггемоглобин безопасно для себя.

«Долгое время леггемоглобин исследовали только как компонент азотфиксирующих систем растений, от которых зависит урожай бобовых. Однако за последние несколько лет интерес к этому белку возрос. Дело в том, что в пищевой промышленности повышается спрос на растительные белки, которые могут быть использованы как сырье для так называемого «растительного мяса».

Леггемоглобин, который делает содержимое клубеньков похожим на кровь, может стать ингредиентом для таких продуктов — в том числе потому, что он содержит железо в форме, которая легко усваивается человеческим организмом - в той же форме, в какой оно содержится в гемоглобине человека. Возможно, основным источником леггемоглобина в промышленных масштабах будет соя. Это растение сравнительно легко выращивать, а его клубеньки содержат нужный белок в больших концентрациях.

Альтернативный способ — получение леггемоглобина биотехнологическими методами. Для этого гены, отвечающие за его синтез, помещают в клетки бактерий, дрожжей или других микроорганизмов», — комментирует свою работу доктор биологических наук Алексей Топунов, заведующий лабораторией азотфиксации и метаболизма азота ФИЦ Биотехнологии РАН.

В предыдущих работах российские биологи продемонстрировали, что ферменты бактерий могут помочь поддерживать синтезированный леггемоглобин в активном восстановленном состоянии. Однако леггемоглобин — чужеродный для бактерий и очень активный белок, и его присутствие может нарушить стабильность биохимических процессов, необходимых для жизни клетки. В новой работе биологи проверили, будет ли производство леггемоглобина сильным окислительным стрессом для клетки, или же, как в некоторых аналогичных системах, бактерия найдет способы противостоять этому эффекту. В экспериментах использовались три клеточные культуры кишечной палочки: одна из них синтезировала нужный белок в небольших количествах, другая — в больших, а третья, контрольная, не синтезировала вообще.

При помощи различных биохимических и физико-химических методов ученые проанализировали взаимодействие леггемоглобина с веществами, вызывающими клеточный стресс - соединениями оксида азота и активными формами кислорода. Несмотря на работу бактериальных ферментов, которые противостоят окислительному стрессу, леггемоглобин сделал E. coli более чувствительными к такому воздействию.

«В использованной бактериальной системе прооксидантное (окислительное) действие леггемоглобина преобладало над антиоксидантным. Это можно объяснили тем, что на производство нового белка клетки затрачивали дополнительную энергию и ресурсы, поэтому бактериям было труднее еще и нейтрализовать окислительные эффекты, а, кроме того, и сам леггемоглобин мог переходить в другую форму и становиться более сильным окислителем. Полученные данные помогут лучше разобраться в механизмах работы этого белка как в клубеньках, так и в микроорганизмах, что поможет в синтезе этого белка и других гемоглобинов методами биотехнологии», — уверен Алексей Топунов.

Мы привыкли, что основным источником белка в рационе веганов служат бобы, орехи и зерновые. Их используют и в промышленных целях, но в производство они попадают не в своем изначальном виде, а в очищенном, как изолят растительного белка. Давайте разберемся, какие изоляты белка наиболее распространены, как их получают и в чем их преимущества.

Изолят белка – это белковый продукт, очищенный от жира, углеводов и клетчатки, с содержанием белка 90-95%.  Наиболее распространенные растительные изоляты – пшеничный, соевый, гороховый. Как правило, это порошки от кремового до светло-коричневого оттенка с характерным для исходного сырья запахом и вкусом.

Изолят горохового белка (вы его наверняка встречали в составе наших сыров) получают при переработке желтого гороха. Это распространенный ингредиент продуктов для веганов и вегетарианцев, спортивного питания, для людей с непереносимостью молочных белков. Кроме того, он обладает гелеобразующей и эмульгирующей способностью, благодаря чему его используют в выпечке, в частности безглютеновой.

В отличие от соевого белка, гороховый не содержит генетически модифицированных ингредиентов. При этом по аминокислотному составу он максимально к нему близок. Изолят горохового белка усваивается на 98%, он очищен от веществ, вызывающих газообразование, характерное для бобовых, и гипоаллергенен. Единственный его минус – специфический вкус и запах в чистом виде.

Изолят соевого белка, который получают из бобов сои, очень близок по аминокислотному профилю к белкам животного происхождения, несмотря на немного пониженное содержание серосодеражащих аминокислот (цистеин, метионин). Уникальным компонентом соевых белков являются изофлавоны – это растительные антиоксиданты, которые защищают организм человека от сердечно-сосудистых заболеваний, злокачественных опухолей, климактерических состояний.

В пищевой промышленности изолят соевого белка используют в кондитерских изделиях, соевом молоке, тофу, диетическом и детском питании в качестве замены животного белка, эмульгатора, улучшителя консистенции, а также для имитации мясных продуктов.

Единственный серьезный минус соевого белка – это содержание ингибиторов протеиназ – веществ, снижающее усвояемость белка. Однако эта проблема легко устраняется дополнительной очисткой соевых бобов от оболочек. На сегодняшний день очень распространена генетически модифицированная соя импортного производства, которая в принципе лишена этого недостатка.

Наименее известен изолят пшеничного белка. Это результат переработки зерна пшеницы в муку. Другое название – пшеничная клейковина. Благодаря клейковине из муки выпекается хлеб, она дает пористость тесту и изделиям из него.

Изолят пшеничного белка хорошо связывает воду, образует прочные гели. Он беден аминокислотами, по сравнению с другими изолятами, но благодаря связывающим свойствам его активно применяют при производстве веганской колбасы, паштетов, сейтана. Изолят пшеничного белка, как и гороховый, имеет специфический привкус.