Роль цистеина в формировании доменных структур папаина и легумина гороха, принимающих участие в ограниченном протеолизе

Ограничение использования растительных белков в пищевых целях обусловлено их низкой биодоступностью и плохой перевариваемостью ферментами желудочно-кишечного тракта. Для повышения пищевых качеств белков семян используют метод их модификации, суть которого заключается в частичном воспроизведении ферментативных процессов ограниченного протеолиза, протекающих при прорастании семян. Целью исследования явилось изучение возможности сокращения продолжительности процессов прорастания семян в технологических целях за счет оптимизации условий и параметров ограниченного протеолиза. При этом подбор ферментов (в дополнение к естественным ферментам, содержащимся в семени) и условий протеолиза (в данном случае температуры), а также добавление веществ – активаторов гидролиза, осуществлялся таким образом, чтобы наиболее эффективным способом обеспечить качество конечного продукта. Рассмотрено влияние цистеина на формирование доменных структур белков (ферментов и глобулинов). С помощью предложенных выражений можно определить те части молекул белков, которые образуют устойчивые домены и находятся в неупорядоченном состоянии, подвергаясь воздействию ферментов. На основании исследования физического механизма воздействия папаиноподобных протеолитических ферментов на легумин гороха LegA (3KSC, CAA10722) определены оптимальные условия ограниченного протеолиза и показано, что продолжительность распада вторичных структур белка фактически в 6–8 раз больше, так как водородные связи, возникающие при формировании вторичных структур, ограничивают доступ фермента к соответствующим аминокислотным остаткам. Также показано, что разрушение водородных связей, например, путем предварительной тепловой обработки белка, позволит расширить область ограниченного протеолиза.

1. Кердиварэ А. М. Ограниченный протеолиз как способ снижения аллергенности запасных глобулинов семян (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53, N 3. С. 475–484. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.3.475rus.

2. Шутов А. Д., Королева Т. Н., Вайнтрауб И. А. Об участии протеаз покоящихся семян вики в распаде запасных белков при прорастании // Физиология растений. 1978. Т. 25, N 4. С. 735–742.

3. Рудакова А. С., Каховская И. А., Шутов А. Д. Легумины, Asn-специфичные протеиназы растений: филогенетический анализ и функции // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: материалы XIII Междунар. конф. (Сочи, 4–8 июня 2018 г.). М.: Изд-во РУДН, 2018. N 13. С. 306–310.

4. Cherdivară A., Rudakova A., Stepurina T., Rudakov S., Wilson K., Shutov A. Limited proteolysis initiates massive degradation of ginnacin, storage 11S globulin from Ginkgo seeds // Molecular Life. 2018. Vol. 2, no. 1. 6 p. https://doi.org/10.26600/MolLife.1.2.1.2018.

5. Даниленко А. Н., Поляков А. В., Плащина И. Г., Павловская Н. Е. Сравнительный анализ интегральной гидрофобности легуминов гороха различной сортовой принадлежности // Вестник ОрелГАУ. 2013. N 1 (40). С. 77–83.

6. Матвеев Ю. И. Определение температур перехода в вязкотекучее состояние, денатурации и начала интенсивной деструкции белков в зависимости от их химического строения // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1997. Т. 39, N 4. С. 690–698.

7. Matveev Yu. I., Plashchina I. G. Determination of the main structural parameters of lysozyme that affect its enzymatic activity // Polymer Science. Series A. 2010. Vol. 52, no. 6. P. 610–613. https://doi.org/10.1134/S0965545X10060064.

8. Choudhury D., Biswas S., Roy S., Dattagupta J. K. Improving thermostability of papain through structure-based protein engineering // Protein Engineering, Design and Selection. 2010. Vol. 23, no. 6. P. 457–467. https://doi.org/10.1093/protein/gzq016.

9. Лифшиц И. М., Гросберг А. Ю. Диаграмма состояний полимерной глобулы и проблема самоорганизации ее пространственной структуры // Успехи физических наук. 1974. Т. 113, N 6. С. 331– 334. https://doi.org/10.3367/UFNr.0113.197406f.0331.

10. Браудо Е. Е., Даниленко А. Н., Елисеева Л. Г., Махотина Н. А. Повышение пищевой ценности белков люпина методом ограниченного ферментативного гидролиза // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2006. Т. 54, N 2-3. С. 69–70.

11. Матвеев Ю. И., Плащина И. Г. Динамическая модель воздействия метилрезорцина на ферментативную активность лизоцима // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2011. Т. 53, N 5. С. 696–703.

12. Матвеев Ю. И., Плащина И. Г. Влияние степени полимеризации фермента и субстрата на каталитическую активность фермента // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2012. Т. 54, N 9. С. 1396–1409.

13. Мосолов В. В. Протеолитические ферменты: монография. М.: Наука, 1971. 412 с.

14. Королева В. А., Холявка М. Г., Артюхов В. Г. Оценка субстратной специфичности растительных цистеиновых протеаз, свободных и иммобилизованных на матрице хитозана // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2020. N 4. С. 50–56.

15. Поляков А. В. Модифицирующее действие ограниченного протеолиза папаином на структуру и свойства легуминов // Биохимическая физика: труды XVI Ежегодной международной молодежной конференции (Москва, 24–26 октября 2016 г.). М.: Изд-во Российского университета дружбы народов (РУДН), 2017. С. 163–167.

16. Sathish H. A., Kumar P. R. Prakash V. Mechanism of solvent induced thermal stabilization of papain // International Journal of Biological Macromolecules. 2007. Vol. 41, no. 4. P. 383–390. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2007.05.009.

17. Sumner I. G., Harris G. W., Taylor M. A. J., Pickersgill R. W., Owen A. J., Goodenough P. W. Factors effecting the thermostability of cysteine proteinases from Carica papaya // European Journal of Biochemistry. 1993. Vol. 214, no. 1. P. 129–134. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1993.tb17904.x.

18. Tandang-Silvas M. R. G., Fukuda T., Fukuda C., Prak K., Cabanos C., Kimura A., et al. Conservation and divergence on plant seed 11S globulins based on crystal structures // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Proteins and Proteomics. 2010. Vol. 1804, no. 7. P. 1432–1442. https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2010.02.016.