粮食工程技术《大豆蛋白的结构特征与功能性质》

一大豆蛋白的结构与特征由于研究蛋白质的出发点不同，其分类方法也不同。

关于大豆蛋白的分类，一般有4种分类方法，分别按溶解度、构成蛋白质的最根本单位、结构和生理功能分类。

大豆球蛋白是由奥斯本〔Osborn〕和丹皮鲍尔〔Dampball〕首先用食盐溶液萃取，经反复透析沉淀而得到的一种蛋白质。

由于该蛋白质的长轴和短轴之比小于10:1，因而命名为大豆球蛋白。

球蛋白外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶。

这种蛋白质也溶于水或碱溶液，加酸调pH至等电点4.5或加硫酸铵〔55%〕至饱和，那么沉淀析出，故又称为酸沉蛋白。

而清蛋白因无此特性，故又称为非酸沉蛋白。

根据构成蛋白质的最根本单位来分类，大豆蛋白根本上都属于结合蛋白，此种蛋白质由简单蛋白与其他非蛋白成分结合而成，即水解后所得产物不只是氨基酸，还含有一些配体，如糖等。

可以说大豆蛋白绝大局部都是糖蛋白，只是含糖多少不同。

大豆蛋白是具有四级结构的蛋白质。

植物蛋白按其在一系列溶剂里的溶解性分类〔此方法至今仍被沿用〕：溶于水的清蛋白〔albumin〕；不溶于水但溶于盐的球蛋白〔globulin〕；不溶于水但溶于70%-80%乙醇的溶蛋白〔prolamine〕；不溶于水、醇，但溶于稀酸或稀碱的谷蛋白〔glutelin〕。

因此，根据蛋白质组分在不同溶剂中的溶解性，可按顺序用蒸馏水、稀盐、乙醇、稀碱分别提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，分别收集提取液来测定蛋白质组分含量。

根据生理功能分类法可分为贮藏蛋白和生物活性蛋白两类。

贮藏蛋白是主体，占总蛋白的70%左右，其中7S球蛋白约占37%，11S 球蛋白约占31%。

这种蛋白质没有生物活性，但它与大豆的加工性关系密切。

生物活性蛋白包括得较多，如胰蛋白酶抑制剂、β-淀粉酶、血细胞凝集素、脂肪氧化酶等，它们在总蛋白中所占比例不多，但对大豆制品的质量却有非常大的影响。

〔一〕蛋白体蛋白体外表有一层膜，使之接近球形。

大豆蛋白直径为5-2021，但大多数在5-8um这个狭小范围内。

以蛋白质单体而言，蛋白体中的蛋白质主要为大豆球蛋白和伴大豆球蛋白，还有其他的如外源凝集素、胰蛋白酶抑制剂和许多未确定的多肽类物质。

如前所述，大豆蛋白是一系列高分子化合物的总称，其组成极为复杂，相对分子质量很难测定。

目前已应用于大豆蛋白相对分子质量测定的方法有超离心沉降法、凝胶电泳法、光散色法等。

由Svedberg等开展出的超高速离心机别离的方法是测定蛋白质相对分子质量方法中最令人满意的一种。

蛋白质在离心机中沉降的速率取决于蛋白质相对分子质量、形状、密度、分散介质的密度与黏度，以及超速离心机的离心力。

大豆蛋白大约有90%是以脱水蛋白贮积形式存在的，其中多半是球朊、各种酶、凝集素、隔膜脱阮等。

它主要存在于细胞中的蛋白体内，其直径为1-5um，根据蛋白质分子大小不同，用超离心沉降法对水解浸出脱脂粕所得的蛋白质进行测定。

按照溶液在离心机中沉降速率来分，可分为4个组分，即2S、7S、11S和15S。

每一组分是一些质量接近的分子混合物，如果将每个组分的蛋白质进一步别离，可以获得蛋白质单体或相类似的蛋白质。

大豆蛋白的分子质量分布非常广，为8-600Da，而且是非均匀分布的。

这个分子质量分布用凝胶电泳分析法也得到了证实。

大豆蛋白的分级组分中，7S和11S是主要的，约占大豆球蛋白总量的70%，约有80%的蛋白质分子质量在100kDa以上。

〔二〕大豆蛋白的分级组分1、2S组分低分子质量的2s组分，占大豆蛋白的10%左右，分子质量为8-21.5kDa，其含有胰蛋白酶抑制剂、细胞色素c、尿素酶、2S球蛋白和两种局部检定的球蛋白等，其中的2S球蛋白即为α-伴大豆球蛋白。

研究2S组分的比拟少。

在酸沉蛋白中，别离出了分子质量为26kDa的2S蛋白，其N端结合有天冬氨酸。

这些低分子质量的蛋白质通常存在于乳清中，常常需要进行加热以消除不良作用而有利于消化。

圆偏光二色性测定结果说明，Bowman-Birk胰蛋白酶抑制剂即使存在α-螺旋结构，也是极微量的。

但是，由于其分子中胱氨酸含量较高，因此能形成较多的二硫键，进而形成有限的三级结构。

另外，当蛋白质含量为在0.1%以上时，Bowman-Birk胰蛋白酶抑制剂具有四级结构，也就是说，可缔合成二聚体或三聚体。

另外，根据沉降平衡试验可以推定，当含量为1%时，在同单体等量的二聚体中，约含有7%的三聚体。

进一步的渗透压研究结果说明，即使将含量提高到0.3%，虽然三聚体不存在，但单体与二聚体仍然是等量存在的。

Kunitz胰蛋白酶抑制剂由1条多款构成，有2个二硫键，其固有黏度、荧光旋光等物理性质测定结果显示，该抑制剂具有对称的致密而坚实的结构。

由圆偏光二色性测定结果可见，该蛋白质处于未变性状态时，均未见到ɑ-螺旋或β-折叠结构。

但是，二硫键断开后，圆偏光二色性的光谱发生较大变化。

如果将2个二硫键复原，那么胰蛋白酶抑制剂活性消失；再氧化后，活性又恢复。

但是，如果将1个二硫键选择性复原，那么活性并不消失：如果将2个二硫键均复原，那么分子被翻开，并且在缓冲溶液中其固有黏度增加。

在二硫键复原后，使已复原的巯基〔-SH〕烷基化，再用8mol/L的尿素溶液处理，那么分子进一步被翻开。

2、7S组分7S组分占大豆蛋白42%左右，分子质量为61-210kDa，由几种不同种类的蛋白质组成，即血细胞凝集素、脂肪氧化酶、β-淀粉酶及7S球蛋白，其中7S球蛋白所占比例最大，约占组分的1/3，占大豆蛋白总量的1/4。

7S球蛋白是一种糖蛋白，含糖量约为5.0%，其中甘露糖为3.8%、氨基葡萄糖为1.2%。

与11S球蛋白相比，7S球蛋白中色氨酸，甲硫氨酸、胱氨酸含量略低，而赖氨酸含量那么较高。

因此可以说7S球蛋白更能代表大豆蛋白的氨基酸组成。

血细胞凝集素是一种糖蛋白，其分子结构尚不清楚。

如果从其分子中无胱氨酸桥这一点来看，其高级结构不会致密坚实。

它有2个N端残基，说明它有2个多肽链，即有2个次级单位。

如果用酚-乙酸-巯基乙醇-尿素溶剂破坏其四级结构，那么用圆盘电泳检测，可得到2个次级单位。

脂肪氧化酶可能是由两个分子质量为58kDa的次级单位构成的。

用盐酸胍或十二烷基磺酸钠可使其向次级单位解离。

从粗伴大豆球蛋白中别离出来的不同免疫性组分包括α-伴大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白和τ-伴大豆球蛋白。

ɑ-伴大豆球蛋白具有2S组分的酶活特性，而β-伴大豆球蛋白和τ-伴大豆球蛋白都不具有酶活性。

在高离子强度下，β-伴大豆球蛋白表现出7S的沉降系数，在低离子强度下表现出的又为9S-10S的沉降系数，而τ-伴大豆球蛋白不会出现此种变化。

另外，据Thanh 和Shibasaki〔1976〕报道，以分级等电点沉淀法为根底，β-伴大豆球蛋白在pH4.3时沉淀，而τ-伴大豆球蛋白仍是可溶的。

β-伴大豆球蛋白由于是7S组分的最大组成局部，故被研究得较多，而另两种〔即a大豆球蛋白和大豆球蛋白〕那么没引起人们足够的重视。

7S球蛋白即β-伴大豆球蛋白，目前，人们普遍认为7S球蛋白具有1种三聚体结构，分子质量约为180kDa。

它通常有3种亚单位结构，称为ɑ’亚基、ɑ亚基和β亚基。

用尿素使这种亚基结构复杂的天然结构变性之后，通过离子交换色谱或十二烷基硫酸钠〔SDS〕聚丙烯酰胺凝胶电泳〔PAGE〕可使它们其中一种亚基结构从另一种中溶出。

基于第二种方法中的电泳运动性，测得ɑ’亚基、ɑ亚基和β亚基的分子质量分别为57kDa、57kDa和42kDa。

这3种亚基结构都富含天冬氨酸/天冬酰胺、谷氨酸/谷氨酰胺和亮氨酸/精氨酸。

ɑ亚基和ɑ’亚基具有非常相似的氨基酸组成，两者都不含胱氨酸但含有低量的甲硫氨酸，相比之下，β亚基那么不含甲硫氨酸，此外，所有的β-伴大豆球蛋白的亚基结构都是糖蛋白，且含有4%-5%的碳水化合物。

因此可以认为，7S 球蛋白是糖基化结构。

随亚基结构组成的不同，β-伴大豆球蛋白的结构也不同。

理论上，β-伴大豆球蛋白存在10种结构形式，其中已有6种〔B1-B6〕被证明是存在的。

这6种结构的亚基组成如下：B1由1个ɑ’亚基和2个β’亚基组成；B2由1个ɑ亚基和2个β亚基组成；B3由1个ɑ亚基、1个ɑ’基和1个β亚基组成；B4由2个ɑ亚基和1个β亚基组成；B5由2个ɑ亚基和1个ɑ’亚基组成；B6由3个ɑ亚基组成。

另一种名为β’的亚基结构仅存在于某些大豆品种中。

有关β’亚基的根本结构目前仍不清楚，但其中的氨基酸成分说明它富含含硫氨基酸。

从大豆蛋白的营养价值和由大豆制成的食品的理化特性这两点来看，这些特性是非常有意义的，其中食品的生化特性与β’亚基通过二二硫键的聚合作用有关。

3、11S组分11s组分占大豆蛋白的31%左右，分子质量约为360kDa，其组分比拟单一，到目前为止仅发现一种11S球蛋白，它可谓种子中的巨型球蛋白，11S球蛋白是大豆中含量最多的蛋白质成分，等电点为5.0。

11S球蛋白是大豆种子中的主要贮藏蛋白，是由12个亚基构成的寡聚蛋白，聚合度在2021左右。

每一个亚基也是一个球状分子。

在这些亚基中，呈酸性的亚基〔别离后带羧基〕共有6种，命名为A亚基，即分子质量为34-44kDa的酸式多肽；呈碱性的亚基有两种，命名为B亚基，即分子质量约为2021a的碱式多肽。

每种A亚基与另一种B亚基通过二硫键连接，形成比拟稳定的中间亚基，即AB亚基。

这些中间亚基共有6种。

联合应用尿素和一种二硫化物复原剂，如β-巯基乙醇〔β-ME〕就可使这些亚基和多肽分解。

可利用DEAE-葡聚糖凝胶层析对复原和变性的酸式多肽进行分析，而碱式多肽那么可利用CM-Sephadex层析别离得到。

已有5种主要的亚基结构被定性，即A1a B2、A1b B1b、A2B1a、A3B4和A5A4B3。

以物理性质为根底，这些亚基可被分成两个不同的组：Ⅰ组包括前3种亚基，而Ⅱ组那么包括另外2种亚基。

Ⅰ组中的亚基的分子质量更趋于一致且比Ⅱ组中的亚基含有更多的甲硫氨酸。

后面这两个特征对于致力于提高种子甲硫氨酸含量的育种人员来说尤为重要。

在这5种主要的亚基中，G5是一个例外，它的酸式结构由两种多肽〔即A5A4〕组成，并在距其前驱多肽的一NH2端约100个氨基酸处有一蛋白质溶解分裂键，因此在变性时，A4结构就从与连接有A5B3结构的二硫化物中别离出来。

11S球蛋白也是一种糖蛋白，只不过糖的含量要比7S组分少得多，只有0.8%。

11S球蛋白含有较多的谷氨酸，天冬氨酸，以及少量的组氨酸、色氨酸和胱氨酸。

旋光色散和红外吸收光谱测定说明，11S球蛋白的二级结构，三级结构与7S球蛋白相类似。

11s球蛋白中，ɑ-螺装结构为数很少，主要是逆平行β-折叠结构和不规那么结构，紫外光谱研究说明，在11S球蛋自三级结构中有86酪氨酸线基侧链和23个色氨酸线基侧链，其中有34-37个酪氨酸、10个色氨酸处于分子立体结构的外表，其余的那么处于分子内部的硫水区域。