CC BY
9УДК 543.544
DOI 10.29141/2500-1922-2020-5-1-8
Особенности белков двустворчатого моллюска Дальневосточного региона Mactra chinensis
О.В. Табакаева1*, А.В. Табакаев1
Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток, Российская Федерация, *e-mail: [email protected]
Реферат
Двустворчатые моллюски являются пищевым белковым сырьем; их мягкие ткани характеризуются жесткой резинистой консистенцией, что обусловлено особенностями белков и должно учитываться при переработке в продукты питания. Исследование фракционного состава белков различных групп (водорастворимых, миофиб-риллярных и стромы) представляет собой актуальную задачу, так как с учетом полученных данных возможно обоснование технологии переработки. В статье представлены результаты исследования фракционного состава водорастворимых белков и пептидов, молекулярно-массового распределения отдельных компонентов мио-фибриллярных белков и белков стромы мышечной ткани двигательного мускула моллюска Mactra chinensis. Отмечено, что общее содержание высокомолекулярной фракции (молекулярная масса выше 10 кДа) составляет 62,16 %, общее содержание пептидной фракции (молекулярная масса ниже 10 кДа) - 37,84 %. В составе миофи-бриллярных белков обнаружено четыре основных компонента - миозин, актин, компоненты тропонинового комплекса и коллаген. Содержание основного миофибрил-лярного белка - миозина различной степени полимеризации - составляет 69,3 %; тяжелых цепей миозина - 30,5 % от общего содержания миофибриллярных белков и 44,0 % относительного содержания от общего содержания миозина; легких цепей миозина - 38,8 % от общего содержания миофибриллярных белков и 56,0 % относительного содержания от общего содержания миозина. Актин (молекулярная масса 43 кДа) и компоненты тропонинового комплекса (молекулярная масса - от 15 до 30 кДа) определены примерно равными по содержанию. Содержание коллагена (молекулярная масса более 300 кДа) в миофибриллярной фракции - всего 8,2 %. Белки стромы представлены двумя основными фракциями с молекулярными массами более 250 и 500 кДа. Коллаген является преимущественным белком стромы, его содержание составляет 62,6 %. Отмечено высокое содержание коннектина в белках стромы.
Для цитирования: Табакаева О.В., Табакаев А.В. Особенности белков двустворчатого моллюска Дальневосточного региона Mactra chinensis //Индустрия питания|Food Industry. 2020. Т. 5, № 1. С. 65-70. DOI: 10.29141/2500-1922-2020-5-1-8
Дата поступления статьи: 18 ноября 2019 г.
Proteins Features of the Far Eastern Region Bivalve Mollusk Mactra €hinensis
Oksana V. Tabakaeva1*, Anton V. Tabakaev1
1Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russian Federation,*e-mail: [email protected]
Abstract
Bivalve mollusk are protein raw materials, their soft tissues are characterized by a hard-rubbery consistency due to its proteins characteristics and should be considered when processing into food. The proteins fractional composition study of different groups (water-soluble, myofibrillar, and stroma) is an urgent task, since it is possible to justify the processing technology based on the obtained data. The article presents the fractional composition study
Ключевые слова:
двустворчатый моллюск Mactra chinensis; белки;
фракционный состав
Keywords: bivalve mollusk mactra Sinensis; proteins;
density composition
results of the water-soluble proteins and peptides, the molecular mass distribution of the separate components of myofibrillary proteins and muscle tissue stroma proteins of the Mactra Chinensis mollusk motor muscle. The researchers noted that the total amount of the high-molecular fraction (molecular weight above 10 kDa) is 62.16 %, and the total peptide fraction amount (molecular weight below 10 kDa) is 37.84 %. There are four main components in myofibrillar proteins - myosin, actin, troponin complex components, and collagen. The content of the main myofibrillar protein that is myosin of various polymerization degrees of is 69.3 %; heavy myosin chains - 30.5 % of the total myofibrillar proteins content and 44.0 % of the relative content of the total myosin content; light myosin chains - 38.8 % of the total myofibrillar proteins content and 56.0 % of the relative content of the total myosin content. The authors determined that actin (molecular weight 43 kDa) and troponin complex components (molecular weight from 15 to 30 kDa) are approximately equal in content. The collagen content (molecular weight more than 300 kDa) in the myofibrillar fraction is only 8.2 %. Stroma proteins are represented by two main fractions with molecular weights of more than 250 and 500 kDa. Collagen is the predominant stroma protein, its content account for 62.6 %. There is a high connectin content in stroma proteins.
For citation: Oksana V. Tabakaeva, Anton V. Tabakaev. Proteins Features of the Far Eastern Region Bivalve Mollusk Mactra Chinensis.
Индустрия питания|Food Industry. 2020. Vol. 5, No. 1. Pp. 65-70. DOI: 10.29141/2500-1922-2020-5-1-8
Paper submitted: November 18, 2019
Введение
Азотсодержащие вещества, входящие в состав сырья и продуктов питания - белки, аминокислоты, растительные основания, являются важнейшей составляющей пищи человека. Потребление азотсодержащих веществ, в первую очередь белков и свободных аминокислот, зависит от различных факторов - возраста человека, его пола, характера трудовой деятельности и др. Количество поступивших в организм человека белков и белков, выделившихся с продуктами распада, должно находиться в равновесии, что и характеризует здоровый организм [1]. Иными словами, при потреблении белковой пищи должно учитываться не только количество, но и качество потребляемого белка.
Практическая значимость живых морских организмов для человека громадна. Использование морских недр для добывания растительного и животного пищевого и технического сырья восходит к временам глубокой древности, однако активное развитие морской промысел получил в последнее время. Человек вовлекает в свою пищевую цепь всё более новые источники нутриентов морского происхождения, в первую очередь белковые, делает их объектом промысла и искусственного разведения. Расширяется перечень объектов нерыбного промысла, активно добываемых и перерабатываемых - новые виды голотурий, ракообразных, моллюсков (двустворчатых, брюхоногих, головоногих).
Двустворчатые моллюски как наиболее распространенный вид моллюсков обитают практически во всех морях Мирового океана.
Из двустворчатых моллюсков Дальневосточного региона России определенный интерес представляет мактра китайская (Мас^а сЬ/'пе^/з) [2]: семейство мактр (Mactridae); места обитания - Японское море (у берегов Приморья, от залива Посьета до залива Ольги, и в западной части Сахалина), Охотское море, Южно-Курильское мелководье, а также Желтое и Восточно-Китайское моря; глубина обитания - от 1 до 15 м; комфортная для моллюска температура воды - до 23,5 °С; предпочитает песчаные грунты, в которые зарывается; может достигать достаточно крупного размера - до 80 мм в длину и массы до 71 г [3; 4].
В пищу обычно используют так называемую «ногу» и мускул-замыкатель Мас^а chiпeпsis, которые могут употребляться в свежем или переработанном виде (мороженными, сушеными, а также как пресервы и консервы) [5].
Известно, что биологическая ценность как пищевого сырья, так и продукта определяется не только содержанием белка, но и его качеством, отражающим биологическую ценность и усвояемость. Усвояемость, в свою очередь, определяется фракционным составом белков и их моле-кулярно-массовым распределением.
На основании изложенного целью данной работы являлось исследование фракционного состава водорастворимых белков и пептидов, молекулярно-массового распределения отдельных компонентов миофибриллярных белков и белков стромы мышечной ткани двигательного мускула моллюска Мас^а chiпeпsis.
Объекты и методы исследования
Объектом исследования служила мягкая пищевая часть двустворчатого моллюска Mactra chinensis - двигательный мускул (так называемая «нога»).
Фракционирование фибриллярных белков измельченной мышечной ткани двигательного мускула Mactra chinensis проводили по методу Маруямы [6].
Экстракция водорастворимых белков проводилась в 5 М растворе ЭДТА при нейтральном pH; соотношение ткани и экстрагента - 1:5; температура - 6-8 °С; продолжительность процесса - 4 ч. В течение всего исследования осуществлялось периодическое перемешивание. Экстракцию миофибриллярных белков проводили с использованием раствора Хассельбаха-Шнайдера (1-я ступень - 0,6 М NaCl; 2-я ступень - 0,1 М NaH2P04; 3-я ступень - 10 mM Na4P207; 4-я ступень - 1 mM MgCl2, pH 6,4).
Фракционный состав белков и пептидов был проанализирован с помощью жидкостного хроматографа среднего давления Amersham Biosciences AKTAdesign (ультрафиолетовый детектор UV-900, насос P-900) c использованием колонки Superdex-75 10/300 (1,0 х 30 cm). Белки элю-ировали буферным раствором 50 мМ NaH2P04, 0,05 М NaCl, pH 7,08-7,11.
Подготовленные образцы наносили на колонку, скорость потока составляла 2 mL/min-1. Детектирование проводилось при длине волны 280 нм. Расчет молекулярной массы белков и пептидов производили на основе стандартов -маркеров молекулярной массы, кДа: бацитрацин - 1,42 кДа; апротинин - 6,5 кДа; цитохром - 12,5; миоглобин - 17,0 кДа; химотрипсиноген - 25,0; яичный овальбумин - 45,0 кДа.
Состав белковых фракций и молекулярные веса субъединиц саркоплазматических, миофи-бриллярных белков и коллагена определяли методом диск-ДСН-электрофореза на оборудовании фирмы Pharmacia Biotech AB (Швеция) в полиакриламидном геле [7]. Концентрирующим гелем являлся полиакриламид с концентрацией 3,5 %. Сила тока - 15 мА, напряжение - 210-220 В. С целью разделения использовали гели поли-акриламида концентрацией 10-15 % и гель концентрацией 7,5 %. Параметры процесса разделения: сила тока - 5 мА; напряжение - 100-110 В; время - 6-8 ч. Сравнение относительной подвижности стандартных белков и веществ образца позволило определить молекулярную массу.
Стандартными белками, использованными в данном исследовании, являлись: апоферритин, каталаза, гамма-глобулин, бычий сывороточный альбумин димер, бычий сывороточный альбумин, овальбумин, карбоангидраза, ^-лактоглобу-
лин и а-лактоальбумин [7]. Согласно стандартной методике для окрашивания белков использовали кумасси голубой. Количественные соотношения белков определяли по денситограммам окрашенных пластинок электрофореграмм на денситометре UV-260 (LKB, Sweden).
Все исследования проводили в 3-кратной по-вторности.
Экспериментальные данные представлены в виде среднего арифметического М и стандартной ошибки среднего т. Статистическую обработку проводили с использованием пакетов прикладных программ Excel, Statistica 7.0. Достоверность различий оценивали по критерию Стъюдента при 95 %-м уровне значимости.
Результаты исследования и их обсуждение
По результатам изучения фракционного состава водорастворимых белков и пептидов мышечной ткани основного пищевого компонента - двигательного мускула моллюска Mactra chinensis получено молекулярно-массовое распределение водорастворимых белков и пептидов (табл. 1).
В ходе исследования определено восемь пиков с удерживаемым объемом от 8,86 до 37,69 мл. Максимально представлены фракции с объемом удерживания 8,86 мл (55,62 %) и 18,98 мл (24,5 %). Содержание остальных индивидуальных фракций не превышало 7,0 %. Высокомолекулярная фракция (молекулярная масса выше 10 кДа) представлена двумя белками с молекулярной массой 35 и 21 кДа; их общее содержание - 62,16 %. Низкомолекулярная фракция (молекулярная масса ниже 10 кДа) представлена пептидами с массой 2 и менее 1 кДа, общее содержание пептидной фракции - 37,84 %.
Данные о молекулярной массе и электрофо-ретической подвижности миофибриллярных белков мышечной ткани двигательного мускула моллюска Mactra chinensis, полученные методом диск-ДСН-электрофореза (табл. 2), позволили определить их состав.
Были обнаружены четыре основных компонента миофибриллярных белков: миозин, актин, компоненты тропонинового комплекса и коллаген.
В ходе анализа миофибриллярных белков были выявлены некоторые особенности их состава. Основным миофибриллярным белком мышечной ткани двигательного мускула моллюска Mactra chinensis является миозин различной степени полимеризации (содержание - 69,3 %); он представлен на электрофореграм-ме широкой полосой, имеет молекулярный вес около 230 кДа (тяжелые цепи миозина, содержание которых составляет 30,5 % от общего содер-
Таблица 1. Молекулярно-массовое распределение водорастворимых белков и пептидов мышечной ткани моллюска Mactra chinensis Table 1. Molecular Weight Distribution of Water-Soluble Proteins and Peptides of the Mollusk Mactra Chinensis Muscle Tissue
№ пика Удерживаемый объем, мл Относительное содержание белка (пептида) во фракции, % Молекулярная масса, кДа
1 8,86 55,62 35,66
2 12,93 6,54 20,77
3 17,93 6,02 2,47
4 18,98 24,5 <1
5 22,57 4,55 <1
6 27,47 1,35 <1
7 31,83 1,29 <1
8 37,69 0,13 <1
Таблица 2. Молекулярная масса отдельных компонентов миофибриллярных белков мышечной ткани
двигательного мускула моллюска Mactra chinensis Table 2. Molecular Weight of the Separate Myofibrillary Proteins Components of the Mollusk Mactra Chinensis Motor Muscle Tissue
Белок Молекулярная масса, кДа Относительное содержание, %
Коллаген > 300 8,2
Тяжелые цепи миозина 230 30,5
Легкие цепи миозина -1 60-140 14,3
Актин 43 12,1
Компоненты тропонинового комплекса 15-30 10,2
Легкие цепи миозина - 2 < 10 24,5
жания миофибриллярных белков и 44,0 % относительного содержания от общего содержания миозина) и характеризуется набором полос белков с высокой электрофоретической подвижностью, соответствующей молекулярным весам в интервале от 60 до 140 кДа и менее 10 кДа (легкие цепи миозина), содержанием 38,8 % общего содержания миофибриллярных белков и 56,0 % относительного содержания от общего содержания миозина.
Актин (молекулярная масса - 43 кДа) и компоненты тропонинового комплекса (молекулярная масса - от 15 до 30 кДа) определены примерно в равном содержании. Содержание коллагена
(молекулярная масса более 300 кДа) в миофи-бриллярной фракции составляет всего 8,2 %. Данные по молекулярной массе и электрофоретической подвижности высокомолекулярных белковых компонентов белков стромы мышечной ткани двигательного мускула моллюска Mactra chinensis, полученные методом диск-ДСН-электрофореза (представлены в табл. 3), позволили определить их состав.
Согласно полученным данным белки стромы представлены двумя основными фракциями с молекулярными массами более 250 и 500 кДа. Коллаген является преимущественным белком стромы, его содержание составляет 62,6 %.
Таблица 3. Молекулярная масса отдельных компонентов белков стромы мышечной ткани двигательного мускула моллюска Mactra chinensis Table 3. Molecular Weight of the Separate Stroma Proteins Components of the Mollusk Mactra Chinensis Motor Muscle Tissue
Белок Молекулярная масса, кДа Относительное содержание, %
Коллаген > 250 62,6
Компоненты коннектина > 500 37,1
Высокое содержание коннектина в белках стромы способствует сохранению продольной целостности структуры мышцы, обеспечивая пассивную упругость; он ответственен за все напряжения покоя, присущие мышечным волокнам [8].
Высокая агрегационная способность субъединиц коннектина, их молекулярный вес и стабильность in vivo являются факторами, определяющими высокую эластичность, упругость и прочность мышечных волокон [9].
Выводы
Исследование общего химического состава, фракционного состава белков мягких частей, фракционного состава водорастворимых белков и пептидов, молекулярно-массового распределения отдельных компонентов миофиб-риллярных белков и белков стромы мышечной ткани двигательного мускула моллюска Мас^а chiпeпsis позволило выявить особенности, которые необходимо учитывать при переработке данного сырья морского генеза.
Библиографический список
1. Покровский А.А. Роль биохимии в развитии науки о питании: Некоторые закономерности ассимиляции пищевых веществ на уровне клетки и целостного организма. М.: Наука, 1974. 178 с.
2. Борисовец Е.Э., Явнов С.В., Мокрецова Н.Д., Седова Л.Г. Ресурсы и структура поселений прибрежных беспозвоночных Приморского края. Владивосток: ФГУП ТИНРО-Центр, 2004. 260 с.
3. Скарлато О.А. Двустворчатые моллюски умеренных широт западной части Тихого океана. Л.: Наука, 1981. 479 с.
4. Касьянов В.Л. Репродуктивная стратегия морских двустворчатых моллюсков и иглокожих. Л.: Наука, 1989. 179 с.
5. Sokolowski, A.;Wolowicz, M.; Hummel, H. Free Amino Acids in the Clam Macoma balthica L. (Bivalvia, Mollusca) from Brackish Waters of the Southern Baltic Sea. Comp. Biochem. Phys. A. 2003. Vol.134(3). Pp. 579-592.
6. Maruyama, K.; Kimura, S.; Kuroda, M.; Handa, S. Connectin, an Elastic Protein of Muscle. Its Abundance in Cardiac Myofibrils. J. Biochem. 1977(а). Vol. 82(2). Pp. 347-350.
7. Weber, K.; Osborn, M. The Reliability of Molecular Weight Determinations by Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis. J. Biol. Chem. 1969. 224. Рp. 4406-4412.
8. Grimm, A.F.; Whittehorn, W.V. Characteristics of Resting Tension of Myocardium and Localization of Its Elements. Am. J. Physiol. 1966. 210. Pp. 1362-1368.
9. Kimura, S.; Maruyama, K.; Huang, Yi. Interactions of Muscle Connectin with Myosin, Actin and Actomyosin at Low Ionic Strength. J. Biochem. 1984. Vol. 96. Pp. 499-506.
Bibliography
1. Pokrovskiy, A.A. Rol Biohimii v Razvitii Nauki o Pitanii: Nekotorye Zakonomernosti Assimilyacii Pishchevyh Veshchestv na Urovne Kl-etki i Celostnogo Organizma [Biochemistry Role in the Nutrition Science Development: Some Assimilation Regularities of Food Substances at the Cell Level and the Whole Organism]. M.: Nauka, 1974. 178 s.
2. Borisovets, E.E.; Yavnov, S.V.; Mokrecova, N.D.; Sedova, L.G. Resursy i Struktura Poselenij Pribrezhnyh Bespozvonochnyh Primorskogo Kraya [Resources and Structure of Coastal Invertebrates Settlements of the Primorsk Region]. Vladivostok: FGUP TINRO-Centr, 2004. 260 s.
3. Skarlato, O.A. Dvustvorchatye Mollyuski Umerennyh Shirot Zapad-noj Chasti Tihogo Okeana [Bivalve Mollusk of the Temperate Latitudes of the Pacific Ocean Western Part]. L.: Nauka, 1981. 479 s.
4. Kasyanov, V.L. Reproduktivnaya Strategiya Morskih Dvustvorchatyh Mollyuskov i Iglokozhih [Reproductive Strategy of Marine Bivalves and Echinoderms]. L.: Nauka, 1989. 179 s.
5. Sokolowski, A.;Wolowicz, M.; Hummel, H. Free Amino Acids in the Clam Macoma balthica L. (Bivalvia, Mollusca) from Brackish Waters of the Southern Baltic Sea. Comp. Biochem. Phys. A. 2003. Vol.134(3). Pp. 579-592.
6. Maruyama, K.; Kimura, S.; Kuroda, M.; Handa, S. Connectin, an Elastic Protein of Muscle. Its Abundance in Cardiac Myofibrils. J. Biochem. 1977(a). Vol. 82(2). Pp. 347-350.
7. Weber, K.; Osborn, M. The Reliability of Molecular Weight Determinations by Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis. J. Biol. Chem. 1969. 224. Pp. 4406-4412.
8. Grimm, A.F.; Whittehorn, W.V. Characteristics of Resting Tension of Myocardium and Localization of Its Elements. Am. J. Physiol. 1966. 210. Pp. 1362-1368.
9. Kimura, S.; Maruyama, K.; Huang, Yi. Interactions of Muscle Connectin with Myosin, Actin and Actomyosin at Low Ionic Strength. J. Biochem. 1984. Vol. 96. Pp. 499-506.
Информация об авторах / Information about Authors
Табакаева Оксана Вацлавовна
Tabakaeva, Oksana Vatslavovna
Тел./Phone: +7 (423) 265 24 24 (доб. 4009)
E-mail: [email protected]
Доктор технических наук, доцент, профессор Департамента пищевых наук и технологий Школы биомедицины Дальневосточный федеральный университет
690920, Российская Федерация, г. Владивосток, о-в Русский, пос. Аякс, кампус ДВФУ, корп. М
Doctor of Technical Science, Associate Professor, Professor of the Food Science and Technology Department of the Biomedicine School Far Eastern Federal University
690920, Russian Federation, Vladivostok, Russian Island, Ajax, FEFU Campus, building M ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7068-911X
Табакаев Антон Вадимович
Tabakaev, Anton Vadimovich
Тел./Phone: +7 (423) 2 65 24 24 (доб. 4007)
E-mail: [email protected]
Кандидат технических наук, ассистент Департамента пищевых наук и технологий Школы биомедицины
Дальневосточный федеральный университет
690920, Российская Федерация, г. Владивосток, о-в Русский, пос. Аякс, кампус ДВФУ, корп. М
Candidate of Technical Science, Assistant of the Department of Food Science and Technology Department of the Biomedicine School Far Eastern Federal University
690920, Russian Federation, Vladivostok, Russian Island, Ajax, FEFU Campus, building M ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5658-5069
