CC BY
22
УДК 664.038
Н.И.ВАЛЬКО, Е.В.ЗУБКОВА ,О.В.СТОЯНОВА, А.А.ТИХОСОВА
Херсонский национальный технический университет
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ГИПОКСИИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ НА АКТИВНОСТЬ ГЛУТАМАТДЕКАРБОКСИЛАЗЫ
Предложен способ повышения активности глутаматдекарбоксилазы в плодах и овощах, что будет способствовать увеличению содержания у-аминомасляной кислоты, путем изменения условий хранения сырья перед извлечением сока.
Ключевые слова: у-аминомаслянная кислота, глутаматдекарбоксилаза, глутаминовая кислота, хранение, плоды, овощи.
М.1.ВАЛЬКО, К.В.ЗУБКОВА, О.В.СТОЯНОВА, Г.А.Т1ХОСОВА
Херсонський нацюнальний техшчний ушверситет
ВПЛИВ УМОВ Г1ПОКСП РОСЛИННО1 СИРОВИНИ НА АКТИВН1СТЬ ГЛУТАМАТДЕКАРБОКСИЛАЗИ
Запропоновано спосiб пiдвищення активностi глутаматдекарбоксилази у плодах та овочах, який буде сприяти збшьшенню вмiсту у-амтомасляно! кислоти, шляхом змти умов зберiгання сировини перед вилученням соку.
Ключовi слова: y-амiномасляна кислота, глутаматдекарбоксилаза, глутамiнова кислота, зберiгання, плоди, овочi.
M.I.VALKO, K.V.ZUBKOVA, O.V.STOIANOVA, GA.TIKHOSOVA
Kherson National Technical University
EFFECT OF HYPOXIA OF PLANT MATERIAL ON THE ACTIVITY GLUTAMATEDECARBOXYLASE
A method for increasing the activity of glutamate decarboxylase in fruits and vegetables, which will contribute to an increase in the content of y-aminobutyric acid, by changing the conditions of storage of raw materials before removing the juice.
Keywords: y-aminobutyric acid, glutamatedecarboxylase, glutamic acid, storage, fruits and vegetables.
Постановка проблемы
Изменение условий функционирования ферментов приводит к их индуцированию и адаптации, что ведет к синтезу других метаболитов. Эти процессы реализованы в технологии хранения фруктов и овощей в регулируемой газовой атмосфере[1]. Термин «регулируемая атмосфера (РА)» (controlled atmosphere (CA)) является более точным и правильным по отношению к распространенному ранее термину «регулируемая газовая среда (РГС)». Суть технологии хранения в РА состоит в создании условий хранения с определенными характеристиками, которые учитывают: температурный режим хранения, относительную влажность воздуха, состав атмосферы в камере хранения, а именно, регулируемый состав в ней кислорода и углекислого газа. Технология хранения плодов и овощей в РА основана на уменьшении интенсивности дыхания за счет положительных низких температур 3.. .10 °С и низкого содержания кислорода ( 1-5 % ) и углекислого газа ( 1-5 % ). В таких условиях плоды продолжают дышать, но менее интенсивно. Математическая зависимость интенсивности дыхания от температуры базируется на правиле Вант-Гоффа, которое устанавливает зависимость между изменением температуры ( на 10 °С ) и соответствующей скоростью усиления или ослабления ферментативных реакций ( в 2-3 раза ) [2,3].
При отсутствии кислорода и умеренных температурах ( 20.25 °С ) плоды переходят из режима аэробного дыхания к анаэробному. В этих условиях изменяется метаболизм компонентов сырья. Из углеводов образуется спирт. Свободные аминокислоты подвергаются дезаминированию и декарбоксилированию. При декарбоксилировании аминокислоты образуют амины и углекислый газ. Продукты, которые образовались при декарбоксилировании аминокислот, часто обладают физиологическим действием, а в случае декарбоксилирования дикарбоновых кислот образуются новые аминокислоты. Так из аспарагиновой кислоты образуется а-аланин, из глутаминовой - у-аминомасляная кислота. Особенно интенсивно процессы декарбоксилирования происходят в растительной ткани [4].
Функциональной составляющей разработанных продуктов является у-аминомасляная кислота (ГАМК). ГАМК обнаружена во многих растениях в свободном состоянии. Примером может служить ГАМК-чай. Это черный, по европейской классификации, чай, при производстве которого, на этапе ферментации, резко ограничивается доступ кислорода. В результате этого полностью изменяется характер биохимических превращений, которые происходят в листьях чая, и после такой «бескислородной» ферментации в них накапливается большое количество у-аминомасляной кислоты.
Действие ГАМК классифицировано как нейротрансмиттерное, оно необходимо для передачи нервного импульса синапсам, благодаря чему улучшается импульсная связь между ними и работа центральной нервной системы в целом, а также происходит стабилизация кровяного давления.
у-аминомасляная кислота принимает участие во многих метаболических превращениях, из которых наибольшее значение имеют связанные с обменом дикарбоновых аминокислот и глюкозы, в регулировании физиологического состояния нервной системы, влияя на активность нейронов и синаптическую передачу в них, обусловливая тормозной эффект. Специфическое действие ГАМК на нервную активность объясняется ее влиянием на мембранные структуры нейронов и синапсов, что выражается как в реполяризации клеточных мембран, так и действии ГАМК в качестве химического агента при передаче нервных импульсов. Рекомендовано клиническое использование ГАМК при сосудистых заболеваниях головного мозга ( атеросклерозе и гипертонической болезни ), при нарушении памяти, внимания и речи, при головной боли и головокружениях, динамических нарушениях мозгового кровообращения, повышении психической активности больных после инсульта и травм мозга, эндогенных депрессиях, алкогольных энцефалопатиях, отсталости умственного развития у детей с пониженной психической активностью и при передменструальном синдроме. Суточная потребность взрослого человека в ГАМК 1,5 - 2 г /сутки [5,6,7].
На основании результатов аминокислотного состава многих овощей, для исследований были выбраны: тыква, томаты, морковь и свекла. Исследуемые овощи содержат большое количество глутаминовой кислоты. Аминокислотный состав соков, полученных из выбранных овощей, представлен в табл. 1 [8].
Таблица 1
Аминокислотный состав соков
Аминокислотный состав соков
Аминокислоты, мг/100 г продукта Томатный сок Морковный сок Тыквенный сок Свекольный сок
Незаменимые аминокислоты
Аргинин 20 40 50 40
Валин 20 40 40 40
Гистидин 10 10 20 10
Изолейцин 20 30 30 30
Лейцин 30 40 50 40
Лизин 30 30 50 30
Метионин 10 10 10 10
Метионин+ Цистеин 20 10 10 10
Треонин 30 30 30 30
Триптофан 10 10 10 10
Фенилаланин 30 30 30 30
Заменимые аминокислоты
Аспарагиновая кислота 140 110 100 110
Аланин 30 50 30 50
Глицин 20 20 30 20
Глутаминовая кислота 160 170 180 170
Пролин 20 20 30 20
Серин 30 30 40 30
Тирозин 10 20 40 20
Цистеин 10 10 10
В 100 г продукта 880 мг 640 мг 1000 мг 1500 мг
Анализ последних исследований и публикаций
Известны способы получения ГАМК путем энзиматического декарбоксилирование L-глутаминовой кислоты, где в качестве катализатора реакции применяют клетки микроорганизмов, содержащих L-глутаматдекарбоксилазы [9], а также иммобилизованная GAD [10]. Недостатком способов является низкая глутаматдекарбоксилазная активность клеток и дополнительная процедура выделения и очистки GAD для иммобилизации.
Также существует способ получения ГАМК декарбоксилированием L-глутаминовой кислоты клетками бактерий Arthrobacter simplex [10]. Недостатком данного способа является небольшое накопление биомассы, долгий период роста и высокие расходы биомассы на получение ГАМК (0,43 г сухой биомассы на 1 г продукта) вследствие низкой глутаматдекарбоксилазной активности штамма, который используется.
В ходе данных исследований активность глутаматдекарбоксилазы повышали путем изменений состава газовой среды.
Цель исследования
Установить возможность превращения свободной глутаминовой кислоты овощного сырья в у-аминомасляную кислоту путем индуцирования ферментной системы плодов, а именно глутаматдекарбоксилазы под действием газовой среды.
Основной материал исследования
Для работы использовались томаты здоровые, спелые, ручного сбора, морковь, свекла и тыква. Плоды выдерживали в эксикаторе под действием пульсирующего вакуума в течении 20 мин....24 часа, при температуре 20.25 °С и относительной влажности 95 %. После выдержки овощи взвешивали и отбирали пробу для определения активности глутаматдекарбоксилазы в зависимости от рН среды, температуры и времени выдержки сырья. Зависимость активности глутаматдекарбоксилазы от данных показателей на примере моркови представлена на рис. 1 - 3.
Рис.1. Активность глутаматдекарбоксилазы моркови в зависимости от рН среды
Рис.2. Активность глутаматдекарбоксилазы моркови в зависимости от температуры выдержки сырья
время выдержки, час
Рис.3. Активность глутаматдекарбоксилазы моркови в зависимости от времени выдержки сырья
Оптимальными условиями, определяющими увеличение активности ГАМК в клетках плодов, являются следующие: последовательность экспозиции сырья в газовых средах различного состава ( I -аэробная, II - анаэробная), температура 23 - 24 °С, продолжительность 24 часа.
Методика выдержки сырья поочередно в аэробных и анаэробных условиях позволяет получать соки и напитки, в которых количество ГАМК составляет 0,13 - 0,22 г на 100 г готового продукта. Так как суточная потребность в ГАМК составляет 1,5 - 2 г., то достаточно употреблять лишь 0,5 - 1 л. данного продукта для здорового человека в сутки.
Выводы
Таким образом, защитные реакции плодов на неблагоприятные условия приобретают адаптационный характер при возможности координировать их с помощью различных систем регулирования. Было установлено, что активность глутаматдекарбоксилазы увеличивается при действии на плоды факторов внешней среды, а именно, в условиях дефицита кислорода. В результате данных
превращений разработаны технологии овощных соков и напитков функционального назначения с повышенным содержанием ГАМК.
Список литературы
1. Измайлов С.Ф. Азотный обмен в растениях. - М.: Наука, 1986. - 370 с.
2. Носенко Ю. Свежесть круглый год., Зерно, № 5, 2008 г.
3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. К.-М.:Наука, 2007. - 704 с.
4. Сухарева Б.С., Дарий Е.Л., Р.Р. Христофоров. Глутаматдекарбоксилаза: структура и каталитические свойства // Успехи биологической химии., 2001. С.131-162.
5. Ковалев Г. В. Препараты ГАМК и ее аналогов в эксперименте и клинике.// Фармакология и клиника гамма-аминомасляной кислоты и ее аналогов. Труды ВГМИ.- Волгоград, 1979,- С. 1125.
6. Семьянов А.В. ГАМК-эргическое торможение в ЦНС: типы ГАМК-рецепторов и механизмы тонического ГАМК-опосредованного тормозного действия. Нейрофизиология, 2002
7. A GABAergic system in airway epithelium is essential for mucus overproduction in asthma. Xiang YY, Wang S, Liu M, Hirota JA, Li J, Ju W, Fan Y, Kelly MM, Ye B, Orser B, O'Byrne PM, Inman MD, Yang X, Lu WY. Nat Med.2007Jul;13(7):862-7. Epub 2007 Jun 24
8. Химический состав продуктов питания: Справочник /Под ред. Членкорр. МАН проф. И.М. Скурихина, проф. В.А. Тутельяна. - М.: деЛи-Принт,2002.-С.236.
9. Губарев, Е.М. Способ получения у-аминомасляной кислоты [Текст] / Е.М. Губарев // Биохимия. - 1960. - Т. 25, № 2. - С. 261-263.
10. Chessler, S.D. Alternative splicing of GAD67 results in the synthesis of a third from of glutamic-acid decarboxylase in human islets and other non-neceral tissues [Text] / S. Chessler, A. Lernmark // J. Biol.Chem. - 2000. - Vol. 7. - P. 5188—5192.
