Суперсемейство cupin — это разнообразное суперсемейство белков, названное по его консервативному домену бочки ( cupa — латинский термин, обозначающий маленькую бочку). Суперсемейство включает в себя широкий спектр ферментов , а также неферментативные белки хранения семян . [1] [2]
Члены этого суперсемейства играют роль в аллергии, особенно белки запаса семян, такие как 7S и 11S глобулины, также известные как вицилины и легумины , соответственно. Эти белки можно найти в высоких концентрациях в семенах как однодольных, так и двудольных растений, и они являются важным компонентом обычного рациона человека.
Томас Берр Осборн в конце 19 века был первым человеком, который систематически изучал белки запаса семян по их характеристикам растворимости. Он установил 4 класса белков: водорастворимые альбумины; солерастворимые глобулины: вицилин — обычно имеющий коэффициенты седиментации, значения S (мера массы белка, определяемая ультрацентрифугированием седиментационного равновесия) около 7 единиц Сведберга (отсюда общее название глобулин 7S) и легумин (11S); спирто/водорастворимые — злаковые — проламины; и четвертый класс, глютелины, труднорастворимые белки, больше не распознаваемые и теперь считающиеся малорастворимыми проламинами или глобулиновыми белками запаса. Глютен состоит из смеси проламинов: «глютенина» и «глиадина». Осборн и его коллега из Йельского университета Лафайет Мендель считаются «основателями» современной науки о питании.
Ранее грибок Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) deBary был первым организмом, секретирующим щавелевую кислоту (оксалат), описанным еще в 1886 году в Botan. Z. А. де Барри. Однако, поскольку грибы, секретирующие оксалат, не представляют серьезной угрозы для зерновых культур, в течение почти 100 лет не проводилось никаких исследований этого взаимодействия. В начале 1980-х годов в прорастающих зародышах пшеницы был идентифицирован белок, названный «гермином»; а в начале 1990-х годов (1992) было обнаружено, что это фермент, обладающий активностью оксалатоксидазы (OXO), преобразующий оксалатный субстрат в углекислый газ и перекись водорода. За этим недавним открытием «гермина» вскоре последовало открытие «суперсемейства купинов» белков.
Легумин и вицилин имеют общего эволюционного предка, а именно, белок, подобный вицилину, в споре папоротника, который также проявляет некоторые характеристики легумина. Каждый из этих белков содержит эквивалентные «субъединицы», указывающие на эволюцию от предка с одним геном, который был продублирован в ходе эволюции. Было высказано предположение, что «гермин» (впервые обнаруженный и известный только как встречающийся в «истинных злаках»: ячмене, кукурузе, овсе, рисе и пшенице) — растительный фермент, оксалатоксидаза «один-очень-жесткий-маленький-белок» — был таким предком. Эта гипотеза стимулировала поиск эволюционных корней запасных глобулинов семян, к которым относятся такие пищевые белки, как белок сои бобовых — золотой стандарт белков растительного происхождения — благодаря сбалансированному содержанию глобулиновых белков 7S и 11S, другие бобовые, псевдозлаки гречиха и киноа, семена тыквы, какао, кофе, орехи и два злака: овес и рис.
Этот поиск открыл новую область: белки запаса глобулинов семян (7S и 11S), а также многие другие не запасающие растительные белки {в частности, гермины (G-OXO), герминоподобные белки (GLP)} и микробные белки принадлежат к обширному суперсемейству белков, названному «суперсемейством купинов» белков, названному на основе консервативной бета-бочкообразной складки ( cupa — латинское название небольшой бочки), первоначально обнаруженной в герминах и герминоподобных белках высших растений. Гермин — это монокупин, а 7S и 11S — это бикупины. Это большое и функционально чрезвычайно разнообразное «суперсемейство» белков, насчитывающее тысячи, которые имеют общее происхождение и эволюцию которых можно проследить от бактерий до эукариот, включая животных и высшие растения. «Купины» — это наиболее функционально разнообразное суперсемейство белков, встречающееся во всех сперматофитах (семенных растениях). «Более того, GLP, как теперь известно, являются повсеместными растительными белками, которые больше не связаны только с прорастанием злаков, но и участвуют в реакциях растений на биотический и абиотический стресс. [3] «G-OXO и GLP — это растительные белки, которые делают все». [4]
Зародыш «истинных злаков» известен как «архетипический» член суперсемейства купинов, однако его следует считать не пустой бочкой или бочонком, а свернутой в рулон «желеролл» , в которой шесть мономерных субъединиц завернуты в трех измерениях, образуя форму бочки. Эта структура объясняет его удивительную «рефрактерную» природу по отношению к различным «денатурирующим» агентам: все зародыши обладают замечательной стабильностью при воздействии тепла, моющих средств, экстремального pH и устойчивостью к протеолитическим (пищеварительным) ферментам широкой специфичности. Запасные белки семян трав и злаков принадлежат к одноименному суперсемейству проламинов, которое также включает растительные альбумины (2S). Запасной белок семян проламин, столь характерный для злаков и злаков, не считается очень питательным из-за высокого содержания аминокислоты пролина, которую он разделяет с желатином, и низкого содержания лизина, жизненно важной аминокислоты.
Germin был первоначально обнаружен на ранних стадиях прорастания семян пшеницы, отсюда и его название. Одомашненные злаки, в частности, «гексаплоидная» хлебная пшеница (пшеница «дурум», которая используется для приготовления макарон и манной крупы, является тетраплоидной), были отобраны людьми за их устойчивость к грибковым патогенам. Много лет спустя было обнаружено, что она обладает оксалатоксидазной активностью, генерирующей «антимикробную» перекись водорода из субстрата двойной кислоты, щавелевой кислоты, выделяемой вторгшимся грибком или другим микробом. Реакция между оксалатом и катионом кальция образует оксалат кальция, тип «почечных камней» у людей. Удивительно, но оксалат является метаболитом аскорбата (витамина С), и стоит подчеркнуть, что аскорбат является прямым предшественником оксалата в растениях.