Основными структурными элементами белков являются аминокислоты. В природе найдено свыше 200 различных аминокислот, но в белках живых организмов встречаются только 20. Растения синтезируют все аминокислоты в достаточном для своего организма количестве в отличие от животных и человека, синтезирующих лишь часть из них. Аминокислоты, синтезируемые в организме животного и человека, называются незаменимыми. В настоящее время установлено 8 незаменимых аминокислот: триптофан, фенилаланин, метионин, лизин, валин, треонин, изолейцин и лейцин. Недостаток незаменимых кислот в корме животных приводит к снижению скорости роста, падению массы, другим заболеваниям и угнетениям организма.
Во многих растительных белках лимитирующими чаще всего бывают незаменимые аминокислоты. Белки, не содержащие некоторых незаменимых аминокислот, называются неполноценными. Поэтому определение аминокислотного состава является одной из важнейших задач при изучении белков, в том числе и из древесной зелени. Кроме установления пищевой и кормовой ценности, определение аминокислотного состава важно также для решения ряда теоретических задач, посвященных проблеме синтеза белков в растениях. При исследовании аминокислотного состава отдельных фракций необходимо изучение всего комплекса, содержащегося в исследуемом продукте.
При определении аминокислотного состава белков, выделенных из древесной зелени хвойных пород, работу проводят в два этапа: гидролиз белка 6 н. соляной кислотой и подготовка полученной смеси к анализу; проведение анализа смеси аминокислот методом ионообменной хроматографии.
В составе белков хвои сосны обыкновенной количественно определено 19 аминокислот.
В молодых побегах в начальный период формирования древесины содержится 21,7% белка в пересчете на абс. сух. навеску, а в конце вегетационного периода всего лишь 1,02%. Белки хвои сосны содержат большое количество лизина, аргинина, аспарагиновой кислоты, лейцина и небольшие количества триптофана, цистина, цистеина и метионина. Аминокислотный состав белков хвои других видов растений изменяется в меньшей степени, чем их количественное содержание.
Содержание аминокислот в каждой из белковых фракций Pinus silvestris показывает, что в водорастворимой фракции альбумина содержится максимальное количество незаменимых аминокислот, на их долю приходится 42% общего количества.
Превалирующими кислотами в альбуминовой фракции является валин и лейцин, лимитирующими гистидин и метионин. Из прочих аминокислот необходимо отметить высокое содержание аспарагиновой и глутаминовой.
Глутелины наряду с альбуминами - наиболее богатая незаменимыми аминокислотами фракция. На долю незаменимых аминокислот в этой группе белков приходится 36,5% суммы всех аминокислот. Превалирует здесь валин, лейцин и фенилаланин, лимитирующими являются гистидин и метионин.
Самой некачественной (в отношении питательной ценности) можно считать белковую фракцию, выделяемую 80%-ным этиловым спиртом, - проламины. В этой фракции Отсутствует метионин (в определимых количествах), низко содержание лизина, а метионин и лизин - одни из самых дефицитных для животных аминокислот. Необходимо отметить, что из всех выделенных фракций наиболее богаты лизином солерастворимые белки - глобулины. В этой же фракции содержится и наибольшее количество другой незаменимой аминокислоты - лейцина.
Аминокислотный состав белковых фракций хвои лиственницы сибирской показывает, что в состав белков входят все аминокислоты, найденные в растительных тканях.
В следовых количествах обнаружен триптофан. На долю незаменимых аминокислот приходится в альбуминах 45,90%, в глобулинах 53,46, в проламинах 56,40, в глютаминах 40,57 и в неэкстрагнруемой фракции белков 55,4% общей суммы аминокислот. Для хвои лиственницы сибирской максимальное число незаменимых аминокислот (56,40%) содержится в проламинах.
Однако необходимо заметить, что содержание проламинов от суммы общего азота (для майской хвои) составляет всего лишь 1,1% абс. сух. вещества, а от суммы растворимых белков - 4,4%. Изменение аминокислотного состава белков хвои лиственницы сибирской в зависимости от ее возраста (в течение одного года) показано на примере водорастворимой фракции - альбуминов. Наибольшее содержание незаменимых аминокислот приходится на хвою, отобранную в августе (53,8% суммы аминокислот). Рассматривая изменение отдельных аминокислот, можно наблюдать увеличение содержания лизина, лейцина и аргинина по мере формирования и роста хвои. Количество лизина в августовской хвое увеличивается более чем в 2 раза по сравнению с майскими образцами. Содержание аргинина увеличивается за этот период на 22%, лейцина на 20%, треонина и серина, наоборот, уменьшается; концентрация треонина снижается на 27%, а серина более чем в 3 раза. Для других аминокислот определенной закономерности установить не удалось.
Состав свободных аминокислот древесной зелени.
Свободные аминокислоты являются исходными соединениями, обеспечивающими синтез белков. Вследствие этого они тесно связаны с процессами роста и развития дерева. Поэтому качественный и количественный состав свободных аминокислот может служить критерием обеспеченности растений элементами питания и показателем их жизнедеятельности. Качественный и количественный состав свободных аминокислот непостоянен, на него влияют различные факторы: возраст хвои, сезонность, условия произрастания и др.
Синтез белка и свободных аминокислот интенсивнее идет в более молодых листьях. Необходимо заметить, что в ста рой хвое (3-, 4-го годов роста) наблюдается накопление аспарагина, являющегося транспортной формой азота в растениях. Полученные результаты свидетельствуют, что в хвое разного возраста присутствуют в свободном виде все незаменимые аминокислоты, кроме триптофана; особенно много содержится аргинина.
Исследователи изучали свободные аминокислоты хвои разного возраста, почек и молодых побегов. Они установили, что в молодой хвое по мере ее роста концентрация свободных аминокислот сокращается почти вдвое по сравнению с почками, из которых она развивалась, однако по сравнению с двухлетней хвоей содержание аминокислот в ней значительно выше. Концентрация свободных аминокислот в побегах намного больше, чем в молодой хвое, растущей на этих побегах, так как через молодые побеги происходит поступление аминокислот к развивающейся хвое, где они более интенсивно используются в белковом синтезе, чем в самом побеге.
Сезонная динамика содержания свободных аминокислот изучалась давно. Было установлено, например, что для хвои ели в годичном цикле растущая почка - побег - в конце мая содержит множество свободных аминокислот.
Набор аминокислот в молодой хвое в середине июня беднее, а общая их концентрация в 4 раза ниже, чем в растущей почке.
В конце июня в хвое обнаружено максимальное число свободных аминокислот. Летом (июль - август) происходит постепенное снижение числа аминокислот. В осенне-зимний период уровень свободных аминокислот в хвое ели стабилен.
Наблюдения, проводимые в течение вегетации для лиственницы сибирской, показали, что максимум содержания свободных аминокислот достигается в августе. Это связано с подготовкой лиственницы к сбрасыванию хвои, поскольку в сентябре в желтеющей хвое содержание аминокислот резко падает. То же происходит в большинстве органов растений сосны. Особенно большое снижение наблюдается в тканях, осуществляющих в растении транспорт питательных веществ. Так, в коре двухлетних побегов за период с июля по октябрь сумма свободных аминокислот падает почти в 7 раз.
Необходимо отметить, что содержание свободных аминокислот существенно изменяется в течение суток. Уменьшение общего содержания свободных аминокислот в хвое сосны проявляется в светлое время суток. В ночные часы концентрация суммы аминокислот достигает максимума.
Число свободных аминокислот растущих побегов также изменяется в течение суток. Самая высокая сумма свободных аминокислот наблюдается в 0 ч. В утренние часы (6-10 ч) общее содержание аминокислот сокращается до минимума. Днем сумма аминокислот снова повышается и довольно устойчиво сохраняется на этом уровне в вечерние часы. Увеличение содержания свободных аминокислот в ночное время связано в основном с ослаблением синтеза белков и усилением их гидролиза.