Введение к работе
Актуальность темы. Крахмал, запасаемый в семенах, клубнях и корнях высших растений в виде нерастворимых гранул, является одним из основных компонентов возобновляемого растительного сырья, такого как пшеница, картофель, кукуруза Крахмал и его основные составляющие, амилоза и амилопектин, в настоящее время широко используются в химической и пищевой промышленности В последнее время появилась потребность в крахмалах с улучшенными функциональными свойствами, что достигается в основном путем химической модификации нативных крахмалов Новым перспективным подходом является получение крахмалов с заданными характеристиками (соотношение амилоза/амилопекгин, содержание фосфатных групп) непосредственно в растениях путем модификации процессов биосинтеза крахмала На сегодняшний день выявлены и исследованы основные ферменты, участвующие в биосинтезе полисахаридов крахмала, установлена их роль в процессах биосинтеза амилозы и амилопектина. Несмотря на это, вопрос о влиянии генетических изменений в процессах биосинтеза на структуру и физико-химические свойства крахмалов оставался до конца не выясненным Одним из подходов для решения этой проблемы является создание методами селекции, химического мутагенеза или генной инженерии новых линий растений с супрессией (уменьшением активности) основных ферментов, участвующих в биосинтезе амилозы и амилопектина Физико-химические исследования крахмалов (крахмальных гранул), выделенных из таких новых линий растений, позволили бы установить взаимосвязь между изменениями в процессах биосинтеза полисахаридов крахмала и структурой и функциональными свойствами крахмалов Принимая во внимание сложную, иерархическую структуру крахмальных гранул, эта взаимосвязь может быть установлена путем использования комбинации физико-химических методов, позволяющих исследовать строение гранул крахмала на различных уровнях их организации
Цель диссертационной работы состояла в изучении влияния супрессии основных
крахмал-синтезируюших ферментов на структуру и физико-химические характеристики
крахмалов из различных источников (пшеница, картофель, горох).
Для достижения поставленной цели в настоящей работе были поставлены
следующие задачи
-
Исследовать влияние различных комбинаций мутантных аллелей в локусах Wx, кодирующих гранул-связанную крахмальную синтазу в растениях пшеницы, на структуру и термодинамические свойства пшеничных крахмалов
-
Исследовать структуру и термодинамические свойства гранул картофельных крахмалов, выделенных из линий картофеля с антисмысловой супрессией гранул-связанной крахмальной сингазы и фосфорилирующего фермента
-
Исследовать особенности структурной организации гранул крахмалов, выделенных из сортов гороха с мутацией в локусе г (rugosus), кодирующем глюканветвящий фермент, а также установить влияние супрессии глюканветнящего фермента на структуру и термодинамические свойства картофельных крахмалов
Научная новизна работы. Исследованы физико-химические характеристики и структура гранул крахмалов, выделенных из новых линий и сортов пшеницы, картофеля и гороха с супрессией специфических ферментативных активностей, участвующих в биосинтезе
1 I '-
полисахаридов крахмала (амилозы и амилопекгана). Оценены размеры надмолекулярных
структур на различных уровнях организации гранул крахмалов Для крахмалов из
различных источников были выявлены следующие общие закономерности
1. Супрессия гранул-связанной крахмальной синтезы или изменение числа активных
изоформ этого фермента (одна, две или три мутантные аллели) приводит как к
изменению соотношения амилоза/амилопектин, так и к изменениям в локализации
макромолекул амилозы в крахмальных гранулах Показано, что различия в
локализации амилозы в гранулах проявляются в изменениях термодинамических
свойств пшеничных и картофельных крахмалов
-
Супрессия фосфорилирующего фермента не оказывает заметного влияния на структуру и термодинамических свойства картофельных крахмалов
-
Установлено, что уменьшение активности глюканветвящего фермента приводит как к увеличению содержания амилозы в крахмале, так и к значительным изменениям в структурной организации гранул картофельных и гороховых крахмалов Для высокоамилозных гороховых крахмалов впервые обнаружен новый тип структурной организации с неупорядоченным расположением частично-кристаллических структур в гранулах
Практическая значимость работы. На основе полученных результатов можно предсказать изменения в структуре и термодинамических свойствах крахмалов, выделенных из новых линий растений с супрессией различных крахмал-синтезирующих ферментов, что открывает широкие возможности создания новых типов крахмалов с заданными свойствами путем направленных изменений в процессе биосинтеза крахмала Апробация работы Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях 1. V ежегодная международная молодежная конференция ИБХФ РАН-ВУЗЫ «Биохимическая физика», 14-16 декабря 2005 г, 2 ХШ International Starch Convention, Moscow (Russia), June 21-23,2005,2 XTV International Starch Convention, Cracow (Poland), June 20-24, 2006, 3 XV International Starch Convention, Moscow (Russia), June 19-21,2007;
Публикации Основные результаты исследования по теме диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из них 3 статьи в зарубежных журналах (входящих в список ВАК), 1 статья в сборниках трудов научных конференций и 4 тезиса докладов Личный вклад диссертанта состоял в планировании и проведении экспериментов, обработке, анализе и трактовке полученных данных, формулировании положений и выводов работы
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 125 страницах, содержит 22 рисунка, 11 таблиц Список литературы составляет 140 ссылок.
