谷类植物种子蛋白质提取
丁香园
3506
1. 前言
从种子中提取蛋白质一般没有太多困难。但是，要想成功提取，这一步就要格外小心，因为种子并不是一种组织构成。不同物种的种子成分有很大差异。受精后，细胞分裂产生不同的组织，如胚乳、胚 、胚盘、子叶、糊粉层及种皮，每一种组织都有不同的生化成分。像大多数的植物组织，种子也含有不同的成分，这些成分会严重地减少蛋白质的提取量，或者严重干扰蛋白质在双向电泳中的分离。种子的外层通常由半纤维素、木酚素、多酸及阿拉伯木聚糖构成。多种植物的细胞壁都是由阿拉伯木聚糖，阿拉伯半乳聚糖构成。种子一般可看成各种成分的贮藏所，其中一些组织能够富集多糖、脂质及许多次生代谢物，这些组织通常蛋白质含量少，蛋白酶类却很多 [ 1] 。要成功提取种子中的蛋白质，在溶解蛋白质进行电泳分析时 [2] ，要根据一定的原则，避免双向电泳中的异常变化，如垂直拖尾（vertical streaking) 、弥散、可辨认蛋白质点的数量减少等。对于谷类植物种子来讲，主要的贮藏成分是淀粉和复合碳水化合物（图 3-1)，这些物质会对蛋白质的提取带来不便。
种子中存在的许多蛋白质，通常能根据它们在不同溶剂中的溶解度分为 4 类 ，这些溶剂依次加入，用于提取不同蛋白质 [ 3] 。在研磨成粉末的种子中，白蛋白是水溶性蛋白质 ，而球蛋白必须加入 NaCl 溶液提取。相对于谷类植物子粒中的贮藏蛋白质，这些蛋白质都是可溶的。白蛋白和球蛋白在谷类植物种子中分别占全部蛋白质含量的 10%，在豆科植物中占全部蛋白质含量的 85% 以上 [ 4] 。贮藏蛋白质首先分为醇溶蛋白和谷蛋白。这两种蛋白都是疏水性的，常聚集在液泡里或者形成蛋白质体。醇溶蛋白，如麦醇溶蛋白、大麦醇蛋白、玉米醇蛋白、燕麦醇蛋白和水稻醇蛋白（分别来自小麦、大麦、玉米、燕麦和水稻）都是单体且溶于 70% 的乙醇。谷蛋白（小麦中的谷蛋白）通常是聚合在一起的，并可以用含有还原剂的酸性溶剂提取出来。两种贮藏蛋白（醇蛋白和麦谷蛋白）都富含脯氨酸和谷氨酰胺，归为醇蛋白类 [5] ，其他特殊溶剂现在也被用于提取贮藏蛋白 [ 6~8]。
因为植物物种不同，并非所有种子中的蛋白质都可以被全部提取。选择一种提取方法时，往往要考虑多种因素。因为蛋白质不是种子中的主要成分，它们常和其他成分聚集或结合到一起，如细胞壁物质或者是淀粉粒，或者由于研磨颗粒粗糙而使蛋白不易溶解出来。后者在谷类植物中至关重要，因为谷类植物的遗传因素可以影响籽粒中胚乳的坚硬度，并由此影响是否能够研磨充分。种子是否能充分而一致地研磨会直接影响蛋白质提取的重复性。种子中的水分也会影响研磨后的均一程度，所以所有的材料在取样时需要保持恒定的湿度。此外，种子即使是纯合体且基因型一致，由于所在穗、荚和花序上等的位置不同，其年龄可能并不相同。举例来说，在一棵小麦穗上，中部到末梢所有花受精需要 2~3 天，结果造成籽粒的大小不同，组织中蛋白质成分含量也不同。
下面介绍一些用于提取蛋白质的经典方法。分两类：① 普适方法，这种方法是用合适的提取缓冲液提取种子中主要的蛋白质；② 这种方法更加适用于谷类植物蛋白质，可以分别提取 4 种蛋白质，另外还有一种淀粉粒中的蛋白质。
从种子中提取蛋白质一般没有太多困难。但是，要想成功提取，这一步就要格外小心，因为种子并不是一种组织构成。不同物种的种子成分有很大差异。受精后，细胞分裂产生不同的组织，如胚乳、胚 、胚盘、子叶、糊粉层及种皮，每一种组织都有不同的生化成分。像大多数的植物组织，种子也含有不同的成分，这些成分会严重地减少蛋白质的提取量，或者严重干扰蛋白质在双向电泳中的分离。种子的外层通常由半纤维素、木酚素、多酸及阿拉伯木聚糖构成。多种植物的细胞壁都是由阿拉伯木聚糖，阿拉伯半乳聚糖构成。种子一般可看成各种成分的贮藏所，其中一些组织能够富集多糖、脂质及许多次生代谢物，这些组织通常蛋白质含量少，蛋白酶类却很多 [ 1] 。要成功提取种子中的蛋白质，在溶解蛋白质进行电泳分析时 [2] ，要根据一定的原则，避免双向电泳中的异常变化，如垂直拖尾（vertical streaking) 、弥散、可辨认蛋白质点的数量减少等。对于谷类植物种子来讲，主要的贮藏成分是淀粉和复合碳水化合物（图 3-1)，这些物质会对蛋白质的提取带来不便。
种子中存在的许多蛋白质，通常能根据它们在不同溶剂中的溶解度分为 4 类 ，这些溶剂依次加入，用于提取不同蛋白质 [ 3] 。在研磨成粉末的种子中，白蛋白是水溶性蛋白质 ，而球蛋白必须加入 NaCl 溶液提取。相对于谷类植物子粒中的贮藏蛋白质，这些蛋白质都是可溶的。白蛋白和球蛋白在谷类植物种子中分别占全部蛋白质含量的 10%，在豆科植物中占全部蛋白质含量的 85% 以上 [ 4] 。贮藏蛋白质首先分为醇溶蛋白和谷蛋白。这两种蛋白都是疏水性的，常聚集在液泡里或者形成蛋白质体。醇溶蛋白，如麦醇溶蛋白、大麦醇蛋白、玉米醇蛋白、燕麦醇蛋白和水稻醇蛋白（分别来自小麦、大麦、玉米、燕麦和水稻）都是单体且溶于 70% 的乙醇。谷蛋白（小麦中的谷蛋白）通常是聚合在一起的，并可以用含有还原剂的酸性溶剂提取出来。两种贮藏蛋白（醇蛋白和麦谷蛋白）都富含脯氨酸和谷氨酰胺，归为醇蛋白类 [5] ，其他特殊溶剂现在也被用于提取贮藏蛋白 [ 6~8]。
因为植物物种不同，并非所有种子中的蛋白质都可以被全部提取。选择一种提取方法时，往往要考虑多种因素。因为蛋白质不是种子中的主要成分，它们常和其他成分聚集或结合到一起，如细胞壁物质或者是淀粉粒，或者由于研磨颗粒粗糙而使蛋白不易溶解出来。后者在谷类植物中至关重要，因为谷类植物的遗传因素可以影响籽粒中胚乳的坚硬度，并由此影响是否能够研磨充分。种子是否能充分而一致地研磨会直接影响蛋白质提取的重复性。种子中的水分也会影响研磨后的均一程度，所以所有的材料在取样时需要保持恒定的湿度。此外，种子即使是纯合体且基因型一致，由于所在穗、荚和花序上等的位置不同，其年龄可能并不相同。举例来说，在一棵小麦穗上，中部到末梢所有花受精需要 2~3 天，结果造成籽粒的大小不同，组织中蛋白质成分含量也不同。
下面介绍一些用于提取蛋白质的经典方法。分两类：① 普适方法，这种方法是用合适的提取缓冲液提取种子中主要的蛋白质；② 这种方法更加适用于谷类植物蛋白质，可以分别提取 4 种蛋白质，另外还有一种淀粉粒中的蛋白质。
