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Atualmente as proteínas de reserva da semente de milho estão sendo intensamente estudadas por bioquímicos, biologistas moleculares e geneticistas, na tentativa de melhorar a qualidade nutricional do grão. A atenção é devida primariamente à elevada proporção de zeína no conteúdo total de proteínas e o baixo conteúdo de LYS e TRP.

As proteínas das sementes de milho podem ser classificadas em grupos baseados na suas características de solubilidade, seguindo o protocolo descrito por Osborne (1924), e modificado por Landry e Moureaux (1970). Deste modo, podem ser fracionadas quatro classes principais de proteínas a partir do grão: albumina (solúvel em água), globulina (solúvel em soluções salinas), prolamina (solúveis em álcool) e glutelina (solúveis em álcali diluído).

A fração albumina e globulina representam aproximadamente 6% das proteínas totais, entretanto, glutelina respondem por 30-40% do total. A fração prolamina, conhecida tradicionalmente como zeína, é a mais abundante e pode representar 60% ou até mais do total de proteínas (MOTTO et al., 1996).

Na semente as frações zeína e glutelina se localizam quase que totalmente no endosperma, já a albumina e globulina embora distribuídas em todo o grão, estão estocadas principalmente no embrião e em baixas quantidades no endosperma.

A zeína é formada por uma mistura de proteínas hidrofóbicas que se caracterizam pela ausência de LYS e TRP na sua composição, níveis inadequados de THR e VAL, alem de um balance insatisfatório entre LEU e ILE. Enquanto a fração albumina, globulina e glutelina apresentam proteínas contendo quantidades adequadas de aminoácidos essenciais, especialmente LYS e TRP. Em vista da qualidade de aminoácidos das frações protéicas elas geralmente são divididas na fração zeína e fração não-zeína.

A zeína apresenta uma seqüência de aminoácidos característica, diferente de outras prolaminas entre os cereais, como também diferente de outras proteínas do endosperma. Contem níveis baixos de PRO e GLN e níveis elevados de ALA e LEU. A sua principal função é prover nitrogênio durante a germinação e estágios primários do crescimento da

plântula, alem de atuar como depósito de nitrogênio durante o desenvolvimento da semente (TSAI et al. 1978; 1980).

A fração não-zeína são consideradas proteínas estruturais e de função metabólica, primeiro pela sua ampla distribuição no grão, em segundo lugar pela sua composição de aminoácidos e mais recentemente a observação da albumina b32 pertencer a classe de proteínas RIPs (RNA N-glicosidases) (BASS et al. 1992).

A família zeína consiste de uma mistura de polipeptídios que podem ser identificados por SDS-PAGE, como 28kDa, 22kDa, 19kDa, 16kDa, 14kDa e 10kDa. Os polipeptídios foram divididos em classes: γ-zeína (27kDa), α-zeína (22kDa e 19kDa), β-zeína (16kDa e 14kDa) e δ-zeína (10kDa) (ESEN, 1990). As α-zeína representa a classe mais abundante 75-80% e são codificadas por famílias multigênicas (PARKS et al. 1980; MARKS et al. 1985); β-zeína constituem 10% e os polipeptídios são ricos em resíduos de MET (PEDERSEN et al. 1986); γ-zeína representa 10-15% (PRAT et al. 1987); a δ-zeína é a menor fração e esta representada apenas por um polipeptídio de 10kDa (KIRIHARA et al. 1988) com numerosos resíduos de MET e CYS na sua composição (ALTANBACH; SIMPSON, 1990).

As proteínas de reserva são sintetizadas em polirribossomos unidos a membrana do retículo endoplásmico rugoso (RER) durante o desenvolvimento do endosperma. Os polipeptídios da fração zeína são trans-locados dentro do lume do RER e empacotados em corpúsculos protéicos. No milho normal ocorre à deposição ordenada das diferentes classes zeína, formando uma estrutura esférica de 1µm de diâmetro contendo uma região central composta predominantemente de α-zeína e em menor proporção δ-zeína, e outra periférica de β-zeína e γ-zeína cobrindo a região central (LENDING; LARKINS, 1992). Entretanto, as proteínas das frações não-zeína percorreriam o sistema de endomembranas e seriam então depositadas em vacúolos em um padrão altamente ordenado (HERMAN; LARKINS, 1999).

A síntese de zeína no endosperma de milho inicia-se aproximadamente 10DAP, sendo detectáveis as α-zeína e δ-zeína dias antes a aparição das β-zeína e γ-zeína (KODRZYCKI et al. 1989). O acúmulo de mRNA e de polipeptídios da fração zeína alcançam um nível máximo entre 25-28DAP, após do qual as quantidades de zeína mRNAs diminui gradualmente (BROCHETTO-BRAGA et al., 1992).

Os genes que codificam para os polipeptídios da fração zeína foram localizados em clusters com certo grau de ligação nos cromossomos IV, VII e X de milho. Sete genes correspondentes a zeína 10kDa e 19kDa foram localizados no braço curto do cromossomo VII e ligados ao locus regulador O2. Outros nove genes, correspondentes a zeína 19kDa e 22kDa localizam-se no braço curto e longo do cromossomo IV, associados ao locus regulador FL2. Um terceiro locus correspondendo a zeína 22 kDa, esta no cromossomo X em associação ao locus regulador O7. Um gene para a zeína 15kDa foi observado no cromossomo VII, entretanto o gene para a zeína 10kDa foi localizado no braço curto do cromossomo VII (MOTTO et al., 1996).

A fração glutelina foi pouco estudada, em grande parte devido aos procedimentos tradicionais de extração de proteínas (OSBORNE, 1924) que não eram muito eficientes e portanto esta fração resultava de uma mistura de todas as outras frações (MOSSÉ et al. 1966). Mais recentemente o uso de agentes redutores e SDS facilitaram a extração desta fração e o seu estudo. Numerosas bandas foram observadas por focalização isoelétrica (WILSON et al. 1981).

A fração albumina apresenta um perfil complexo de numerosas bandas (PAULIS; WALL, 1985; DIERKS-VENTLING, 1982) esperado para proteínas com função de enzimas. A albumina esta presente desde os estágios primários do desenvolvimento da semente e seu acúmulo é crescente até metade do desenvolvimento, após seus níveis declinam no endosperma (DI FONZO et al., 1977), mas não apresenta mudanças no embrião (DIERKS- VENTLING, 1983). A diminuição nos níveis de albumina no endosperma corresponde com a perda de atividade de muitas enzimas. O declínio no endosperma deve-se a perda crescente de água durante os estágios posteriores do desenvolvimento do grão.

A fração globulina é rica em aminoácidos básicos e quando comparada à albumina resulta em menoe heterogêneidade no diagrama electroforético. O acúmulo da globulina se inicia vários dias após a polinização. No endosperma incrementa regularmente (DIERKS- VENTLING, 1982), enquanto aquela localizada no embrião aumenta até metade do desenvolvimento do grão para depois começar a diminuir (DIERKS-VENTLING, 1983). O nível máximo de globulina coincide com a maturidade da semente.