華南理工大學(xué)崔春教授等:沙棘籽粕蛋白肽的穩(wěn)定性及分離純化

2024-01-19作者:來源:責(zé)任編輯:食品界 字體A+AA-

近年來肥胖癥患者數(shù)量明顯上升,造成肥胖的原因是體內(nèi)脂肪過多堆積、脂質(zhì)代謝異常。胰脂肪酶是人類脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵酶,可作為抗肥胖藥物的特定靶點(diǎn)。食品來源的胰脂肪酶抑制劑,如多酚、多糖、多肽等不僅有效抑制胰脂肪酶的活性,而且安全性更高,是目前食品工業(yè)的研究熱點(diǎn)。目前有報(bào)道沙棘籽粕蛋白可以有效降低糖尿病小鼠的體質(zhì)量和體內(nèi)甘油三酯的含量。活性肽是一類具有特殊生理功能的蛋白質(zhì)片段,受到外界影響時(shí),內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致其性質(zhì)發(fā)生改變。

在前期研究的基礎(chǔ)上,中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所的相歡和華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院的崔春*首先探究了溫度、pH值、金屬離子、光照及氧氣對(duì)沙棘籽粕蛋白胰脂肪酶肽抑制活性的影響。在此基礎(chǔ)上,為獲得具有更高活性的沙棘籽粕蛋白肽(SSPA),以豬胰脂肪酶(PPL)抑制率為指標(biāo),將沙棘籽粕蛋白酶解液依次通過超濾、大孔樹脂進(jìn)行分離,篩選出具有較強(qiáng)活性的多肽,利用分子對(duì)接分析活性肽與PPL之間的作用,化學(xué)合成活性肽對(duì)其活性進(jìn)行評(píng)價(jià),以期為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)沙棘籽粕胰脂肪酶抑制肽提供理論基礎(chǔ)。

01 SSPA穩(wěn)定性分析

如圖1所示,外界環(huán)境會(huì)影響SSPA的PPL抑制活性。與常溫條件下的SSPA相比,如圖1A所示,適當(dāng)升高溫度(45、65 ℃)對(duì)SSPA的PPL抑制活性不會(huì)產(chǎn)生顯著影響(P<0.05),當(dāng)溫度升高到85 ℃,其PPL抑制活性顯著降低,但仍保持在90%以上。
SSPA對(duì)PPL抑制活性的保留率隨pH值的變化呈現(xiàn)中間高兩端低的特點(diǎn),pH值過高或過低可能會(huì)對(duì)SSPA的結(jié)構(gòu)造成影響從而影響其活性。但是整體而言,如圖1B所示,在整個(gè)pH值范圍內(nèi)(3.0~12.0)PPL抑制活性保持在80%左右,表明SSPA具有較廣的應(yīng)用范圍。
如圖1C所示,與未添加金屬離子的SSPA相比,加入適量的Na和Mg2+有助于提高SSPA的PPL抑制活性,而Ca2+的加入對(duì)于SSPA的PPL抑制活性無顯著影響(P>0.05),其余幾種離子(Na、Mn2+、Al3+、Cu2+)的加入使SSPA的PPL抑制活性有所降低,但影響不顯著(P>0.05)。

而對(duì)于其他因素如光照和氧氣對(duì)SSPA活性的影響如圖1D所示,在日光燈和紫外燈照射條件下,SSPA的PPL抑制率無顯著變化(P>0.05),表明該產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)中可采用紫外滅菌。SSPA的PPL抑制活性在有氧和無氧條件下無顯著差異,說明SSPA在短期貯藏的過程中不會(huì)因暴露于空氣而影響其生物活性。

02 SSPA的分離純化

2.1 超濾分離SSPA

如表2所示,SSPA及其超濾組分對(duì)PPL的IC50值不同,其中SSPA的IC50值最高(1 198 μg/mL),而經(jīng)過超濾后其抑制效果明顯增強(qiáng),并且隨著分子質(zhì)量的降低呈現(xiàn)抑制增強(qiáng)的趨勢(shì),其中分子質(zhì)量小于3 kDa的組分IC50為309.8 μg/mL,收集該組分并進(jìn)行后續(xù)的分離鑒定。

2.2 大孔樹脂分離SSPAL

2.2.1 不同種樹脂對(duì)SSPAL吸附、解吸特性的影響
4 種樹脂對(duì)SSPAL吸附量和吸附率的影響如圖2A、B所示,二者隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)均顯著增加,且最終達(dá)到吸附平衡(3~4 h),其中HPD826吸附效果最佳,其次是XAD16、DA201C、D101。最終達(dá)到吸附平衡時(shí),其吸附量分別為89.66(HPD826)、71.17(XAD16)、61.82(D101)、54.32 mg/g(DA201C),吸附率分別為60.31%(HPD826)、47.88%(XAD16)、41.58%(D101)、36.54%(DA201C)。
如圖2C所示,4 種樹脂的解吸率顯著不同,隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加,解吸率呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì),且當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí),4 種樹脂的解吸率較高,HPD826(98.36%)>D101(95.58%)>XAD16(87.09%)>DA201C(79.16%),隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)增加到60%時(shí),解吸率無顯著變化,當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)增加到80%時(shí),其解吸率明顯下降,其原因可能是乙醇體積分?jǐn)?shù)較高,導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。因此最終選擇體積分?jǐn)?shù)40%乙醇溶液進(jìn)行洗脫。以上結(jié)果表明這4 種樹脂的吸附和解吸速率完全不同,需要采用動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)一步計(jì)算并分析樹脂的吸附動(dòng)力學(xué)。

如圖2D所示,HPD826在0~4 min內(nèi)快速擴(kuò)散,之后從4~150 min緩慢吸附,最終在150~240 min內(nèi)吸附飽和呈現(xiàn)平衡狀態(tài);其余3 種樹脂同樣保持3 個(gè)階段的吸附,第1階段為表面吸附(0~5 min),第2階段為快速吸附擴(kuò)散階段(5~180 min),最后階段為吸附緩慢最終飽和(180~240 min)。說明4 種樹脂對(duì)SSPAL的吸附不同,且表現(xiàn)多重性質(zhì)。

2.2.2 SSPAL的HPD826樹脂分離結(jié)果

HPD826樹脂在整個(gè)吸附過程中效果最佳。HPD826樹脂具有相對(duì)理想的表面積(500~600 cm2),并且可以通過氫鍵與SSPAL中的側(cè)鏈氨基酸相互作用,從而發(fā)揮更好的吸附和解吸能力。如表3所示,經(jīng)HPD826大孔樹脂分離之后,SSPAL的胰脂肪酶抑制率顯著提高,IC50顯著降低。

03 UPLC-MS/MS鑒定SSPA

利用UPLC-MS/MS對(duì)SSPAL-E組分進(jìn)行檢測(cè)。如表4所示,一級(jí)質(zhì)譜圖中得到多個(gè)母離子,進(jìn)行分析后得到二級(jí)離子碎片的信息。SSPA中鑒定得到31 種多肽,其中含有2 個(gè)氨基酸的肽段有11 個(gè),約占35.48%;含有3 個(gè)氨基酸的肽段有15 個(gè)。鑒定得到較多含精氨酸的多肽(19 個(gè))。以Hippophae rhamnoides為關(guān)鍵詞,在UniProt中進(jìn)行搜索,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)肽段來源于Protein TIC214,包括NN、VR、LR/IR、DR、TR、FD、EF、FR、PSP、ELR/EIR、EER和NLLHR。另外還有部分肽段來源于Protein Ycf2,包括EDS、QLF、FL(I)R和WRN。根據(jù)質(zhì)譜數(shù)據(jù)(峰面積)計(jì)算得到分離組分中多肽總量為28.08%,其中VR、FR、RDR、APYR、NLLHR和EEAASLR的肽含量較高,分別為2.90%、7.40%、1.10%、1.50%、1.40%和1.10%。VR、FR和NLLHR均源于Protein TIC 214,RDR來源于Ribulose bisphosphatecarboxylase large chain,APYR來源于30S ribosomalprotein S2, chloroplastic,EEAASLR來源于PhotosystemI P700 chlorophylla apoprotein A2。使用Peptide Ranker可計(jì)算出多肽的生物活性潛力,SSPA的理論得分范圍為0.036 7~0.997 1,說明其生物活性存在較大差異。據(jù)報(bào)道,預(yù)測(cè)得分超過0.5的多肽被認(rèn)為具有較強(qiáng)的生理活性,表4中有20 個(gè)多肽得分大于0.5,可認(rèn)為具有較高生物活性,根據(jù)ToxinPred分析,這20 種多肽均沒有毒性,將對(duì)其進(jìn)行后續(xù)分析。



04 SSPA的活性分析

4.1 分子模擬分析SSPA的活性
采用PepSite2對(duì)Peptide Ranker大于0.5的SSPA進(jìn)行初步分析,繼續(xù)篩選出P<0.05的肽,分別是VR、FR、APYR、EEAASLR、RDR、NLLHR、QLF、ALPMDW、MLA和PSP。




圖3結(jié)合質(zhì)譜圖中強(qiáng)度評(píng)分最終篩選出多肽序列。除PSP和MLA外,其余8 個(gè)肽的強(qiáng)度均高于500,多肽強(qiáng)度變化為:EEAASLR(16 000)>FR(8 000)>NLLHR(5 000)>APYR(2 000)=ALPMDW(2 000)>RDR(1 600)>QLF(1 000)>VR(600)。分子對(duì)接結(jié)合能順序?yàn)椋篍EAASLR=QLF>FR=RDR>VR>APYR>ALPMDW>NLLHR,如表5所示,結(jié)合能越小說明抑制能力越強(qiáng)()。結(jié)合以上分析結(jié)果及多肽含量,選擇VR(2.90%)、FR(7.40%)、RDR(1.10%)、APYR(1.50%)、NLLHR(1.40%)和EEAASLR(1.10%)進(jìn)行合成分析。

4.2 SSPA與PPL結(jié)合位點(diǎn)分析
分子對(duì)接結(jié)果表明多肽與PPL之間至少有一種相互作用,這些相互作用(親水作用、氫鍵、疏水作用、π-π相互作用/堆疊作用和范德華力)可以穩(wěn)定肽-PPL復(fù)合物,并影響或改變PPL構(gòu)象(圖4)。氫鍵是抑制PPL的主要因素,以上肽段均提供了Arg(R)殘基,精氨酸包含一個(gè)α-氨基、α-羧基和一個(gè)側(cè)鏈胍基,因此能夠通過氫鍵與帶電殘基相互作用,并通過其亞甲基與疏水殘基相互作用。VR通過離子鍵(Asp 80)、氫鍵(Ser 153、Phe 78)、π-π共軛(Phe 216、Tyr 115)和疏水相互作用(Phe 216、Tyr 115)與PPL結(jié)合。FR主要通過氫鍵和π-π堆疊與PPL結(jié)合,其中氫鍵作用主要表現(xiàn)為NH:Phe 78(2.58 ?)、Arg 257(2.42 ?);OH:Gly 77(3.03 ?)、His 152(2.62 ?)。π-π堆疊主要表現(xiàn)為Phe的苯環(huán)與PPL中的Tyr 115、Phe 216和Pro 181殘基的相互作用。RDR主要通過氫鍵與PPL結(jié)合,PPL中的His 152、Gly 77和Arg 257與RDR中的氧原子結(jié)合,形成OH鍵。另外PPL中的Phe 78和His 264通過CH鍵與RDR結(jié)合。PPL中的Phe 78與APYR中的R基團(tuán)上的N原子形成氫鍵,而APYR中的Tyr上的苯環(huán)與PPL中Phe 216和Phe 78中的苯環(huán)形成π-π相互作用。NLLHR與PPL的結(jié)合位點(diǎn)較多,主要表現(xiàn)為與PPL上的Phe 78(2.58 ?)、Arg 257(2.42 ?)、His 152(2.62 ?)形成氫鍵,此外NLLHR與PPL上的ALA 179、Pro 181、Phe 216 和Ile 79通過烷基或π-烷基作用結(jié)合。EEAASLR與PPL中的Arg 257和Phe 78形成氫鍵,與Phe216形成π-π相互作用。

4.3 SSPA活性驗(yàn)證

如 表 6 所示, PPL 抑制效果最好的是 NLLHR(220.70 μg/mL),其次是FR(243.07 μg/mL)、RDR(250.50 μg/mL)、VR(371.07 μg/mL)、APYR(350.41 μg/mL)和EEAASLR(510.55 μg/mL)。Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),分子對(duì)接結(jié)合能大小與SSPA胰脂肪酶抑制率強(qiáng)弱之間存在正相關(guān)(r =0.865,P<0.05)。但是該結(jié)果與分離前相比,部分肽的活性反而低于分離前的混合物,表明混合物中可能含有其他影響PPL活性的物質(zhì)。結(jié)合分子對(duì)接結(jié)果可知,F(xiàn)R、RDR和NLLHR與PPL之間具有更多的結(jié)合位點(diǎn),發(fā)揮相應(yīng)的功能活性。


結(jié)論

研究影響SSPA活性穩(wěn)定性的因素,采用系列分離步驟逐步純化SSPA,在此基礎(chǔ)上采用UPLC-MS/MS鑒定活性肽的氨基酸序列,篩選高活性肽段,結(jié)合分子對(duì)接手段分析抑制作用位點(diǎn),具體結(jié)果如下:SSPA具有熱穩(wěn)定性和pH值穩(wěn)定性,適量Na和Mg2+可顯著提高SSPA的PPL抑制活性,SSPA在短期貯藏過程中不會(huì)因暴露于空氣而影響PPL抑制活性。超濾分離結(jié)果表明分子質(zhì)量小于3 kDa的組分PPL抑制效果最好;在4 種大孔樹脂中,HPD826效果最佳,其吸附量、吸附率和解吸率分別可以達(dá)到89.66 mg/g、60.31%和98.36%。UPLC-MS/MS鑒定結(jié)合分子對(duì)接篩選得到6 個(gè)肽,IC50值分別為NLLHR(220.70 μg/mL)、FR(243.07 μg/mL)、RDR(250.50 μg/mL)、VR(371.07 μg/mL)、APYR(350.41 μg/mL)和EEAASLR(510.55 μg/mL)。以上6 個(gè)多肽通過氫鍵、π-π堆積與PPL結(jié)合。Pearson相關(guān)性分析表明,分子對(duì)接結(jié)合能高低與SSPA的PPL抑制率強(qiáng)弱之間存在正相關(guān)(R2=0.865,P<0.05)。

本文《沙棘籽粕蛋白肽的穩(wěn)定性及分離純化》來源于《食品科學(xué)》2023年44卷第18期49-57頁,作者:相歡, 崔春。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221201-003。

平山县| 连云港市| 河南省| 石棉县| 十堰市| 阿拉善左旗| 杭州市| 呈贡县| 若尔盖县| 堆龙德庆县| 邻水| 株洲县| 克什克腾旗| 铜山县| 白银市| 阿拉尔市| 贞丰县| 隆回县| 长宁县| 都兰县| 龙山县| 岱山县| 铜山县| 南郑县| 林州市| 景谷| 咸丰县| 溧阳市| 南溪县| 台南市| 永州市| 望奎县| 衡阳市| 贵定县| 蒲城县| 阿瓦提县| 博客| 甘南县| 兴城市| 闽侯县| 赤水市|