酪蛋白源生物活性肽_酪蛋白巨肽研究进展

更新时间:2023-06-28 11:34:56 阅读: 评论:0

No.2.2008
Researchprogressoncaseinomacropeptide(CMP)——
—apeptidewithbiologicalactivitiescomesfromcasein
CONGTao1,ZHAOLin2
(1.InstituteofNutritionandFoodHygienics,TheAcademyofMilitaryMedicineScience,Tianjin300050;2.DepartmentofNutrition,TheGeneralHospitalofP.L.A.,Beijing100853)
Abstract:
Besidesthenutritionalroles,
caseinhasmanybiologicalfunctionsthroughenzymehydrolysis.
风潇
Caseinomacropeptide(CMP),derivedfromκ-caseinandwhey,isapeptidewithmanybiologicalfunctions.TheresearchanddevelopmentofCMPmakeusnotonlygetavaluablepeptide,butalsoavoidtheenvironmentalpollution.ThebiologicalcharactersandresearchprogressofCMPweremainlydescribedinthispaper,soastoprovidesomeinformationforitsutilization.
Keywords:caseinomacropeptide(CMP);biologicalactivity;researchprogress
牛乳中含有丰富的蛋白质,包括酪蛋白、乳清蛋白、乳白蛋白、乳球蛋白、乳铁蛋白和一些具有重要生理功能的酶类,其中酪蛋白约占80%,是牛乳蛋白的主体。酪蛋白是一个含磷蛋白质,其丝氨酸
羟基与磷酸根之间形成一个酯键,有αs-、β-、κ-、γ-4种构型。酪蛋白中含有人体必需的8种氨基酸,是一种全价蛋白质(PER值为2.5),能够为生物体的生长发育提供较全面的蛋白质营养,尤其对新生儿是最具营养价值的蛋白质来源。
20世纪80年代以来,国外学者相继发现酪蛋白在消化道中经蛋白酶水解后,能分离得到许多具有生物功能的活性肽,它们除了营养作用外,还具有重要的生理功能,按照其功能可分为类阿片肽、降血压肽、抗血栓肽、免疫促进肽、促进矿物离子吸收肽、抗菌肽等。随着各种不同功能的乳源性生物活性肽的发现,对乳蛋白质的研究已成为生理学和营养学的研究热点。
酪蛋白巨肽是在乳酪制备过程中从κ-酪蛋白和
收稿日期:2007-07-02
作者简介:丛涛(1971—),女,山东招远人,硕士研究生,副主任技师,研究方向为营养与食品卫生学。
酪蛋白源生物活性肽———酪蛋白巨肽研究进展
丛涛1,赵霖2
(1.解放军军事医学科学院营养与食品卫生研究所,天津300050;
估量
2.解放军总医院营养科,北京100853)
摘要:酪蛋白除营养功能外,经蛋白酶水解后还能产生许多具有生物学功能的活性肽。酪蛋白巨肽(Caseinomacropeptide,CMP)是从κ-酪蛋白和乳清蛋白中提取的具有多种生物活性的巨肽,对它进行研究和开发,不仅能得到营养和生理功能兼具的活性肽,还能够避免其过度排放造成的环境污染。综述CMP的生物特性和研究进展,旨在为国内乳源性生物活性肽的开发利用提供资料。关键词:
酪蛋白巨肽;生物活性;研究进展
中图分类号:TS201.4
文献标志码:B
文章编号:1005-9989(2008)02-0168-04
No.2.2008乳清蛋白中提取的具有多种生物活性的巨肽,是食品工业生产中的副产品。对它进行研究和开发,不仅能得到营养和生理功能兼备的活性肽,还能够避免其过度排放造成的环境污染[1]。本文就CMP的生物特性和研究进展进行综述,旨在为国内乳源性生物活性肽的开发利用提供资料。1CMP的化学结构及性质
酪蛋白巨肽存在于哺乳动物母乳的κ-酪蛋白中。在凝乳酶水解过程中,κ-酪蛋白在苯丙氨酸105-甲硫氨酸106间的肽键断裂,分解为两部分,一个是氮端的疏水部分即副酪蛋白,在钙离子存在下与其他酪蛋白成分一起沉淀;另一个是含64个氨基酸残基的亲水片段(f106 ̄169),即CMP,它与乳清蛋白一起保留在溶液中。CMP中有30% ̄50%为糖基化形式的酪蛋白糖多肽(Glycomacrop-eptide,GMP),
其糖基
有3种形式,即唾液酸、半乳糖和N-乙酰氨基半
乳糖[2]。
CMP的分子量约为7ku,是一组具有同样的直链结构,但糖基化和磷酸化程度不同的肽类,由于其广泛的转译后修饰,所以存在多种形式。CMP有A和B两种遗传变异体,两者可以相互转换,因
此CMP可分为两组肽:CMP-A和CMP-B。大多数CMP以磷酸化形式存在,每个分子含有1 ̄3个磷酸基团,单磷酸、双磷酸和三磷酸形式所占的比例分别约为78%、20%和2%。CMP等电点为pH1 ̄2,在pH1 ̄10范围内均为可溶。与乳清蛋白相比,它的热稳定性更高,在80 ̄95℃加热处理15min后可100%溶解。CMP的氨基酸序列如下:Met-Ala-Ile-Pro-Pro-Lys-Lys-Asn-Gln-Asp-Lys-Thr-Glu-Ile-Pro-Thr-Ile-Asn-Thr-Ile-Ala-Ser-Gly-Glu-Pro-Thr-Ser-Thr-Pro-Thr-Ile-Glu-Ala-Val-Glu-Ser-Thr-Val-Ala-Thr-Leu-Glu-Ala-Ser-Pro-Glu-Val-Ile-Glu-Ser-Pro-Pro-Glu-Ile-Asn-Thr-Val-Gln-Val-Thr-Ser-Thr-Ala-Val-OH。其结构特点是富含支链氨基酸,不含芳香簇氨基酸,没有二级结构,其在波长280nm处无吸收峰,很难用考马斯亮蓝染色法检测,只在205 ̄217nm处有吸收峰。2主要生物学活性
CMP是一种多功能肽,其不同的序列片段支持不同的生物学功能。它们主要依靠与细胞成分间的相互作用发挥其功能,这与其糖基化程度和结构密切相关。CMP的生物活性主要有以下几个方面:2.1抗微生物活性
CMP具有对抗毒素、病毒以及细菌的活性,这主要是其结构中的碳水化合物片段的作用,因为许
多病原体和肠毒素都是通过识别靶细胞膜上的碳水化合物受体而黏附于细胞壁上[1]。糖基化CMP能够抑制霍乱毒素与细胞壁上的低聚糖受体结合;CMP可以抑制真菌和大肠杆菌等的增殖,并能够保护细胞不受流感病毒感染,因此可作为杀菌剂治疗感染[2]。
CMP对变形链球菌、牙龈卟啉单胞菌及大肠杆菌等的抑菌作用是无糖基化单磷酸化的CMP(即kappacin)所特有的,这是由内源性蛋白酶谷氨酸-C消化产生的抗菌序列Ser(P)149κ-酪蛋白-Af(138 ̄158)所发挥的作用[3]。它与阳离子抗菌肽的序列结构不同,而显示出新的阴离子抗菌肽的特性,磷酸化形式对其发挥抗菌作用至关重要。
CMP还能够阻止生龋齿的细菌黏附于口腔龋洞中从而发挥抗龋作用,它不仅抑制口腔微生物(如茸毛链球菌、变形链球菌)的黏附,同时增加放线菌的数量,从而改变口腔齿菌斑微生物的结构,保护牙釉质,防止腐烂。多种不同结构的CMP糖基化合物都能够不同程度地预防细菌黏附。这使CMP非常适合作为口腔卫生学产品如口香糖、牙膏和潄口水等的功能成分。2.2免疫调节作用
CMP具有免疫调节作用,可作为机体的免疫调节剂。它通过诱导脾淋巴细胞增殖而抑制有丝分裂。其免疫调节作用既依赖于多肽部分,也是由于唾液酸的存在。CMP可与小鼠单核或巨噬细胞通过多价配位体(例如糖链及其他阴离子基团如磷酸丝氨酸残基)结合,诱导产生白细胞介素-1(IL-1)受体拮抗剂,从而抑制脂多糖介导的脾淋巴细胞增殖。此外,糖基化CMP可与小鼠CD4+淋
巴细胞结合,抑制由植物血球凝集素诱导的白细胞介素-2(IL-2)受体的表达及炎性反应。对于脂多糖介导的增殖,具有两个N-乙酰神经氯酸(NANA)残基的CMP调节活性最高。上述两种抑制作用在唾液酸苷酶或胰凝乳蛋白酶的消化作用下都会减弱[4]。
有研究显示,膳食中的CMP对IgG抗体的产生有显著抑制作用,有助于降低新生儿对环境抗原的免疫反应,因此CMP适用于制备免疫抑制性食物[5]。另外,人乳CMP不仅可抑制淋巴细胞增殖和免疫球蛋白产生,还能够诱导一些淋巴细胞的凋亡。2.3肠道调节功能
CMP具有支持肠道有益微生物的作用,在很低浓度时就能够促进双歧杆菌的生长并抑制大肠杆菌,显著降低沙门氏菌的数量,可作为益生原或新生儿配方食品的添加剂而起到类似母乳的作用,有效防止婴幼儿腹泻。这种性质主要是由NANA残基发挥的作用[6]。
对于CMP刺激乳酸菌生长的作用,目前还存在无锡三白
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争议。有报道认为胰蛋白酶消化后的CMP分解为大小不等的肽段,都具有刺激乳酸菌生长的活性,并存在剂量效应关系[7]。同等条件下,CMP活性肽片段的作用强度显著高于完整的CMP。但也有研究显示,分别添加CMP和α ̄乳球蛋白的膳食配方能刺激肠道双歧杆菌的生长,但前者不能刺激乳酸菌的生长[8]。
CMP是重要的肠道功能调节剂,它能够抑制胃酸分泌和胃泌素释放,减缓胃蠕动,缓解胃痉挛。此作用可能是由胃黏膜形成的肽激素介导的,能增加乳蛋白的消化效率。糖基化CMP能刺激缩胆囊素(CCK)的释放,主要是因其含NANA[1]。CCK是一种产生饱腹感的激素,可控制食物在十二指肠的消化。减少胃肠分泌物可降低幼年动物体内蛋白质的水解,从而保护来自奶中的免疫球蛋白、乳酸铁蛋白和溶菌酶,使其顺利到达肠道并发挥作用。在消化过程中,CCK的生理调节作用是控制胰酶的释放及通过减缓小肠收缩调控整个消化过程。有证据表明,CMP是通过引发肠道受体激活物而发挥作用。在麻醉后的大鼠体内发现,CMP是通过引起CCK的释放和激活迷走-迷走胆碱能反射环而特异性地刺激胰腺分泌[9]。
国外一种由壳聚糖和CMP组成的控制食欲的配方已获得专利[10]。然而对成人的短期研究显示,其对食物摄入或饱腹感的主观指标没有明显作用[11]。另有研究发现,在饲料配方中添加C
MP的幼猴,食物摄入量明显增加[12],这与上述CMP抑制食欲的实验结果相矛盾,因此还需要通过更深入的实验研究来证实其作用效果。
2.4与心血管系统相关的生物活性统计开放日
CMP可以抑制由胶原蛋白和凝血酶引发的血小板凝集。牛乳中的凝块被认为是由于κ-酪蛋白和凝乳酶之间的相互作用产生的;而血液中的凝块则被认为是纤维蛋白原和凝血酶之间的相互作用产生的。现已证实,这两种作用机制间存在着相似性。牛乳CMPf106 ̄116片段和人体纤维蛋白原γ链的f400 ̄411片段具有结构同源性,两者的3个氨基酸残基(Ile108、Lys112和Asp115)位置相对应。因此对CMP在血小板功能和血栓形成中的作用进行了大量研究。血栓形成的主要步骤是纤维蛋白原被生理机能激动剂(例如ADP、凝血酶或胶原蛋白)激活后,与活化的血小板表面糖蛋白受体结合。这个过程是血小板凝集所必须的,此结合物又是纤维蛋白的前体,在凝血酶的作用下形成血栓。
CMP是二磷酸腺苷(ADP)激活血小板聚集体和纤维蛋白原γ链聚集体的抑制剂,在血小板表面的特殊接收区域起作用,所以具有抗血栓形成的功能[13]。体外实验表明,人工合成的类似物质也能抑制血小板凝集,阻止血栓形成。不同物种的CMP抑制ADP
引发的血小板凝集作用程度也不相同。所有CMP的抑制活性都随着胰蛋白酶的水解作用而增强。来
源于CMP序列的多种肽都具有抑制血小板凝集和血栓形成的作用。其中五肽112 ̄116对ADP诱导的血小板凝集的抑制作用较强。而106 ̄112肽和113 ̄116肽抑制血小板功能的作用较弱,在高浓度时其作用是非特异性的,可能是由于其缺少N端的赖氨酸残基。在激光损伤引发的动脉粥样硬化模型中检测到κ
-酪蛋白f106 ̄116和f112 ̄116在体内都具有潜在的抗血栓活性,且剂量低于以体外血小板凝集数据为依据的预期值[14]。
血管紧张素Ⅰ转换酶(ACE)是生理性调节血压的关键酶。它一方面使血管紧张素I转换为血管紧张素Ⅱ,后者是强效血管收缩剂;另一方面它对血管舒张缓激肽有灭活作用,因此抑制ACE的活性会导致血压降低[15]。母乳和酸奶中多种活性肽都具有ACE抑制活性,能够降低血压。大多数天然的ACE活性抑制肽都具有Ala-Pro或Pro-Pro羧基末端,而具有抗高血压活性或ACE抑制活性的肽,C末端多数是Pro残基,它是抗高血压活性肽发挥生物活性所必需的,但当C末端的Pro残基是亲水性氨基酸时,其活性大大降低。对N末端氨基酸残基而言,具有侧链的脂肪族氨基酸能提高对ACE的抑制活性。研究还发现,C末端带正电的精氨酸和赖氨酸对提高抗高血压肽抑制ACE的活性具有重要作用。CMP在体内抑制ACE活性的作用处于中等水平,而在胰蛋白酶水解或模拟胃肠条件下的消化作用时,从CMP中释放出更小的三肽IPP,对ACE具有更强的抑制作用,其降血压能力显著高于完整的CMP[16]。2.5对矿物质代谢的调节作用
在中性和碱性条件下,CMP可作为无机离子的载体,通过磷酸丝氨酸与钙、锌、铁等离子结合,形成可溶性复合物,由小肠壁细胞吸收后再释放,从而避免在小肠中被沉淀,促进这些金属离子的吸收,从而对矿物质代谢起到调节作用。大鼠、小鼠和鸡等许多动物的体内代谢实验都证明其具有促进矿物质吸收的功能。
另外,CMP还能够降低破骨细胞活性,增强成骨细胞活性,从而发挥预防骨质疏松的作用。2.6对脂肪代谢的调节作用
近年来运用基因工程技术,利用酵母菌塞里维辛(一种干酵母)制备出重组人CMP(rhCMP)[17]。对SD大鼠的体内实验结果显示,rhCMP对进食正常饲料(脂肪含量为5%)的大鼠没有影响,但却能使进食高脂饲料(脂肪含量为20%)的大鼠体质量降低19%,同时其肝、肾质量及血浆和肝脏中的脂质含量均明显降低,粪便的脂质排出量显著增加,表明rhCMP可
No.2.2008以通过增加脂肪排出量来调节脂质代谢,预防脂质的堆积,防止肥胖。因此可用于因摄入高脂膳食而导致肥胖的患者。3营养学开发应用前景
CMP具有独特的氨基酸组成,口感和风味俱佳,易于消化吸收,因此可用于多种特殊目的的膳食营养支持。
CMP富含支链氨基酸及人体所需的8种必需氨基酸,蛋氨酸含量很低,不含苯环氨酸,特别适于肝脏病患者的膳食补充。肝脏病患者的营养治疗原则一般为高蛋白饮食,但摄入过量蛋白又会增加肝脏负担。CMP既能为患者提供丰富的必需氨基酸,又易于消化,在不增加肝脏负担的前提下为病人提供充足的蛋白质营养。
CMP的氨基酸组成中不含苯丙氨酸,因此特别适合苯丙酮酸尿症(PKU)病人的营养支持。PKU是先天性苯丙氨酸代谢缺陷病,如果新生儿期不进行治疗,会导致不可逆的精神障碍。PKU的治疗原则包括低苯丙氨酸饮食及在膳食中补充酪氨酸。肥胖病
CMP中富含唾液酸,这种碳水化合物在大脑和中枢神经系统中以神经节苷脂和糖蛋白的形式大量存在,有益于大脑的正常发育以及细胞膜和膜受体发挥功能。动物实验显示,外源性补充唾液酸能够增加大脑中神经节苷脂唾液酸的产生,提高学习能力。人类大脑的发育主要是在妊娠第三期和产后的最初阶段,因此添加CMP的婴幼儿配方食品有助于胎儿和婴幼儿大脑及神经系统的发育。
综上所述,酪蛋白巨肽在心血管系统、神经系统、免疫系统、消化系统以及抗菌等多方面都具有重要的生物学作用,作为功能性成分添加在食品中或制成药物制剂,在很多方面已得到应用。但由于生物
活性肽浓度低,酶解条件复杂,分离提纯难度大,成为制约其工业化生产的主要因素,其构效关系和分子水平的作用机理仍不十分清楚。然而随着现代分离、提纯、检测技术的飞速发展,对其相关研究会日趋成熟和深入。
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