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金丝雀种子肽的酶动力学、分子对接及计算机模拟研究

期刊:journal of functional foodsDOI:10.1016/j.jff.2021.104892

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告:

研究作者及机构

该研究的主要作者包括Uriel Urbizo-Reyes、Andrea M. Liceaga、Lavanya Reddivari、Kee-Hong Kim和Joseph M. Anderson。他们分别来自美国普渡大学(Purdue University)和美国农业部农业研究服务局(USDA-ARS)。该研究于2021年12月9日在线发表在《Journal of Functional Foods》期刊上,文章编号为104892。

学术背景

该研究的主要科学领域是功能性食品和生物活性肽。肥胖及其相关的慢性疾病(如糖尿病、高血压等)在全球范围内日益严重,而植物性饮食和天然生物活性肽因其潜在的健康益处而受到关注。金丝雀草(Phalaris canariensis L.)是一种高蛋白植物,传统上用于治疗肥胖、糖尿病和高血压。然而,关于其生物活性肽的具体序列、生物利用度及其与靶酶(如血管紧张素转换酶(ACE)和胰脂肪酶)的分子相互作用的研究尚不充分。因此,该研究旨在评估金丝雀草肽(CSP)在模拟胃肠道消化(SGD)后的稳定性、生物利用度及其与靶酶的相互作用机制。

研究流程

研究包括以下主要步骤:

  1. 材料准备
    从商业供应商处购买无毛金丝雀草种子,使用冷机械压榨法脱脂后,将种子粉碎并水解。水解过程中使用Alcalase®酶(来自Bacillus licheniformis的蛋白酶),水解条件为pH 8.0、50°C,持续4小时。水解结束后,通过热处理终止反应,离心收集上清液中的可溶性肽。

  2. 模拟胃肠道消化(SGD)
    将肽溶液调整至pH 2.0,加入胃蛋白酶(4% w/w)在37°C下消化2小时。随后,调整pH至5.3,再加入胰酶(4% w/w)在37°C下继续消化2小时。消化结束后,通过热处理终止反应,离心收集消化后的肽(CSP-SGD)。

  3. 酶抑制活性测定
    使用Caco-2单层细胞模型评估CSP-SGD的跨膜运输能力。通过反向高效液相色谱(RP-HPLC)将CSP-SGD分离为7个组分(F1-F7),并测定各组分的ACE和胰脂肪酶抑制活性。

  4. 分子对接和计算机模拟分析
    使用LC-MS/MS分析最活跃的肽组分(F7),并通过分子对接模拟CSP-SGD与ACE和胰脂肪酶的相互作用。使用AutoDock Vina软件进行分子对接,分析肽与靶酶的结合能及相互作用模式。

  5. 统计分析
    使用SAS 9.4®软件进行单因素方差分析(ANOVA),结果以平均值±标准偏差表示。

主要结果

  1. 酶抑制活性
    CSP-SGD对α-葡萄糖苷酶、ACE、DPP-IV和胰脂肪酶的抑制活性均保持稳定。其中,CSP-SGD对胰脂肪酶的抑制活性显著增强(IC50值降低),表明其在胃肠道消化后仍具有较高的生物活性。

  2. 跨膜运输能力
    CSP-SGD的跨膜运输效率超过10%,其中F5和F7组分的运输效率最高,分别为23.64%和21.89%。这表明CSP-SGD能够有效通过肠道上皮细胞吸收。

  3. 分子对接分析
    分子对接分析揭示了CSP-SGD与ACE和胰脂肪酶的相互作用机制。ACE抑制肽(如LHPQ、QTPHQ、KPVPR和ELHPQ)通过破坏过渡态和Zn(II)配位来抑制ACE活性。胰脂肪酶抑制肽(如VPPR、LADR、LSPR和TVGPR)则通过破坏胰脂肪酶的“开盖”构象来抑制其活性。

  4. 肽序列鉴定
    LC-MS/MS分析鉴定出具有潜在抗高血压和抗肥胖活性的肽序列,如LHPQ、QTPHQ、KPVPR、ELHPQ、VPPR、LADR、LSPR和TVGPR。这些肽序列富含脯氨酸、谷氨酰胺和精氨酸,这些氨基酸在肽与靶酶的相互作用中起关键作用。

结论

该研究表明,金丝雀草肽在模拟胃肠道消化后仍具有较高的生物活性,能够有效抑制ACE和胰脂肪酶。分子对接分析揭示了CSP-SGD与靶酶的相互作用机制,表明这些肽具有潜在的治疗和功能性食品应用价值。未来的研究应进一步验证这些肽的体内效果及其代谢影响。

研究亮点

  1. 重要发现
    首次鉴定出金丝雀草肽中具有抗高血压和抗肥胖活性的肽序列,并揭示了其与靶酶的相互作用机制。

  2. 方法创新
    使用分子对接和计算机模拟分析,深入研究了肽与靶酶的相互作用机制,为生物活性肽的研究提供了新的方法学支持。

  3. 研究对象的特殊性
    金丝雀草作为一种高蛋白植物,其生物活性肽的研究为开发新型功能性食品和营养补充剂提供了新的资源。

其他有价值的内容

该研究还探讨了肽的跨膜运输机制及其与靶酶的相互作用,为未来开发基于生物活性肽的治疗策略提供了理论基础。此外,研究还揭示了肽序列中特定氨基酸(如脯氨酸、谷氨酰胺和精氨酸)在生物活性中的关键作用,为肽的设计和优化提供了重要参考。

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