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鲜味肽协同效应的分子模拟与实际验证研究
本研究由余艳阳（Yanyang Yu）、崔志勇（Zhiyong Cui）、周天行（Tianxing Zhou）等主要作者完成，隶属于上海交通大学农业与生物学院食品科学与技术系以及宁夏大学食品科学与工程学院。该研究发表于《Biosensors and Bioelectronics》期刊，发表时间为2025年3月1日。

学术背景
鲜味是通过鲜味物质与鲜味受体之间的相互作用而产生的，随后通过受体细胞引发的信号级联被大脑感知。当多种鲜味物质同时存在时，它们可以协同作用于鲜味受体，产生协同效应，这是鲜味的一个显著特性。近年来，随着科学技术的进步，创新性的鲜味肽（umami peptides）被发现并应用于食品工业中。相比传统的鲜味物质如谷氨酸钠（MSG），鲜味肽不仅能提供更好的风味体验，还具有增强营养价值和多种有益的生物活性，例如抗氧化、血管紧张素转换酶（ACE）抑制和抗菌作用。然而，鲜味肽协同效应的具体机制尚未被系统性地阐明，这限制了研究人员分析鲜味受体-配体相互作用机制以及开发新型复合调味品的能力。因此，本研究旨在通过结合分子模拟和生物学实验验证，揭示鲜味肽协同效应的分子机制，并为风味科学和食品产品开发提供新的方法。

研究流程
本研究分为多个步骤进行，详细流程如下：
1. 模型构建与优化
首先，基于同源模板预测了T1R1/T1R3异二聚体及其捕蝇草域（VFT）结构模型。随后，利用化学信息学工具RDKit生成鲜味肽的三维结构，并通过MMFF94力场优化其结构和能量。所有鲜味肽均来源于前期研究，其氨基酸序列、分子量、味觉特性和识别阈值在补充材料中列出。

1. 分子对接分析
   使用AutoDock Vina算法对单个及多个鲜味肽与T1R1-VFT的结合模式进行了半柔性对接。对接中心坐标设置为center-x = 87.77, center-y = 45.93, center-z = 96.48，网格盒尺寸为60 Å × 60 Å × 60 Å。每个对接运行生成20个构象，并通过结合能评估分子对接的稳定性。

2. 传感探针的激活与修饰
   通过胺基偶联试剂盒（AR2G）将传感探针固定在微孔板上，并用EDC/NHS溶液激活探针表面。随后，将鲜味肽溶解在TBS缓冲液中并与激活探针孵育过夜，以完成修饰。

3. BLI传感平台构建与数据分析
   构建了基于生物层干涉技术（BLI）的传感平台，用于实时监测鲜味肽与T1R1-VFT的结合动力学过程。实验参数包括激活（300秒）、淬灭（300秒）、基线记录（60秒）、结合（180秒）和解离（180秒）。数据采集频率为2 Hz，实验温度维持在25°C。

4. 分子动力学模拟
   基于分子对接获得的初始坐标，使用GROMACS软件包中的ff14sb力场进行了100 ns的分子动力学模拟。溶剂化过程采用AMBER 22和TIP3P水模型，非键相互作用截断距离为14 Å，氢键通过SHAKE算法稳定。

5. 实际样品验证
   实际样品包括绿茶、酱油和蘑菇汤，通过离心和过滤处理后调节pH至7.2，并储存在4°C冰箱中备用。随后，通过BLI传感策略检测鲜味肽在复杂基质中的协同效应。

主要结果
1. 分子对接结果
单个鲜味肽与T1R1-VFT的结合自由能始终低于−7 kcal mol⁻¹，表明其具有高亲和力和结构稳定性。相比之下，甜味配体环己胺的结合能仅为−4.9 kcal mol⁻¹。当两个鲜味肽同时对接到T1R1-VFT时，结合能显著降低（p < 0.05），表明多配体结合诱导了更紧密的结构整合。

1. 关键氨基酸残基与作用力分析
   在单配体对接中，鲜味肽与T1R1-VFT域内的22个氨基酸残基相互作用，其中181_Gln、154_Thr和182_Tyr为主要高频位点。在多配体对接中，相互作用的氨基酸残基数增加至75个，151_Arg、67_Ser、248_Ser和281_Arg为主要高频位点。主要作用力为氢键，其次是疏水相互作用和盐桥。

2. BLI传感结果
   所有鲜味肽均表现出与T1R1-VFT结合和解离的能力，并在不同浓度下表现出良好的线性关系。多配体的动力学平衡常数显著低于单配体（p < 0.05），表明多配体具有更高的亲和力。

3. 分子动力学模拟结果
   多配体结合时，RMSD值显著低于单配体结合，表明多配体形成的复合物具有更紧密的结合和更高的稳定性。SASA值降低，表明多配体协同效应有助于形成更稳定的蛋白-肽复合物构象。RMSF曲线显示，多配体结合时所有氨基酸残基的波动均小于单配体结合，进一步证明了协同效应的稳定性。

4. 实际样品验证结果
   在实际样品中，鲜味肽表现出显著的协同效应。例如，在加入等量鲜味肽后，蘑菇汤和酱油的响应信号显著增加（p < 0.01），绿茶和河豚汤的响应信号也显著升高（p < 0.05）。这表明鲜味肽在实际样品中能够协同作用，增强与T1R1-VFT的相互作用效果。

结论与意义
本研究通过分子模拟和生物学实验验证，系统性地揭示了鲜味肽协同效应的分子机制。研究表明，多配体能够同时作用于T1R1-VFT域，表现出更多样化的相互作用力、结合位点和更低的结合能。相比单配体，多配体与T1R1-VFT域形成更紧密的结合，并表现出更高的构象稳定性。这些发现为理解鲜味协同效应提供了重要线索，并为风味科学和食品产品开发提供了理论支持和方法参考。

研究亮点
1. 重要发现
- 多配体结合诱导更紧密的结构整合，表现为更低的结合能和更高的亲和力。
- 鲜味肽协同效应在实际样品中得到验证，为食品工业中的应用提供了依据。

1. 方法创新

   • 结合分子对接、分子动力学模拟和生物层干涉技术，首次系统性地研究了鲜味肽协同效应的分子机制。
     
   • 开发了基于BLI的高通量、快速评估策略，为鲜味肽协同效应的研究提供了新工具。
     

2. 研究价值

   • 科学价值：揭示了鲜味肽协同效应的分子机制，填补了该领域的研究空白。
     
   • 应用价值：为开发新型复合调味品和优化食品配方提供了理论依据和技术支持。
     

其他有价值内容
本研究还探讨了鲜味肽在食品工业中的潜在应用前景，例如通过减少盐分摄入来促进健康饮食。此外，研究团队开发的传感策略具有较高的通用性，可推广至其他食品基质中鲜味物质的检测与分析。