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FSHW-亚麻籽蛋白质组中编码的抗氧化肽的生物信息学评估

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-12-13
核心提示:来自新西兰奥塔哥大学的Dominic Agyei,Dawei Ji和加拿大渥太华大学的Chibuike C. Udenigwe使用一系列生物信息学工具对亚麻籽蛋白和编码的抗氧化肽序列进行了生物信息学分析,以研究其理化特性、致敏性和毒性。
   来自新西兰奥塔哥大学的Dominic Agyei,Dawei Ji和加拿大渥太华大学的Chibuike C. Udenigwe使用一系列生物信息学工具对亚麻籽蛋白和编码的抗氧化肽序列进行了生物信息学分析,以研究其理化特性、致敏性和毒性。使用BIOPEP数据库评估了从已知含有抗氧化肽的23 种成熟亚麻籽存储蛋白中释放的9 种蛋白酶(消化、植物和微生物来源)。鉴定出的蛋白质家族主要是球蛋白、油体蛋白和少量的结合蛋白。总体而言,从这些蛋白质中鉴定出253 个抗氧化肽。通过酶促水解从球蛋白释放的肽比从油体蛋白和结合蛋白释放的肽更多。
 
  与研究的其他酶相比,植物蛋白酶(木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶和菠萝蛋白酶)从亚麻籽蛋白中释放抗氧化肽的能力更好。ToxinPred的毒性分析表明释放的肽均无毒。
 
  大多数抗氧化肽表现出对抗氧化很重要的结构特征,包括相对较低的分子量(仅二肽和三肽)、两亲性质(疏水性范围为-0.5至+0.5)、相对较低的Boman指数(≤2)、pI范围广(3.7—10.8),以及大量抗氧化剂氨基酸残基(例如谷氨酸和组氨酸)。这项研究证明了亚麻籽蛋白作为抗氧化肽来源的适用性。
 
  Introduction
 
  食品成分的氧化造成的质量下降和潜在有毒化合物产生是食品和药妆行业的一个挑战。由氧化应激引起的疾病的发病率、死亡率和对人群整体生活质量造成的破坏性影响正继续受到全世界关注。前述的全球挑战已经引起人们对各种抗氧化剂化合物和成分开发的兴趣,可用于控制食品/化妆品和人体系统中的氧化。但是,消费者越来越喜欢“天然”成分,这意味着人们首选饮食干预或将食品原料用作抗氧化剂肽的来源,并且此类抗氧化成分通常比合成成分更易推广。抗氧化肽具有与其他合成或天然抗氧化剂相同的机制,可充当电子供体、自由基捕获剂、促氧化剂金属螯合剂或细胞氧化还原酶的活化剂。
 
  像其他生物活性肽一样,抗氧化肽在本蛋白质结构中存在时也是无活性的,必须进行酶水解(体外或体内)才能释放它们以显示其抗氧化活性。自然界中膳食蛋白质和蛋白水解酶的丰富性意味着可以生成肽(具有潜在的生物活性)的蛋白质-蛋白酶组合几乎是无限的,但是生成的大型数据集使筛选具有所需活性的肽成为一个漫长而费力的过程。
 
  通过使用计算机或生物信息学工具发现食物来源的生物活性肽,克服了这一挑战,它允许研究人员选择最合适的蛋白质和酶组合,从而有望产生所需的生物活性肽。这些计算机工具的工作量基本上是相同的。通常,食物蛋白序列选自数据库,比如UniProtKB (https://www.uniprot.org/)、Phytozome(https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html)、BIOPEP (http://www.uwm.edu.pl/biochemia/index.php/pl/biopep),或NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein),然后进行序列比对,以比较并计算蛋白质序列重要区域之间的共性,以避免重复。然后使用诸如ExPASy肽切割器或BIOPEP“酶作用”类型的工具对选定的蛋白质进行计算机蛋白水解,以从常规或新型蛋白水解酶生成肽,或从蛋白质序列中找到新型肽。
 
  这些数据库还可以通过将计算机数据集与已发布的生物活性肽序列进行匹配来鉴定消化蛋白质中的已知生物活性肽,并提供其他有用的参数,例如蛋白酶释放某些肽的能力或具有某些功能的肽的释放频率。这些参数的排名有助于确定肽的类型,以及最适合产生生物活性肽的蛋白质和蛋白酶来源。因此,生物信息学过程加快了从食物蛋白中发现生物活性肽的速度。
 
  在这项研究中,由于亚麻籽的蛋白质含量较高(10%~37%),具有营养价值的氨基酸特征,作为高价值“超级食品”的声誉提高,先前报道了其蛋白水解物的抗氧化能力,因此对亚麻籽进行了分析。此外,在之前的研究中已经开发了亚麻籽蛋白的定量参考图谱,随后是基于植物基因组数据库的完整的亚麻籽蛋白组学数据集。所有这些研究为进一步探索亚麻籽蛋白生物活性肽提供了良好的蛋白质组学信息。因此,本研究的目的是确定成熟亚麻籽中贮藏蛋白的物理化学特性,并全面分析这些蛋白在生物信息学上的抗氧化肽释放和生化特性。
 
  Conclusion
 
  这项研究中介绍了23 种成熟的亚麻籽贮藏蛋白的物理化学特性,以及它们在酶促消化后可用作抗氧化肽前体的潜力。根据分子量,蛋白质被分为两组,即油体蛋白(15.40~20.50 kDa)和由结合蛋白、球蛋白组成的高分子量蛋白质(48.39~60.52 kDa)。所有的油体蛋白具有相似的化学特性,例如更高的pI、正的净电荷、更低的Boman指数和正的GRAVY,表明更高的疏水性。高分子量蛋白质的pI值较低,净电荷范围较大,Boman指数较高,并且GRAVY为负。根据释放的肽数量、选定酶释放具有给定活性片段的频率(AE)和相对频率(W),植物酶(无花果蛋白酶、菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶)比消化酶(胰蛋白酶、胃蛋白酶和胰弹性蛋白酶II)具有更高的潜力,可从亚麻籽存储蛋白中释放抗氧化肽。肽从微生物酶释放的潜力取决于物种,蛋白酶(例如枯草杆菌蛋白酶)释放的肽数量最多(58个肽),而蛋白酶P1释放的肽数量最少(3个肽)。蛋白质性质与抗氧化肽的相对释放频率的相关性显示,嗜热菌蛋白质酶的GRAVY、Boman指数和W,与菠萝蛋白酶和嗜热菌素的蛋白质分子量和W,以及与菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶的pI值、蛋白质净电荷和W之间存在一些显着的线性关系。
 
  亚麻籽贮藏蛋白中抗氧化肽的理化特性表明,肽为二肽和三肽,具有酸性和碱性肽的平衡分布(基于净电荷),并且具有广泛的疏水性、Boman指数,不同的分子量分布,在水中的潜在溶解度。这些发现以及对肽可能无毒的预测表明,所鉴定的肽在亲水性和疏水性食品系统中具有广阔的应用前景。最后,疏水性(L,I)、带负电(E)、芳香族(Y)氨基酸和组氨酸(H)在肽中更频繁地出现,因此分析它们对于抗氧化剂特性至关重要。因此,亚麻籽存储蛋白是生产抗氧化肽的竞争性原料。后续研究需要进行涉及湿法合成并评估抗氧化能力,以确认计算机模拟的发现。
 
 
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