乳源性ACE抑制肽和抗氧化肽結構與生理活性關系的研究

潘忠星，馮志彪

（1.東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學理學院應用化學系，黑龍江哈爾濱150030）

乳源性ACE抑制肽和抗氧化肽結構與生理活性關系的研究

潘忠星1，馮志彪2，*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學理學院應用化學系，黑龍江哈爾濱150030）

乳蛋白中的血管緊張素轉化酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制肽和抗氧化肽的一級結構會對它們的活性產(chǎn)生重要的影響。文章綜述了肽段的氨基酸組成、種類、疏水性氨基酸含量、存在位置等對其活性的影響，并總結了近幾年鑒別出的新的活性肽段。由于多肽的結構和組成對其生理活性產(chǎn)生明顯的影響，因此對其結構和活性之間的關系的研究，將會對今后獲得更高活性的生理活性肽提供幫助。

乳蛋白，生物活性肽，一級結構，生理活性

Abstract：Primary structure of milk-derived antihypertension peptides and antioxidative peptides have some important effect on their function.The composition of peptides，types，the content of hydrophobic amino acids and their position how to affect on their activity，were reviewed，and the novel bioactive peptides identificated in recent years was also summarized.Bioactivities was significantly influenced by the structure and composition of peptides，therefore，the study on primary structure-bioactive relationship of milk-derived bioactive peptides would provide information for obtaining efficient bioactive peptides in the future.

Key words：milk protein；bioactive peptides；primary structure；bioactivities

乳蛋白水解后能產(chǎn)生大量的生物活性肽，在體內(nèi)發(fā)揮各種調(diào)節(jié)功能和生理功能，如清除體內(nèi)過量的自由基、降低血壓、抗菌、免疫調(diào)節(jié)功能、阿片樣活性、降血脂、抗血栓活性等[1-3]，Hernández-Ledesma等人對此已有評述[4]。因此，對生物活性肽結構與其活性關系的研究至關重要。生物活性肽是指能夠調(diào)節(jié)生物機體的生命活動或具有某些生理活性作用的一類肽的總稱。生物活性肽大部分以非活性狀態(tài)存在于蛋白質(zhì)長鏈中，當被蛋白酶酶解成適當?shù)拈L度時，才會表現(xiàn)出某種生理活性。肽段的生理活性受到本身的氨基酸組成、結構和肽鏈的長度的影響，活性序列的長度大約在2～20個氨基酸左右。Ferranti等也發(fā)現(xiàn)只有中等和低分子量的肽段才具有較高的生理活性[5]。而且，研究發(fā)現(xiàn)有些特殊的肽序列具有多種生理活性，如Srinivas等[6]和Hernández-Ledesma等[7-8]分別從αS2-casein和β-乳球蛋白中鑒別出同時具有抗氧化和ACE抑制活性的肽段。目前，一些研究者通過各種分析方法建立肽段的組成和生理活性的關系。Pe?a-Ramos引用多種分析方法（相關分析、主元件分析、多次回歸、判別式分析）建立了氨基酸組成對抗氧化活性的影響的模型[9]。Ferreira等建立了ACE抑制肽的產(chǎn)量和水解時間的相關曲線[10]，這為以后研究肽段的生理活性提供了更簡便的方法。本文討論乳蛋白肽段的一級結構對其ACE抑制活性及抗氧化活性的影響，總結了近年來鑒別出的一些活性肽段的組成特點，進而總結活性肽的氨基酸組成、種類、疏水性氨基酸含量、存在位置等對其活性的影響，為今后更好的開發(fā)和利用生物活性肽提供理論支持。

1 生物活性肽制備方法

生物活性肽的產(chǎn)生方式有多種，主要有動植物組織器官提取法、化學合成法、蛋白酶水解法、基因工程法和微生物發(fā)酵法，而蛋白酶水解法是產(chǎn)生生物活性肽的最普遍的方式。

不同蛋白酶有不同的專一性和不同的酶切位點，使得到的產(chǎn)物多肽的N末端和C末端氨基酸組成及氨基酸排列位置各異，因此根據(jù)原料蛋白的氨基酸組成特點選擇合適的蛋白酶，并由水解度大小控制肽段的相對分子質(zhì)量，就有可能得到具有高生理活性的多肽。Otte等人用5種酶對9種乳蛋白進行水解，結果發(fā)現(xiàn)用嗜熱蛋白酶對酪蛋白和乳清蛋白水解均能得到活性較高的ACE抑制肽，而在9種乳蛋白中，α-乳白蛋白是活性相對最高的蛋白[11]。Srinivas等用氨基肽酶、羧基肽酶、細菌蛋白酶、真菌蛋白酶和胰凝乳蛋白酶5種不同的酶水解牛乳α-Casein，得出由胰凝乳蛋白酶水解的活性最高的結論[12]。同樣Hernandez-Ledesma等人用胃蛋白酶和胰酶水解人乳和嬰兒配方奶粉，從水解物中鑒定出具有高ACE抑制活性和抗氧化活性的肽段[8]。Ferreia用胰蛋白酶水解乳清蛋白得到的是具有高ACE抑制活性的水解物[10]。

2 乳蛋白ACE抑制肽

Maruyama在1982年首次報道了牛乳酪蛋白的酶水解物中存在能夠抑制ACE活性的肽類物質(zhì)之后[13]，人們對乳蛋白ACE抑制肽結構與生理活性之間關系的研究越來越多。乳蛋白抑制肽以其高活性、無毒、無副作用、安全可靠等特點，在體內(nèi)降血壓方面表現(xiàn)出廣闊的應用前景。

2.1 ACE抑制肽的組成及特點

ACE抑制肽的活性與他們的一級結構密切相關，有很多研究鑒定出來自于乳蛋白ACE抑制肽的氨基酸序列[3]。盡管具體的ACE抑制肽的結構與活性的關系還不是很明確，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些普遍存在的特點。

乳蛋白水解后得到肽段的長度各不相同，鏈的長短與ACE抑制活性沒有一定的線性關系。ACE抑制肽的長度一般多為2～12個氨基酸，也有個別的含27個氨基酸以上的肽段[14]。Miguel用胃蛋白酶水解牛乳酪蛋白制備ACE抑制肽，結果分子量小于3000u的肽段ACE抑制活性較高，證明主要是小肽發(fā)揮活性作用[15]。

ACE抑制肽必須與ACE活性部位緊密的結合，才能表現(xiàn)出對ACE的抑制活性。ACE酶的C端區(qū)域的催化部位由三個亞基組成，能容納血管緊張素Ⅰ的C端的三個疏水性氨基酸：Pro、His和Phe，從而催化血管緊張素Ⅰ轉化為血管舒緩激肽，使血壓升高。因此，活性肽段的C末端三肽序列強烈影響肽段與ACE酶結合的程度，從而影響ACE酶活性的發(fā)揮[5]。

2.2 ACE抑制肽一級結構與活性的關系

2.2.1 C端的疏水性氨基酸與活性的關系 ACE抑制肽結構-活性的關系表明，C端氨基酸的疏水性和ACE抑制活性之間正相關[11，16]。表1列出了乳蛋白ACE抑制肽的C端三肽位置的疏水性氨基酸的質(zhì)量分數(shù)和活性的關系。

由表1可以看出，乳蛋白ACE抑制肽的一級結構中含有大量的疏水性氨基酸，特別是C端三肽的位置，其疏水性氨基酸的含量和活性關系表明，除個別肽段外，絕大多數(shù)降壓效果符合上述規(guī)律的。

如表1所示，Otte等從β-酪蛋白A2中鑒定出的活性肽段含有相同的C端三肽序列-IPP，C末端三肽含有三個疏水性氨基酸而且Pro在C末端位置，IC50值達到4～5μmol/L，具有很高的ACE抑制活性，同時鑒別出的肽段f（59-81）C端含有-QTP與前邊兩個肽段相比ACE抑制活性較低[21]。

很多資料明確的表明，在C末端，疏水性氨基酸Leu的存在能顯著提高ACE抑制活性。Tavares從β-酪蛋白鑒別出的肽段RELEEL（f1-6）和α-乳白蛋白RELKDL（f10-15）均具有較高的ACE抑制活性[22]。Gómez-Ruiz從αs1-酪蛋白鑒別出的肽段VPSERYL（IC50249.5μmol/L）活性明顯高于肽段VPSERY（IC50706.1μmol/L），而且作者為了證明Leu對活性的影響新合成了肽段VRYG和KKYNNPQG，結果與鑒別出的活性肽段VRYL和KKYNNPQL相比，ACE抑制活性較低。所以疏水性氨基酸會對活性產(chǎn)生一定的影響，但是疏水性氨基酸不能單獨決定活性的強弱，還受到其他因素的影響，特別是Pro的存在位置的影響。

2.2.2 C端Pro的存在位置的影響 大量的文獻表明，ACE一級結構中Pro的存在位置及分布決定其活性的強弱。一般情況下Pro存在于C末端及三肽的位置時，肽段具有很高的ACE抑制活性[23]。如表2所示，大部分Pro存在于C末端及三肽的位置其IC50較低，活性較高，符合上述規(guī)律。

表1 乳蛋白C-端三肽位置疏水性氨基酸質(zhì)量分數(shù)與活性的關系Table 1 Relationship between percentage of the hydrophobic amino acids in C-terminal tripeptide positions of milk protein and its bioactivity

Quiros等為了研究C端三肽位置的氨基酸對ACE抑制活性的影響，使用從β-酪蛋白水解物鑒定出的肽段f（124-129）LHLPLP，用不同的氨基酸來代替C末端三肽位置的氨基酸合成新肽，從表3可以看出，LHLPLP比LHLWLP及LHLYLP有相對較低的IC50值，說明Pro存在于C端三肽的位置能顯著提高肽段的活性。Otte等從α-乳白蛋白水解物中鑒別出的活性肽段含有相同的C端三肽序列-PEW，與以上規(guī)律一致且末端含有疏水性氨基酸Trp，IC50值低至1～5μmol/L之間，具有很強的活性。

表2 乳源蛋白ACE抑制肽一級結構中的脯氨酸的存在位置與活性的關系Table 2 Relationship between where the proline located in the primary structure of milk protein antihypertension peptides and its bioactivity

表3 對LHLPLP肽段修飾后合成肽段的ACE抑制活性[23]Table 3 ACE-inhibitory activity of synthetic peptides corresponded to modifications of LHLPLP[23]

2.2.3 C端帶正電荷的氨基酸與活性的關系 有關肽段結構和ACE抑制活性的資料表明C末端存在賴氨酸（ε-氨基正電荷）和精氨酸（胍基正電荷）能提高肽段的ACE抑制活性[10]。從表3中肽段LHLPLR可以看出，C-末端精氨酸的存在與其他肽段相比，其ACE抑制活性較強[23]。表1中肽段f（142-148）（Ala-Leu-Pro-Met-His-Ile-Arg）同樣具有較高的活性[21]。

2.2.4 N端氨基酸與活性的關系 乳蛋白ACE抑制肽的N端具有芳香環(huán)氨基酸和堿性氨基酸時，能提高活性。由表1和表2也可以看出，絕大多數(shù)N端為堿性和芳香環(huán)的氨基酸抗高血壓效果較好。同時也有報道指出，N-端為亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸等氨基酸殘基的肽段時，其降血壓效果較顯著，但N端為脯氨酸時其活性反而降低[25]。但是隨著乳蛋白ACE抑制肽的不斷研究發(fā)現(xiàn)，其結構存在的差異也越來越多，有數(shù)據(jù)顯示ACE活性與肽段的N端結構沒有相關性[23，26]。因此這類關系還沒有完全的明確。

乳蛋白ACE抑制肽的結構與活性的關系主要是由一級結構中疏水性氨基酸、脯氨酸、C-端帶正電荷的氨基端以及N-端氨基酸的存在狀況綜合作用的結果。

3 乳蛋白抗氧化肽

Marcuse首次報到了在蛋白質(zhì)氨基酸序列中存在抗氧化性質(zhì)后，人們對肽段的抗氧化性質(zhì)的研究越來越關注。一些生物活性肽具有高效的抗氧化活性，比天然抗氧化劑更安全、更穩(wěn)定和更高效，而且乳蛋白是重要的抗氧化肽的來源。它具有極好的抗氧化作用是因為它能夠抑制脂類氧化，途徑主要有以下幾個方面：使活性氧失活清除自由基、螯合金屬離子、減少氫過氧化物的形成以及改變食品體系的物理性狀等[27]。

國內(nèi)外關于抗氧化肽結構與活性的關系研究的文獻報道不多，僅對兩種天然抗氧化肽谷胱甘肽和肌肽做了較多的研究，確定這兩種肽的分子結構且進行了相關機理的研究。目前，關于乳蛋白抗氧化肽結構與活性關系的研究主要集中在抗氧化肽的一級結構和功能的關系方面，它們之間并不一定存在某種確切的關系，但可以肯定的是，抗氧化性與肽段中某些氨基酸的組成、數(shù)量的多少和排列順序有關。乳蛋白肽一級結構與抗氧化活性的關系如下：

3.1 氨基酸組成

肽段的活性的強弱與疏水性氨基酸、芳香族氨基酸的存在具有密切的相關性，一般地疏水性氨基酸含量越多抗氧化性越強。表4中列出近幾年從乳蛋白中鑒別出的活性肽段及肽段中疏水性氨基酸的含量。Pe?a-Ramos等也發(fā)現(xiàn)在組氨酸和疏水性氨基酸的存在下，乳清分離蛋白抑制脂質(zhì)氧化體系的能力明顯增強[9]，原因是脂肪酸自由基會優(yōu)先與抗氧化肽結合，從而使自由基鏈式反應終止。

肽段中Tyr和Try的存在能增強肽段的抗氧化活性，是由于Tyr和Try中的酚基和吲哚基團能作為供氫體來形成更穩(wěn)定的酚基和吲哚自由基，且穩(wěn)定時間較長，能抑制自由基鏈反應。表4中，Leila Sadat等從α-乳白蛋白中鑒別出的5個活性肽段中，在每個肽段的端極至少含有一個Tyr或Try，而且作者發(fā)現(xiàn)這兩種氨基酸相鄰會使活性更強，如101INYW104肽段比INY活性高出16倍，且高于沒食子酸和維生素E的活性[29]。所以Tyr和Try兩種氨基酸的數(shù)量及存在位置強烈影響著肽段的自由基清除活性[31]。

表4 乳中的抗氧化肽段及疏水性氨基酸的含量Table 4 Antioxidant peptides and percentage of the hydrophobic amino acids in milk

3.2 肽段一級結構自身的影響

Hernandez-Ledesma，Davalos，Bartolome和Amigo在β乳球蛋白中鑒定出一些肽段，其中Trp-Tyr-Ser-Leu-Ala-Met-Ala-Ala-Ser-Asp-Ile比丁基羥基茴香醚清除自由的活性強，但在氧自由基吸收能力體系中活性比色氨酸還低。肽段Met-His-Ile-Arg-Leu和Tyr-Val-Glu-Glu-Leu由于Met和 Tyr的存在而具有很強的自由基清除活性[31]。這說明在同樣的氨基酸存在下，肽段的結構決定氨基酸發(fā)揮協(xié)同還是拮抗作用，決定其活性的強弱。

3.3 肽段的修飾，提高其活性

肽段可以通過磷酸化、糖基化或?；恍揎棧岣咂浠钚?。Apollinaire Tsopmo利用合成肽證明了肽段清除自由基活性可以通過在肽鏈的N末端添加Trp或氨基的乙?；饔脕碓鰪?，對于亞油酸自動氧化體系C-末端的酰胺化、Tyr和Try的存在可以加強肽段的活性[32]。

4 展望

近年來，應用生物技術生產(chǎn)出大量的生物活性肽并應用于食品工業(yè)加工中，調(diào)查研究表明，生物活性肽除了營養(yǎng)作用外，在人體中還能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用和生理功能，維持人體的健康。乳蛋白中的抗氧化肽和ACE抑制肽有著來源廣、無毒副作用、安全可靠等優(yōu)勢，將更容易被人們接受。

在乳蛋白中已經(jīng)鑒別出大量的抗氧化肽和ACE抑制肽，但這僅是通過體外實驗來測定，進入體內(nèi)后是否會被消化酶酶解而使活性降低還需要通過體內(nèi)實驗證明，Quiro’s等用模擬體內(nèi)環(huán)境的實驗來驗證LHLPLP和LVYPFPGPIPNSLPQNIPP肽段在體內(nèi)是否仍然具有高效的抗高血壓活性，結果發(fā)現(xiàn)LHLPLP具有高效的抗高血壓活性，而LVYPFPGPIPNSLPQNIPP被消化酶酶解活性降低[23]，因此我們需要對生物活性肽進行更深入的研究。

生物活性肽具有多種生理功能，引起了人們極大的關注，我們期待它能針對各種疾病人群發(fā)揮生理活性，治療心血管、癌癥、高血壓和肥胖癥等疾病。同時，乳蛋白生物活性肽可以通過飲食來預防、控制、甚至是治愈某些疾病，因此，生物活性肽的應用和發(fā)展具有廣闊的前景。

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Study on relationship between the structure and bioactivity of milk-derived antihypertension peptides and antioxidant peptides

PAN Zhong-xing1，F(xiàn)ENG Zhi-biao2，*
（1.Northeast Agricultural University，College of Food Science，Harbin 150030，China；2.Application Chemistry Department of Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

TS201.2+1

A

1002-0306（2012）22-0436-05

2012-06-05 *通訊聯(lián)系人

潘忠星（1986-），女，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。