鄧惠玲,劉 嘉,陳光鏡,闞建全,*
(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,重慶400715;2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室(重慶),重慶400715)
血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(The angiotensin I-converting enzyme,ACE)是一種二肽基肽酶,在血壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用。ACE一方面通過水解作用,使不具有催化活性的血管緊張素Ⅰ成為具有促進(jìn)血管收縮作用的血管緊張素II;另一方面通過降解作用,使具有舒張血管緊張作用的舒緩肌肽失活[1]。ACE酶活性過高會導(dǎo)致高血壓病的產(chǎn)生,因此需要服用ACE抑制劑。一些合成的ACE抑制劑,如卡托普利、賴諾普利、卡托普利等被用來治療高血壓和心血管疾病,降壓效果顯著。但是研究發(fā)現(xiàn),長期使用這些合成抑制劑會導(dǎo)致近44%的病人出現(xiàn)諸如咳嗽、皮疹、味覺失調(diào)等副作用[2]。Ferreira[3]首次在美洲矛頭蝮的毒液中發(fā)現(xiàn)ACE抑制肽,此后,食源性ACE抑制肽受到眾多學(xué)者的關(guān)注,被認(rèn)為是最有希望取代合成ACE抑制劑的天然活性物質(zhì)[4]。近年來,從各種食物蛋白質(zhì)中分離純化出許多ACE抑制肽,如Anne等[5]從牛奶中分離純化出了a-1a f105-110,β-lg f9-14,f15-20,as1-cn f142-147,f157-164,f194-199,β-cn f108-113,f177-183和193-1989多肽。Hiroyuki等[6]從鰹魚肉中分離純化出Leu-Lys-Pro-Asn-Met五肽。Daodong等[7]從脫脂牛奶中分離純化出Val-Pro-Pro三肽。Zhao等[8]從海參中分離純化出Glu-Asp-Pro-Gly-Ala五肽。Wang等[9]從牡蠣中分離純化出Val-Val-Tyr-Pro-Trp-Thr-Gln-Arg-Phe九肽。Hee等[10]從阿拉斯加州鱈魚皮中分離純化出Gly-Pro-Leu三肽。ACE抑制肽的降血壓活性與其純度密切相關(guān),目前肽類的分離純化方式主要包括大孔樹脂[11]、凝膠色譜[12]、離子交換色譜[13]、疏水相互作用色譜[14]、高效液相色譜[15]等。本研究以豬血血紅蛋白的胃蛋白酶水解液為原料,使用大孔吸附樹脂DA201-C和葡聚糖凝膠Sephadex LH-20對其進(jìn)行初步分離,并對初步分離后具有較高ACE抑制活性的組分進(jìn)行理化性質(zhì)研究,旨在為豬血紅蛋白ACE抑制肽的工業(yè)開發(fā)利用提供參考依據(jù)。
豬血血紅蛋白粉 實驗室自制;血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)(純度2~6U/mg)、馬尿酰-組胺酰-亮氨酸(HHL) Sigma公司;Pepsin胃蛋白酶(酶活20萬U/g) Sigma公司;胰蛋白酶(酶活1萬U/g)、胰凝乳蛋白酶(酶活1萬U/g) 南寧東恒華道生物科技有限公司;Sephadex LH-20 美國GE公司;DA201-C大孔樹脂(孔徑0.315~1.25) 滄州寶恩化工有限公司。
ALPAAI-4LSC型真空冷凍干燥機(jī) 德國Chris公司;1-15PK型冷凍離心機(jī) SIGMA公司;LC-20AD型高效液相色譜儀 日本島津公司;DBS-100型電腦全自動部分收集器 上海滬西分析儀器廠;HL-2型恒流泵 上海滬西分析儀器廠;UV-2450PC型紫外可見分光光度計 SHIMADZU。
1.2.1 豬血紅蛋白酶解液的制備[16]取25g豬血紅蛋白粉,加入蒸餾水(502mL),配制成4.98%(m/v)底物,以HCl(1mol/L)調(diào)節(jié)底物pH至1.98,再按照胃蛋白酶∶豬血血紅蛋白粉為3∶100(w/w)的比例加入胃蛋白酶進(jìn)行水解,37.6℃酶解,以HCl維持反應(yīng)體系的pH恒定。水解4h后,100℃水浴10min滅酶,流水冷卻至37℃,以10000r/min,5℃離心10min,收集上清液,真空冷凍干燥后備用。
1.2.2 豬血紅蛋白ACE抑制肽的純化實驗
1.2.2.1 大孔樹脂DA201-C的分離實驗[17]在室溫下,將大孔樹脂浸泡于95%乙醇中24h,使其充分溶脹;然后用無水乙醇淋洗至220nm處無吸收峰;再用蒸餾水洗至無乙醇味。接著浸泡于5倍體積的5%NaOH中8h,用蒸餾水洗至pH為7;最后浸泡于5倍體積的5%HCl中8h,用蒸餾水洗至pH為7,備用。在層析柱中裝滿預(yù)處理好的大孔吸附樹脂DA201-C(2.6cm×50cm),濕法上柱;將濃度為45mg/mL的豬血紅蛋白多肽溶液30mL以0.5mL/min的流速流經(jīng)層析柱,用紫外檢測器檢測流出液在280nm處的吸光度(A280nm),以A280nm≥0.05時停止上樣。將500mL的75%(v/v)的乙醇以1.0mL/min的流速流經(jīng)層析柱,以A280nm≥0.05時停止上樣。收集洗脫液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后真空冷凍干燥,備用。并進(jìn)行ACE抑制活性的測定和脫鹽率[18]測定。
式中,A1為脫鹽前樣品中的灰分;A2為脫鹽后樣品中的灰分。
1.2.2.2 葡聚糖凝膠Sephadex LH-20的分離實驗[19]在室溫下將葡聚糖凝膠LH-20浸泡于55%乙醇中24h后,使其充分溶脹;然后用去離子水洗至無乙醇味,溶脹24h。0.2mol/L的HCl中浸泡12h,用去離子水洗至中性,備用。
在層析柱中裝滿預(yù)處理好的葡聚糖凝膠Sephadex LH-20(1.6cm×100cm),濕法上柱;取0.5g 1.2.2.1中的洗脫組分作為純化樣品溶于10mL超純水中配成50mg/mL的上樣濃度;以去離子水為洗脫劑,流速為0.2mL/min在280nm處檢測吸光度,收集不同組分真空冷凍干燥,備用。
1.2.3 ACE抑制活性的測定[20]在試管中依次加入1000μL硼酸鹽緩沖溶液(pH 8.3,0.2mol/L)、200μL酶解液以及10μL ACE,把以上混合液放入37℃恒溫水浴中保溫5min,再加入50μL5mmol/LHHL(pH8.3,0.3mol/L NaCl)于37℃中恒溫30min,加入100μL 1mol/L HCl終止反應(yīng),至室溫,取5μL反應(yīng)產(chǎn)物過0.45μm水相膜處理后進(jìn)樣,通過反相高效液相色譜洗脫圖譜定量馬尿酸的生成量,從而計算ACE抑制肽的抑制率,ACE抑制率計算公式如下:
式中,A1為不存在ACE抑制肽時的峰面積;A2為存在ACE抑制肽時的峰面積。
色譜條件:高壓液相色譜系統(tǒng):SHIMADZU LC-20AD;檢測器:SPD-M20A;色譜柱:SHIMADZU VPODS 4.6mm×150mm;洗脫液為乙腈:超純水(24:76,v/v);洗脫液流速:0.4mL/min;檢測波長:228nm,進(jìn)樣量:5μL。
半數(shù)抑制濃度(IC50):指當(dāng)抑制率為50%時,所需抑制劑的質(zhì)量濃度(mg/mL)計算方法為:檢測多個質(zhì)量濃度梯度下ACE抑制肽的抑制率,通過SPSS軟件的概率系統(tǒng)(Probit)分析獲得IC50值。
1.2.4 豬血紅蛋白ACE抑制肽的理化性質(zhì)實驗
1.2.4.1 豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的溶解性實驗[21]取0.5g經(jīng)Sephadex LH-20分離得到的組分α-Ⅱ,加入30mL去離子水中,以1mol/L HCl和1mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH2.0~10.0,室溫下50r/min攪拌1h;9000r/min離心20min,取上清液測定其中的蛋白質(zhì)含量[22],公式如下:
式中,M1為樣品的質(zhì)量;M2為上清液中的肽含量。
1.2.4.2 豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的模擬消化道環(huán)境穩(wěn)定性實驗[23]取0.1g經(jīng)Sephadex LH-20分離得到的組分α-Ⅱ用去離子水配成1mg/mL的溶液(樣品溶于0.1mol/L的KCl-HCl緩沖液,pH2.0)中,以1mol/L HCl調(diào)節(jié)pH到2.0,加入胃蛋白酶∶ACE抑制肽(α-Ⅱ)為1∶100(w/w)的比例加入胃蛋白酶于37℃下水解4h。反應(yīng)結(jié)束后將其置于100℃水浴10min滅酶;并以1mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH至7.0,取50mL水解液在5000r/min下離心15min,測定上清液的ACE抑制活性。在剩余的50mL水解液中再加入胰蛋白酶∶胰凝乳蛋白酶∶ACE抑制肽(α-Ⅱ)為1∶1∶100(w/w/w)的比例加入胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶于37℃下水解4h。反應(yīng)結(jié)束后將其置于100℃水浴10min滅酶。再取適量水解液于5000r/min離心15min,測定上清液的ACE抑制活性。
1.2.4.3 豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的熱穩(wěn)定性實驗[24]取0.1g經(jīng)Sephadex LH-20分離得到的組分α-Ⅱ用去離子水配成1mg/mL的溶液,以1mol/L HCl和1mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH7.0,分別置于溫度為25、35、45、55、65、75、85、95℃下水浴2h,再測定其ACE抑制活性。
1.2.4.4 豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的pH實驗[25]取0.1g經(jīng)Sephadex LH-20分離得到的組分α-Ⅱ用去離子水配成1mg/mL的溶液,調(diào)節(jié)HAc-NaAc緩沖溶液的pH為2、3、4、5、6、7、8、9、10,室溫放置2h,再測定其ACE抑制活性。
1.2.4.5 豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的鹽穩(wěn)定性實驗[26]取0.1g經(jīng)Sephadex LH-20分離得到的組分α-Ⅱ分別溶于0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mol/L的NaCl溶液中,濃度為1mg/mL,室溫放置2h,再測定其ACE抑制活性。
1.2.5 數(shù)據(jù)處理方法 實驗數(shù)據(jù)均是經(jīng)過3次平行實驗得到的平均值,并計算其誤差,SPSS18.0分析數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性,Simaplot10軟件作圖。
圖1 Sephadex LH-20分離豬血紅蛋白ACE抑制肽的HPLC圖譜Fig.1 HPLC chromatograms of ACE inhibitory peptides from porcine hemoglobin separated after Sephadex LH-20
表1 不同分離方法得到的分離組分的ACE活性抑制比較Table 1 Comparison of inhibition of ACE activity of fractions prepared by different separation methods
從表1和圖1可知,與酶解原液相比,分離后的組分IC50差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)過大孔樹脂DA201-C分離的組分ACE抑制活性明顯提高,其IC50為0.87,脫鹽率為94.52%;再經(jīng)過葡聚糖凝膠Sephadex LH-20的分離,洗脫出3個組分,各個組分的ACE抑制活性與經(jīng)過大孔樹脂DA201-C分離的組分相比也均有提高;其中組分α-Ⅱ的抑制活性最強(qiáng),IC50為0.21。根據(jù)凝膠過濾色譜的分離原理,分子量大的組分先出峰,分離量小的分子后出峰,由此可知,其分子量大小順序為:α-Ⅰ<α-Ⅱ<α-Ⅲ。
圖2 豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的溶解性Fig.2 Solubility of ACE inhibitory peptides from porcine hemoglobin(α-Ⅱ)
從圖2可知,豬血紅蛋白ACE抑制肽α-Ⅱ的溶解性在pH7附近最低,溶解度僅為50.37%。而升高或降低pH,其溶解度均有所提高。這可能是由于血紅蛋白ACE抑制肽α-Ⅱ是由不同氨基酸組成的短肽,該短肽的等電點位于pH7附近。因此,在這個范圍內(nèi),分子間沒有作用力,容易聚集,導(dǎo)致溶解度降低;加入酸或堿以后,氨基酸與酸或堿結(jié)合,分子間電荷互相排斥,不易聚集,繼而溶解度變大。
表2 消化酶對豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)活性的影響Table 2 Effect of digestive enzyme on the activity of ACE inhibitory peptide(α-Ⅱ)from porcine hemoglobin
從表2可知,豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)經(jīng)消化酶水解后ACE活性變化不大。跟空白組比較,胃蛋白酶水解后組分的IC50變化不明顯,差異不顯著(p>0.05),這說明胃蛋白酶對豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的活性影響非常小;經(jīng)胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶水解后的組分的IC50增加了4%,這可能是因為胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶水解了少部分多肽,打斷了某些具有活性的肽段,從而降低了豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的活性。
由圖3可知,豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)在不同溫度下水浴2h后,其ACE抑制活性差異顯著(p<0.05)有一定的變化。隨著溫度的升高,豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的IC50也逐漸增大。當(dāng)溫度在25~55℃時,豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的活性無顯著變化(IC50:0.20~0.25);繼續(xù)升高溫度,豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的IC50也迅速增大,當(dāng)溫度達(dá)到95℃時,其IC50增大到1.93mg/mL。由此可知,高溫對豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的活性影響較大。
圖3 溫度對豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)活性的影響Fig.3 Effect of temperature on the activity of ACE inhibitory peptide(α-Ⅱ)from porcine hemoglobin
圖4 pH對豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的ACE抑制活性的影響Fig.4 Effect of pH value on the activity of ACE inhibitory peptide(α-Ⅱ)from porcine hemoglobin
從圖4可知,當(dāng)pH在2~7之間時,豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的活性變化幅度很小,豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的IC50維持在0.21mg/mL附近。當(dāng)pH大于7時,其IC50值迅速增大;當(dāng)pH為10時,其IC50增大為0.37mg/mL。由此可知,豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)在中性和偏酸性的條件下比較穩(wěn)定。
在胃蛋白酶水解豬血紅蛋白的過程中,需要不斷地加入HCl和NaOH維持體系的pH恒定不變。酶解液在經(jīng)過DA201-C大孔樹脂脫鹽后,其ACE抑制活性有了明顯提高。從圖5可知,當(dāng)NaCl濃度為0.2~0.6mol/L時,豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的IC50均在0.20~0.21mg/mL的范圍內(nèi)小幅波動;當(dāng)NaCl濃度超過0.6mol/L時,其IC50迅速增大;當(dāng)NaCl濃度為1.2mol/L時,IC50為0.33mg/mL。由此可知,在濃度低于0.6mol/L的NaCl溶液中豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的活性變化小,但當(dāng)其濃度較高于0.6mol/L時,就會顯著降低豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的活性。由此可以進(jìn)一步證明使用DA201-C大孔樹脂對其脫鹽作用是很明顯的。
圖5 NaCl濃度對豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)的ACE抑制活性的影響Fig.5 Effect of NaCl concentration on the activity of ACE inhibitory peptide(α-Ⅱ)from porcine hemoglobin
3.1 豬血紅蛋白的胃蛋白酶水解液經(jīng)大孔樹脂DA201-C和葡聚糖凝膠Sephadex LH-20的初步分離后,其ACE抑制活性具有明顯提高,與酶解原液相比,其IC50最大下降了86%。
3.2 豬血紅蛋白ACE抑制肽(α-Ⅱ)在pH7時溶解度最小,為50.37%;經(jīng)消化酶水解后ACE抑制活性變化不大;在溫度為25~55℃時,ACE抑制活性波動不明顯;在中性和偏酸性的條件下比較穩(wěn)定,在NaCl濃度小于0.6mol/L時,ACE抑制活性較穩(wěn)定。
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