蛋白质的抗氧化活性和肽外文翻译资料

 2022-07-17 14:34:12

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蛋白质的抗氧化活性和肽

RYAN J. ELIAS, SARAH S. KELLERBY, and ERIC A. DECKER

马萨诸塞州大学阿默斯特分校食品科学系，01003

蛋白质可以通过生物学设计的机制（如抗氧化酶和铁结合蛋白）或通过非特异性机制来抑制脂质氧化。这两种抗氧化蛋白都有助于食物的内源性抗氧化能力。蛋白质作为食品中的抗氧化剂添加剂也具有优异的潜力，因为它们可以通过多种途径抑制脂质氧化，包括活性氧的失活，清除自由基，促进过氧化物的螯合，氢过氧化物的还原，以及改变食物系统的物理性质。

蛋白质的总抗氧化活性可以通过破坏其三级结构来增加，以增加可清除自由基并螯合促氧化金属的氨基酸残基的溶剂存取能力。通过水解反应产生肽似乎是形成蛋白质抗氧化剂的最有希望的技术，因为肽具有比完整蛋白质高得多的抗氧化活性。虽然蛋白质和肽类作为食物抗氧化剂具有优异的潜力，但是需要解决诸如变应原性和苦味异味以及它们改变食物质地和颜色的能力等问题。

关键词：蛋白质氧化，食物乳化，抗氧化剂，脂质氧化

介绍：

食物中的氧化反应导致质量属性如风味，香味，质地和颜色的恶化。影响食物质量的氧化反应的主要目标是脂质和蛋白质。在脂质中，这些反应通常涉及导致形成脂质氢过氧化物的自由基途径，其在促氧化剂存在下最终分解为低分子量羰基。这些羰基与腐臭气味相关，并可与诸如蛋白质等化合物相互作用以改变功能。然而，自由基机制也参与蛋白质氧化。迄今为止，文献中有大量证据表明蛋白质内单个氨基酸残基的氧化，特别强调含有硫或芳族R基团的那些残基（Davies,2005;戴维斯，2005年；埃尔南德斯-莱德斯马等人,2005;Levine和Stadtman,2001;Stadtman和Levine,2001; Stadtman和Levine，2003;Stadtman等人，2003）。

近年来，许多研究已将蛋白质氧化与多种人类疾病（包括糖尿病）联系起来（Dean等,1997; Hicks等,1988; Wolff和Dean,1987），动脉粥样硬化（Dean等,1997;Parhami等,1993）和神经解构剂（Dyrks等,1993;Smith等，1991;Smith，1992）。例如，已经提出，阿尔茨海默病的症状归因于聚集的淀粉样蛋白beta;-蛋白质的聚集，因为氧化反应引起的脑中的神经原纤维缠（Butterfield,2002;Nunomura等，2001.Shringarpure等，2000年; Varadarajan等人，2000）。此外，阿尔茨海默病脑组织中蛋白质羰基含量高于年龄匹配的对照组（Dean等，1997; Dyrks等，1993），这表明蛋白质氧化在疾病患者中更普遍。越来越多的证据表明，蛋白质易受氧化影响，这表明自由基可能对食物中的蛋白质和脂质都有负面影响。然而，如果蛋白质可用于抑制氧化反应，从而保护氧化不稳定的脂肪酸，蛋白质与食品中自由基相互作用的能力也可导致开发新的抗氧化剂技术.虽然许多蛋白质具有抗氧化潜力，但应该认识到，一些蛋白质如血红蛋白和脂氧合酶是促氧化性的。 本文的其余部分将重点讨论可用于抑制氧化反应的蛋白质。

食物的氧化稳定性与抗氧化和促氧化因子之间的平衡有关。从中获得食物的生物组织含有许多抗氧化剂体系，以维持抗氧化剂/促氧化剂平衡而有利于抗氧化保护，从而保护这些组织免受氧化损伤。这些抗氧化剂体系包括使活性氧种类失活的自由基清除剂（例如抗坏血酸和生育酚），金属螯合剂（例如有机酸）和酶（例如过氧化氢酶和超氧化物歧化酶）。然而，非酶蛋白质也有助于生物组织的抗氧化能力.例如，估计血液蛋白提供10-50％的血浆过氧自由基捕获活性（Frei等，1998; Wayner 1987）。

尽管通常控制健康生物组织中的抗氧化剂-促进剂平衡以提供抗氧化环境，但在食物中并非总是如此。食品加工操作通过引入氧气（例如研磨，混合和均化操作），去除天然抗氧化剂（例如炼油的物理和化学分离步骤），内源性抗氧化剂的破坏（例如抗氧化酶的热灭活）来增加氧化应激，以及增加促氧化因子（例如产生单线态氧的光照和释放蛋白质结合的过渡金属的热处理）。增加氧化应激的另一个因素是目前将氧化不稳定的不饱和脂肪酸如omega;-3脂肪酸掺入食品中以有益于消费者健康的趋势。

可用于食品的抗氧化干预策略的数量是有限的，并且随着消费者对”全天然”产品需求的增加可能会下降。新的抗氧化技术显然是需要的。蛋白质抑制脂质氧化的能力使其成为生产食品的生物组织抗氧化防御的重要组成部分。因此，通过保护内源性抗氧化酶，通过改变蛋白质结构来增强食物中天然存在的蛋白质的活性，通过基因工程引入抗氧化蛋白质，或者通过使用蛋白质或肽来增加食物的氧化稳定性，抗氧化活性作为食品添加剂。通过利用蛋白质的抗氧化特性，制造商可以有一个额外的工具来提高食品的氧化稳定性。然而，使用蛋白质抑制脂质氧化可能受到蛋白质影响质地（通过胶凝和粘度增强），颜色（通过光散射和美拉德褐变产物的形成）和风味（作为风味反应物和苦味 化合物，例如肽）。

蛋白质氧化反应

与大多数生物来源的大分子（例如脂质，碳水化合物，DNA）一样，蛋白质对氧化修饰敏感（Davies和Dean，1997）。活性氧自由基（ROS）和自由基的种类繁多，能促进体内和食物中的蛋白质氧化，这些反应性物质由许多途径产生，这些途径可能包括辐射过程（如gamma;-射线，x-射线，紫外线辐射），空气污染物，金属催化的氧化反应，脂质氧化以及电子传输产生ROS （Davieset等，1997; Dean等，1997; Levine等，2001; Stadtman和Berlett，1997）蛋白质的氧化通常导致氨基酸R基团的修饰，尽管在某些氧浓度下蛋白质的聚合和/或断裂反应也是可能的。例如，当牛血清白蛋白（BSA）在没有氧的情况下被羟基自由基氧化时，观察到广泛的蛋白质交联，而在存在氧的情况下，蛋白质尺寸的改变仅在有限程度上发生（Dean等人，1997年）。取代主链碳的氢原子可以导致肽键的碎裂（Davies等，1997; Viljanen等，2005）。

给定氨基酸残基对自由基攻击的氧化敏感性主要由其功能性R-基团（侧链）决定；然而，溶剂可及性和邻位残基的化学性质也是重要的（Davieset等，1997; Levine等，1996）。尽管所有20种生物衍生的氨基酸都具有潜在的可氧化性，但最具活性的氨基酸倾向于含有亲核含硫侧链（半胱氨酸和甲硫氨酸）或芳香侧链（色氨酸，酪氨酸和苯丙氨酸） 氢容易从中抽象出来。组氨酸的含咪唑侧链也是氧化不稳定的。给定氨基酸的氧化修饰可以产生多种产物。由游离氨基酸半胱氨酸，甲硫氨酸，色氨酸，酪氨酸，苯丙氨酸和组氨酸形成的最常见的氧化产物以及它们各自的形成机制总结在表1中。

据信游离氨基酸的氧化化学与在肽或蛋白质中的氨基酸上检测到的产物非常相似（Davies等，1997）。然而，一旦氨基酸残基被氧化，就会发生自由基转移反应（例如从一侧链到另一侧的转移损伤）。自由基从一个氨基酸残基到另一个氨基酸残基的分子内转移很大程度上取决于蛋白质的物理结构。对于具有一个色氨酸（位置25）和一个酪氨酸（位置29）的神经毒素，在两个侧链之间观察到erabutoxin b的情况下，尽管事实上这些残基仅相隔1.3nm（Butler等人 1982;Davieset等人，1997; Prutzer等，1982）。这归因于erabutoxin b的特别严格的性质，由于存在四个二硫键，其具有相对不灵活的三级结构（Davies等人，1997）。二硫键的化学还原使得蛋白质采取更灵活的构象，并且Trp25和Tyr29交换基团的速率损伤被发现伴随增加（Prutz等人，1982）。

自由基攻击氨基酸侧链的选择性与氧化损伤的能量成反比。例如，高度反应性的羟基能够攻击任何氨基酸残基的侧链，因此被认为是非选择性的。在存在高能自由基的情况下，侧链损伤通常是产生自由基的地方的物理位置的函数（即与自由基产生位点最接近的氨基酸被氧化）相反，在含有较低能量自由基物质的体系中，最不稳定的氨基酸侧链（半胱氨酸，甲硫氨酸，色氨酸，酪氨酸，组氨酸和苯丙氨酸）比非反应性脂肪族残基氧化更频繁（Davies等，1997）。通常在氧化的食物脂质中观察到过氧化氢自由基。这些自由基物质具有相对于羟自由基的低至中等还原电位值（E 0asymp;1000，p H 7）（在p H 7时E 0 = 2310）（Buettner，1993）。因此，氢过氧基自由基在攻击反应性侧链方面比羟基自由基更有选择性。蛋白质与自由基和ROS相互作用的事实表明，如果它们优先被氧化成不饱和脂肪酸，它们可以保护脂质免受氧化。如果可用氨基酸比不饱和脂肪酸更易氧化不稳定，或者如果蛋白质的物理位置将其置于自由基或ROS生成位点附近，蛋白质能够快速清除自由基，则可以优先氧化蛋白质 在基团迁移到脂质之前。

蛋白质的氧化可以通过多种方法在生物组织和食物中检测到。这些包括电子顺磁共振（EPR），蛋白质片段化和/或聚合速率，蛋白水解易感性的变化以及特定氨基酸氧化产物的检测（Stadtman和Levine，2003）。许多氨基酸氧化产物含有可以通过分光光度法容易测量的羰基衍生物（Requena等，2003）。在活体组织中，蛋白质羰基化合物随着氧化应激和年龄而增加（Stadtman，2006）。蛋白质羰基化合物也在肉类和乳制品中检测到，表明蛋白质在食品加工和储存过程中发生氧化（Srinivasan等，1996，Fedele and Bergamo，2001; Stagsted等，2004; Salminen等，2006）。蛋白质羰基化合物也在肉类和乳制品中检测到，表明蛋白质在食品加工和储存过程中发生氧化（Srinivasan等，1996，Fedele and Bergamo，2001; Stagsted等，2004; Salminen等，2006）。不幸的是，许多这些研究没有提到脂质和蛋白质氧化的相对动力学。因此，目前还不清楚蛋白质是否能保护脂质，或者脂质是否会导致脂质过氧化蛋白质的氧化。

添加到食物中的蛋白质和肽的抗氧化活性

有几项研究证明了蛋白质抑制食物中脂质氧化的能力。来自牛奶，血浆和大豆蛋白质的蛋白质都显示在肌肉食物中表现出抗氧化活性（表2）。猪血浆（2.5％）含有抗氧化蛋白，如血清白蛋白和转铁蛋白，并且可以阻止盐渍猪肉（Faraji等，1991）和熟牛肉（Shantha）中硫代巴比妥酸反应物（TBARS）的形成 和Decker，1995）。乳清蛋白浓缩物在熟牛肉中具有抗氧化作用（Shantha and Decker，1995），而乳清和大豆蛋白抑制含2％蛋白质的熟猪肉馅饼中的脂质氧化（Pena-Ramos and Xiong，2003），大豆蛋白分离物比乳清蛋白。还发现乳清蛋白抑制水包油乳剂中的脂质氧化（Taylor和Richardson，1980;Allen和Wrieden，1981a和b; Donnelly等，1998; Tong等人，2000;埃利亚斯等人，2005）。 Park等人 （2005）发现，大豆蛋白抑制了在麦芽糖糊精稳定的冻干乳液粉末体系中干燥的二十碳五烯酸乙酯的氧化。

肽也可以抑制食物中的脂质氧化。已经表明乳清，酪蛋白，大豆和蛋黄水解产物抑制各种肌肉食物例如牛肉，猪肉和金枪鱼中的脂质氧化（Sakanaka和Tachibana，2006; Diaz等人，2005; Sakanakaet等人，2005; Pena-Ramos和Xiong，2003）。在食物中发现的内源性肽也可以作为抗氧化剂。肌肽和鹅肌肽是在骨骼肌中发现的含组氨酸的二肽，具有抗氧化特性（Chan和Decker，1994）。 在肌肉食物中添加肌肽可抑制脂质氧化并抑制肌红蛋白变色（Calvert and Decker，1992; Decker and Crum 1991）。 Park等人 （2005）发现大豆肽，明胶肽和肌肽全部抑制了封装在麦芽糖糊精中的二十碳五烯酸的冻干乙酯的氧化。

蛋白质的抗氧化机制

蛋白质可以通过生物学设计的机制（如抗氧化酶和铁结合蛋白）或通过非特异性机制抑制脂质氧化。这两种类型的抗氧化蛋白都有助于食品的内源性抗氧化能力，也可以用作潜在的抗氧化添加剂。总的来说，蛋白质的抗氧化活性是由于它们失活活性氧物质，清除自由基，螯合促氧化过渡金属，减少氢过氧化物，酶促消除特定氧化剂，以及改变食物系统的物理性质之间的复杂相互作用分离反应性物质（表3）与其他食物抗氧化剂相比，蛋白质在某种程度上是独一无二的，因为它们可以作为多功能抗氧化剂，可以抑制几种不同的脂质氧化途径。

抗氧化酶

超氧化物歧化酶向分子氧中加入电子产生相对反应性的超氧化物阴离子。超氧化物阴离子由于其能够还原过渡金属，释放蛋白质结合的金属并形成过氧自由基，其能够在酸性条件下直接催化脂质氧化（p H lt;4.8）（Decker，2002）由于超氧化物阴离子可以促进氧化反应，因此许多生物有机体使酶与超氧化物歧化酶（SOD）保持一致。SOD的同种型在活性部位含有铜加锌或锰，并且都通过以下反应催化超氧阴离子向过氧化氢的转化。

2Ominus;2 2H → O2 H2O2

过氧化物酶

氢和脂质过氧化物在氧化反应中是重要的，因为它们通常存在于可以分解形成自由基的食物中。例如，过氧化氢被过渡金属（例如Fe和Cu）还原态分解成羟基自由基，这是一种能够以扩散限制速率氧化脂质，蛋白质和大多数有机物的极其活泼的自由基。过氧化氢酶（CAT）是许多生物系统中发现的含血红素的酶，通过以下途径催化过氧化氢转化为水：

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