生物活性肽的应用研究

生物活性肽的应用研究

摘要：本文简单的介绍了生物活性肽的一些基本知识，并简单的介绍了活性肽的作用，制备方法，以及未来的发展前景，为以后充分开发生物资源提供参考资料。 关键词：生物活性肽;生理功能;制备方法;前景

Bioactive peptide application resesrch

Abstract: This article simply introduces the biological active peptide some basic knowledge, and briefly introduces the active peptide role, preparation methods, and its development in the future, for the following biological resources development fully provide reference material.

Keywords: Angiotensin-converting enzyme; Physiological function; Preparation methods; Prospect

生物活性肽自从1975年Hughes等首先报道从动物组织中发现了具有类吗啡活性的小肽以来，已经从动、植物和微生物中分离出多种多样的生物活性肽。生物活性肽的结构可以从简单的二肽到较大分子的多肽。它们具有多种多样的生物学功能，如激素作用，免疫调节、抗血栓、抗高血压、降胆固醇、抑制细菌、病毒和抗癌作用，抗氧化作用，改善元素吸收和矿物质运输、促进生长、调节食品风味、口味和硬度等等。因此，生物活性肽是筛选药物、制备疫苗和食品添加剂的天然资源宝库[16]。

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生物活性肽是指对生物机体的生命活动有益或具有生理作用的肽类化合物,又称功能肽。生物活性肽是自然界中种类极多，功能复杂的一类化合物。这些化合物从简单的二肽到复杂的线性、环形结构，有的氨基酸残基还进一步糖基化、磷酸化、乙酰化，多肽结构的复杂性和多样性反应了活性肽对细胞生理与调节代谢功能的重要性。

生物活性肽有许多生理功能:①类吗啡活性肽(神经活性肽)可起到镇痛及调节人体情绪、呼吸、脉搏、体温的作用;②具有激素或调节激素的功能,这些肽通过自身作为激素或调节激素反应而产生多种生理作用;③具有免疫活性;④做为酶的调节剂;⑤促进矿物质的吸收利用。酪蛋白磷酸肽可作为无机离子的载体促进肠膜对钙、铁、硒、锌等,尤其是钙的吸收和利用,提高动物受精能力,调节血压,还具有明显的抗蛀牙、防止钙质流失等诸多生理功能;⑥具有抗氧化作用。谷胱甘肽在体内与过氧化物酶共轭,使体内的过氧化氢和过氧化脂质还原,防止体内生成过氧化脂质、具有保护生体膜、守卫生体的作用。

本文就一些具有重要应用价值的生物活性肽的研究进展做一简要的概述。 2

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生物活性肽基本概念

生物活性肽分类

2·1 按来源分———内源性生物活性肽和外源性生物活性肽

目前,生物活性肽尚无较为一致的分类方法。按其来源可分为内源性的生物活性肽和外源性的生物活性肽两类。内源性生物活性肽即机体内存在的天然的生物活性肽,主要包括体内一些重要内分泌腺分泌的肽类激素,如促生长激素释放激素、促甲状腺素、肝脏合成的类胰岛素生长因子、胸腺分泌的胸腺肽、脾脏中的脾脏活性肽、胰腺分泌的胰岛素等;由血液或组织中的蛋白质经专一的蛋白水解酶作用而产生的组织激肽,如缓激肽、胰激肽;作为神经递质或神经活动调节因子的神经多肽;以及由昆虫、微生物、植物等生物体产生的抗菌肽。其它如阿片肽、成纤维细胞生长因子(FGF)、表皮细胞生长因子(EGF)、转化生长因子-β(TGF-β)、血小板衍化生长因子(PDGF)、角化细胞生长因子(KGF)等。外源性生物活性肽包括存在于动植物和微生物体内的天然生物活性肽和蛋白质降解后产生的生物活性肽成分,直接或间接来源于动物食物蛋白质,如动物乳汁,尤其初乳,就可直接提供多种生物活性肽,包括乳源性表皮生长因子、神经生长因子、转化生长因子和胰岛素等;动物饲料蛋白质原料,包括筋肉、牛乳酪蛋白、小麦谷蛋白、小麦醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白、大豆蛋白等在动物胃肠道消化后可间接提供多种生物活性肽;也可以进行人工合成,如风味肽、苦味肽等。外源性生物活性肽进入机体后可经磷酸化作用、糖基化作用或酰基化作用变换为多种其它形式的肽。外源性活性肽与内源性活性肽的活性中心序列相同或相似,外源性活性肽在蛋白质消化过程中被释放出来,通过直接与肠道受体结合参与机体的生理调节作用或被吸收进入血液循环,从而发挥与内源性活性肽相同的功能。

生物活性肽的来源主要有3种:(1)存在于生物体中的各类天然活性肽。(2)消化过程中产生的或体外水解蛋白质产生的。(3)通过化学方法(液相或固相)、酶法、重组DNA技术合成。活性肽合成的方法各有优缺点,方法的选择主要取决于所需肽的长短和数量。化学法广泛用于生产具有高价值的短的到中长的药理级肽,如酪啡肽和酪激肽等,但缺点是成本高,而且在反应过程中对健康和环境可能有害。重组DNA法也被广泛应用,但现在的趋势是这种方法仅限用于大肽和蛋白质的生产;许多具有营养特性的活性肽都是短肽,所以在这方面用重组DNA法是很有限的。酶法合成肽则有若干优点,其安全性极高,价廉,易于推广。因此,作为食物和饲料添加剂生产,酶法合成肽成为最佳选择。国外对生物活性肽进行了大量的基础研究,并通过应用研究将多种生物活性肽推向市场,获得了巨大的经济效益,基因工程和蛋白质工程大大推动了生物活性肽的生产和应用。我国对生物活性肽的研究主要集中在天然肽的分离、纯化上,对基因组合肽库和化学组合肽库的构建、筛选及应用才刚刚起步。 2·2 按功能分———生理活性肽和食品感官肽

从功能上来分,生物活性肽可分为生理活性肽(physiologically active peptides)和食品感官肽(peptides with sensory properties)。前者包括抗菌活性肽、免疫活性肽、抗高血压活性肽、抗氧化活性肽等。另有一些生物活性肽可能不发挥重要的生理功能,但可改善食品的感官性状,称之为食品

感官肽,包括味觉肽(甜味肽、酸味肽、苦味肽、咸味肽)、增强风味肽、表面活性肽、硬度调节肽等。

甜味肽如阿斯巴甜二肽和阿粒甜素被证明是有效的阿斯巴甜替代品,且其性质稳定,在食品工业中应用广泛。酸性肽的共同特点是由谷氨酸或天门冬氨酸这2种酸性氨基酸与其他氨基酸形成寡肽或多肽,酸性肽不仅存在于食物蛋白的降解产物中,而且也已经从牛脑和猪脑中分离得到了天然的牛酸性神经肽和猪酸性神经肽。已经证明,牛酸性神经肽具有对抗吗啡的成瘾作用,对痴呆大鼠具有治疗作用。这说明酸性肽不仅对味觉神经末梢直接发挥作用,而且也对中枢神经的学习记忆功能发挥作用。苦味肽可从很多食物中分离出来,如干酪、啤酒、可可等,并是这些食物的基本成味物质。咸味肽主要是碱性肽,可作为无钠调味剂,用于高血压等心脑血管病患者。寡聚谷氨酸在加入蔬菜和果汁时能掩盖其苦味,因此这些肽可作为加工食品风味和香味化合物的前体。另外一些C2肽可通过自身的缓冲作用增强食物的风味。

2·3 按取材分———海洋生物活性肽和陆地生物活性肽

海洋生物活性肽包括鱼类多肽、扇贝多肽、海绵多肽、海鞘多肽、海葵多肽、海藻多肽等;陆地生物活性肽包括大豆多肽、乳蛋白活性肽、麦胚活性肽、玉米蛋白肽等。国外如德国、日本较早开始了乳蛋白活性肽等的研究开发工作;我国在大豆多肽方面研究的较多,而海洋生物活性肽的研究在总体上滞后于陆地活性肽的研究。

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生物活性肽的生产制备的方法和途径有3条:①从自然界的生物体中提取其本身固有的各种天然活性肽类;②通过蛋白质降解途径可获得具有各种生理功能的活性肽;③合成的方法制备生物活性肽,包括化学合成法、酶合成法和重组DNA技术合成法。从天然生物体可提取出生物活性肽,但生物体含量很低,加工成本却很高,而且大量提取会造成物种资源的萎缩,另外提取的生物活性肽残存的有机溶剂又带来毒性问题。化学合成法常用于合成高营养价值、中等长度的医药用肽。但采用这种方法制取活性肽反应底物和反应剂价格高,反应过程中能产生有害物质。酶合成法相对有很多优点,如反应温和,酶催化位置有方向性等,但反应副产物多,最适酶缺乏及产率过低等因素都制约着它的发展。而使用DNA重组技术只能合成大分子肽类和蛋白质。对人类主要需求的具有感觉和营养价值的小肽,这种方法也受到一定限制,此外,近年来欧美等国消费者普遍反对经过基因生物工程而生产的食品。 3.1蛋白质降解途径获得活性肽

国外对蛋白质水解的研究始于100多年前,从1886年开始把蛋白质水解物应用于食品业,当时把酸水解的HVP作为调味剂添加到食品中。蛋白质水解的研究主要是针对如何改善蛋白质的加工功能

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生物活性肽的制备的方法和途径

特性如水溶性、乳化性、气泡性、热稳定性以及风味特性等。过去采用酸水解,工艺简单、成本低,但因氨基酸受损严重,水解难控制而且还存在安全问题,故而转向酶水解的方向上。

若采用酶解方法生产生物活性肽一是可以生产大量的小肽而且造价低;二是反应底物、反应剂和反应环境没有危害。酶解方法又分为单一酶的一步反应和多种酶和复合物进行底物保护和激活、底物去保护过程和激活过程的多步反应。目前最基本的方法是使用蛋白酶进行简单的水解,此种方法不仅可制取具有功能性的食品蛋白而且不会损坏其营养价值。除可释放出各种为人类所需要的生物活性肽之外,将食物降解为不同接长的肽还可以使其更加容易消化。但这种酶解法的不利方面是产品其它功能如粘性、乳化力和吸水性会受到影响。需要通过调整水解参数来改善产品的特殊性能和去除不良的味觉成分。在实际生产中,对一些特殊肽类的生产需要对反应底物、酶、反应条件作特殊的要求。

酶法水解生产活性肽,由于高效且对蛋白质营养价值破坏小,无异味,产品安全性极高,生产条件温和,可定位生产特定的肽,成本低,已成为活性肽最主要的生产方法。酶法生产活性肽工艺一般流程为:选择原料蛋白→预处理→酶解→分离→精制→成品。 3.1.1原料选择原则

根据所需生产的活性肽的氨基酸组成或结构特点来选择相应原料;选用廉价农副产品、食用工业废水及废物。开展综合利用,变废为宝,减少环境污染,降低生产成本。

近年来,为了充分利用蛋白质资源,寻找具有生理活性的多肽,对各种大宗蛋白质特别是产量大、低质量的制品或者作为废物处理的蛋白质,开展了相关的研究工作,如血液蛋白、向日葵籽蛋白、谷物蛋白、油菜籽蛋白、豌豆蛋白、海洋蛋白等3.1.2酶制剂的选择

酶的选择主要是对酶按原料蛋白组成与酶的专一性进行筛选,也可根据活性肽的结构,应用酶工程生产高活性特定酶。由于单一酶系往往转化效果不佳,采用复合酶系降解作用较好。尽管合适的生物催化剂的有效性依然是个问题,但胰蛋白酶、!—胰凝乳蛋白酶、木瓜蛋白酶等已常常用于生物活性肤的制取,如血管紧张素、雨蛙肤、脑啡肤、催产素和强啡肽等3.1.3蛋白酶解工艺的研究

对蛋白酶解工艺主要集中在4个方面:①对新开发的蛋白质资源的酶解工艺研究以求获得最优的加工的功能特性产物为食品工业提供新的添加剂和配料。②利用新的水解蛋白酶制备出肽分子量分布比较集中的水解物,有人通过水解工艺的改进,且乳清蛋白水解物的肽分子量分布基本集中在7 500～8000Da和4 000～4 500Da两部分。③通过水解工艺的改善,进一步提高生物活性肽的得率,并从不同的蛋白质来源获得具有相同功效的生物活性肽,如:ACE抑制因子,其蛋白资源很多,可以从动物蛋白(乳蛋白、血蛋白、鱼蛋白等)获得,也可以植物蛋白(大豆蛋白、谷物蛋白等)制备出来。④新式的酶

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解工艺的研究,例如,把酶解与膜分离技术结合在一起,形成连续式的水解工艺

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4·1 抗菌活性

生物活性肽的生理功能

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抗菌活性肽常见于从动物、植物、微生物体内分离或免疫昆虫获得,多数是50个氨基酸以下的碱性或正离子肽,富含赖氨酸和精氨酸。具有亲水性和亲脂性,亲水性使其溶于体液,亲脂性使其与细菌细胞膜结合,使敏感细菌的细胞膜下形成小孔,致使细胞泄漏,导致生长受抑直至死亡。从乳链球菌中提取出来的乳链球菌素是目前唯一被允许使用于食品防腐且对人体安全的天然防腐剂。从乳铁蛋白中分离出来的抗菌肽具有拮抗产肠毒素大肠杆菌和李斯特杆菌的作用。抗菌肽在体内还不容易产生耐药性,因此有着广泛的应用前景。 4·2 免疫活性

Jolles等从酪蛋白的降解物中分离出的免疫活性肽,能激活巨噬细胞的吞噬功能。Berthou等从人乳酪蛋白的消化物中获得的六肽和三肽,可以通过鼠巨噬细胞激活绵羊红血细胞的吞噬作用。可提供免疫活性肽的食物源有大豆蛋白。这些免疫活性肽可与肠粘膜结合淋巴组织相互作用,而且也可以自由通过肠壁而直接与外周淋巴细胞发生作用。胸腺肽作为一种免疫因子已应用于医学临床、在抗感染、免疫缺乏症的治疗上,获得可喜成果。 4·3 抗氧化作用

抗氧化肽存在于动物肌肉中的肌肽,可在体外抑制被铁、血红蛋白、脂质氧化酶和单态氧催化的脂质氧化作用。某些肽和蛋白水解物可起着重金属清道夫作用和过氧化氢分解促进剂的作用,因而可降低自氧化速率和减少脂肪过氧化氢含量。抗氧化活性肽添加于肉制品中可预防氧化型脂肪酸败,作为防腐剂在食品和动物饲料中有广阔的应用前景。 4·4 抗高血压活性

抗高血压肽主要是通过抑制血管紧张素-Ⅰ转换酶,进而影响肾素-血管紧张素-醛固酮系统来实现对血压影响的。一般认为,抗高血压肽的C末端的Pro、Phe和Tyr或序列中含有的疏水氨基酸是维持高活性所必需的。对二肽来说,N未端的芳香氨基酸与血管紧张素的结合是最有效的。已知的抗高血压肽大致上有4种来源:来自乳蛋白的肽类;来自酸乳的肽类;来自鱼贝类(沙丁鱼、金枪鱼)的肽类;来自植物的肽类(玉米醇溶蛋白、无花果)等。 4·5 降胆固醇作用

研究发现,大豆多肽具有降低血清胆固醇的作用,与大豆蛋白相比具有特殊的优点。对于胆固醇值

正常的人,没有降低胆固醇的作用,而对于胆固醇值高的人具有降低胆固醇的作用;对胆固醇值正常的人,食用高胆固醇含量的食品时,有防止血清胆固醇值升高的作用;使胆固醇中LDL、VLDL值降低,但不会使HDL值降低。大豆多肽的降胆固醇作用主要是通过刺激甲状腺激素分泌,促进胆固醇的胆汁酸化,使粪便排泄胆固醇增加,从而降低血液胆固醇。 4·6 结合矿物质

酶解酪蛋白获得的肽可结合和运输二价矿物质离子,如乳蛋白是矿物质结合肽的主要来源。牛乳蛋白中含有磷酸肽,其活性中心是磷酸化的丝氨酸和谷氨酸簇,矿物质结合位点存在于这些氨基酸带负电的侧链。在中性和碱性pH时(肠道),酪蛋白磷酸肽(CPP)通过磷酸丝氨酸与钙、锌、铁等离子结合,由小肠肠壁细胞吸收后再释放进入血液,从而避免了这些离子在小肠的中性和偏碱性环境中沉淀,促进了它们的吸收。动物实验和人群研究也表明,CPP有促进骨骼和牙齿发育,预防和改善龋齿、佝偻病、骨质疏松等作用,并已上市。 4·7 促生长作用

促生长肽能促进细胞的生长分化,如大豆蛋白的酶解物可刺激细菌的生长,特别是乳酸菌族的生长;从鸡蛋中提取的肽能促进细胞的生长和DNA的合成;动物循环中存在外源组织蛋白合成促进肽。 4·8 抗血栓作用

研究人员从北美水蛭中发现一种由39个氨基酸残基组成的肽,可竞争性地抑制纤维蛋白原与血小板表面的受体(GPⅡb)与Ⅲa结合,从而具有抗血小板聚集的功能和阻断血栓的最终生成。Jolles等发现,源于牛γ-酪蛋白的Casoplatelin C11肽可抑制腺苷酸二磷酸诱导的血小板凝集及其与纤维蛋白原结合的作用。抗血栓肽的发现和进一步的开发利用将为血栓类疾病的预防和治疗提供了新的手段。

4·9 抑制肿瘤转移

某些小肽(如Arg-Gly-Asp、Leu-Asp-Val、Tyr-Ile-Sly-Ser-Arg)在肿瘤转移中起重要作用,人工合成含有这些氨基酸序列的外源性生物活性肽可以与细胞外基质(ECM)、纤维蛋白竞争细胞和血小板表面的整合素等分子,干扰肿瘤细胞-ECM的相互作用,抑制血小板瘤栓形成及肿瘤血管生成,达到抑制肿瘤转移的目的

4·10 其他功能

从恬楼根部提取到1个C3肽(Gly-Leu-Gln),能杀死艾滋病病毒且对正常细胞无影响,现已进入临床实验阶段。茜草中存在着一组高效低毒的抗癌活性环己肽,已得到6个单体。我国研究人员从小红参中得到1个环己肽,其基本母核与茜草环己肽类似。

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随着社会和经济的迅速发展以及生活水平的不断提高,人们的消费趋势越来越趋向具有合理营养和保健功能的食品。同时随着生活节奏的加快,竞争和精神压力的加重,人们亦需要保健食品来提高工作效率和生活质量,因而具有调节机体机能、预防疾病和促进健康的保健食品就应运而生,并且迅速发展起来。由于生物活性肽具有这方面的功能,故可作为功能性食品基料,添加到各类食品中,开发出具有一定生理功能的保健食品,如低抗原食品、促钙吸收食品、降血压食品、醒酒食品、运动食品、婴儿食品等一系列产品

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应用前景及展望

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构成蛋白质的氨基酸有20种,由它们排列组合形成的肽是无穷的。如果由20个氨基酸构成1个二十个氨基酸残基的肽,那么20种氨基酸参与构成的肽的异构体可多达2020(1·048×1026)个。这是一个惊人的数字。再者,生物界存在的氨基酸已经超过100种,绝大多数不出现在蛋白质中,仅存在于某些小肽中。如果将它们计算在内,再加上20种氨基酸的不同组合以及对氨基酸和肽的各种修饰,肽的品种还可增多

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。因此生物活性肽的资源非常广大。天然蛋白质分子量很大,但活性部位很小,

往往是一段小肽或一、二个氨基酸就能体现其活性。现在发现的很多生物活性肽与蛋白质的活性部位的氨基酸序列是相同的。另外,小肽还具有无抗原性和易于吸收及透过血脑屏障的优点。因此,它们具有作为药物的有利条件。目前,筛选生物活性肽的核心问题是如何从大量的肽“海洋”中检测到有特定生物学活性的肽成分,进而分离出这一活性肽成分并大量制备它们,将它们研制成新药或其它肽制品以造福人类。化学组合肽库和基因组合肽库的建立将最终实现人类的这一宏伟目标。总之,生物活性肽是一座宝库,有待于人类去发掘。它必将为人类的健康事业做出越来越大的贡献。

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