海洋藻类蛋白质生物功能的研究资料下载.pdf
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2014-08-14基金项目:
山东省自然科学基金资助项目(2006ZRB01257)。
作者简介:
夏亚穆(1974),男,博士,副教授,研究方向为生物活性物质的提取、分离及合成。
海藻和微藻是一个多元化具有光合作用的海洋生物,是具有生物功能的蛋白质。
生物功能肽或生物活性肽被用作为模拟激素或药物类似物。
藻类蛋白质可能具有某些药理活性,如抗氧化性、抗高血压活性、抗凝血活性、增殖抑制活性和免疫刺激活性。
本文主要介绍海洋藻类蛋白质作为未来的功能性食品或保健品、医药以及药妆品的应用。
1藻类蛋白质的药理价值和应用1.1抗氧化活性研究者一直在不断寻求一种具有强效抗氧化能力很好的资源,作为膳食补充剂的替代品。
利用抗氧化作用针对性筛选和分离的广谱次生代谢物,在许多大型海洋藻类和微藻的研究文献发现1,海藻被看作是自然抗氧化剂的丰富来源,可能存在一种有效的抗氧化机制,利用促进必要的代谢实现自我保护。
间接消耗掉容易生成自由基的物质,防止发生进一步反应。
抗氧化剂在人体中起重要作用,它可以降低人体内的还原氧化反应。
补充抗氧化物质有利于运动机体减少自由基的产生或加速其清除,以对抗自由基的副作用2。
1.2抗高血压活性心血管疾病(CVDs)对世界上许多人来说具有很大的风险,并经常挑战人类的健康问题。
心血管病已确定为死亡的主要危险因素,它与血压高或高血压有关。
对于有效降低血压,饮食治疗和改变生活方式是最可取的工具。
因此,天然的ACE-I抑制剂提高了制定膳食摄入量的可能性。
肾素血管紧张素醛固酮系统(RAAS)在调节血容量和负责控制中扮演一个重要的作用。
血管紧张素转化酶(ACEI)是一种单体,膜结合的锌金属蛋白酶,由其催化的十肽血管紧张素转化为八肽3。
ACE-I抑制因子是治疗方式,在ACE的不同肽酶抑制剂中,C-末端结合上一个三肽序列,活性就会受到明显的影响。
然而,在特定的肽中C-末端脯氨酸的相邻氨基酸也会影响ACE活性的强度4。
因此,这可能是评估ACE-I抑制活性和降压作用的一种机制。
作为考虑的治疗目的,一个小小的研究工作需要进行长期的疗效和安全性测定5。
因此,藻类生物活性肽作为保健品和潜力药品而具有的预防与海洋藻类蛋白质生物功能的研究夏亚穆,张振国,林姣(青岛科技大学化工学院,山东青岛266042)文章编号:
1671-9646(2014)12a-0060-04第12期(总第373期)农产品加工No.122014年12月FarmProductsProcessingDec.2014年第12期夏亚穆,等:
海洋藻类蛋白质生物功能的研究治疗高血压效果需要多加讨论。
1.3抗凝血活性血液的凝血功能障碍可能导致凝血(血栓)的风险增加。
抗凝血剂是一类可用于体内阻止血液凝结,从而治疗血栓的药物。
目前,肝素是最常用的临床抗凝血药物,已有50年的应用历史。
然而,在肝素的使用过程中会引发过度出血、血小板减少等危险。
因此,人们致力于寻找天然的、更安全的抗凝血药物6。
研究发现,海洋藻类来源的蛋白生物活性肽具有良好的抗凝血功能,引起了人们的兴趣。
对有较高抗凝血活性的刺松藻和铜藻活化部分的凝血活酶时间(APTT)、凝血酶原时间(PT)进行测定,结果表明刺松藻和铜藻是以高分子量多糖(30kDa)为主要成分的2种藻类蛋白7。
因此,抗凝作用被认为是碳水化合物和蛋白质(蛋白聚糖)相关的复杂形式。
与商业肝素抗凝比较,通过研究APTT评估Pt和凝血酶时间(TT),用正常人血浆试验,海洋绿色藻类Codiumpugniformis具有抗凝血活性。
在这项研究中,抗凝血活性已被证明是由于蛋白多糖的硫酸多糖(326g/mg)和蛋白多糖(52g/mg)。
抗凝治疗是最常用的药物,在相关的化合物增加抗凝血酶对凝血酶和目标的行动激活因子Xa血块的形成8。
因此,直接凝血酶抑制剂或干扰与目标相关的特定酶凝血因子将被用于新抗凝血剂的发展。
近年来,对藻类和微藻的肽类抗凝血活性的研究表明,其活性在体外以剂量依赖方式呈现,在体内则与肝素活性相当9。
海洋藻类来源的蛋白生物活性肽的蛋白水解物或探索新的,以提供足够的抗凝血活性,满足未来药物的需求。
1.4增殖抑制活性癌症是发达国家人口死亡的首要原因,发展中国家人口死亡的第二大原因。
癌症对全球人口的威胁不断增长,并随着衰老和对致癌行为的适应而提高。
此外,据报道乳腺癌病例中女性占23,其中14的癌症患者死亡;
肺癌病例中男性占23,其中17的癌症患者死亡。
尽管事实如此,癌症的原因还是可控的。
因此,提高对致癌因素及实施早期诊断治疗意识有利于预防癌症。
C-藻蓝蛋白是从螺旋藻中分离的高纯度(95)的主要胆素蛋白质,对它进行人类慢性骨髓细胞性白血病细胞株(K562)生长和繁殖的测试。
经过50mol/LC-藻蓝蛋白多达48h处理,K562细胞增殖显著减少(49)。
此外,将细胞在2550mol/L的C-藻蓝蛋白中处理48h,在流式细胞仪分析相中显示14.1%20.93的细胞在G0/G1期10-11。
事实上,通过从线粒体释放细胞色素C进入细胞质已证实凋亡小体的形成是由于C-藻蓝蛋白对K562细胞的诱导。
在另一项研究中,用从螺旋藻分离出来的C-藻蓝蛋白处理人类肝癌细胞株(HepG2细胞)显示出抗性蛋白-1(MDR-1)多药耐药性的表达下降12。
通过体外试验,在藻色素中的胆素蛋白质,包括C-藻蓝蛋白和B-藻红蛋白具有防扩散和抗肿瘤活性作用13。
综上所述,这些发现表明来自小球藻的蛋白质水解物或藻胆蛋白和一些海藻多肽可用于针对癌症的药物开发。
1.5免疫刺激活性海藻和微藻对健康的益处主要是由于其中的许多功能性成分。
因此,蛋白质和肽获得越来越多的需求,不仅因为它的营养价值,也是因为它潜在的促进健康的效果。
近年来,体外和体内研究表明具有生物活性的次生代谢产物可诱导和促进人类健康14。
通过体内酶水解试验,可以区分对生物活性蛋白质或来自海洋藻类的蛋白质衍生肽进一步探索15。
此外,藻类蛋白中大部分的肽被编码在胃肠道消化过程中释放和处理。
因此,蛋白质水解物已经广泛用于具体制剂中,以提高食品的营养和功能价值。
此外,值得注意的是来自海洋藻类的生物活性肽通过诱导和刺激免疫系统对人类健康产生影响。
E.静脉蛋白酶提取物在体外表现出,对小鼠脾细胞有免疫刺激作用16。
据报道,一旦用E.静脉水解物处理ICR小鼠治疗后可增强脾细胞增殖,包括淋巴核细胞、单核细胞和粒细胞。
另外,相对于未处理的对照组,CD4+T细胞,CD8+T细胞和CD45R/B220+B细胞的数目显著增加。
此外,Th-1型细胞因子(包括TNF-和IFN-)mRNA的表达和翻译水平下降。
因此,钍-2型细胞因子(包括IL-4和IL-10)增加17。
总而言之,这些事实是关于来自海藻的生物活性蛋白或蛋白复合物的免疫调节和治疗作用。
2藻类蛋白质的营养价值和应用海藻的营养价值众所周知,它是多糖、蛋白质、脂类、矿物质、维生素和膳食纤维的丰富来源。
在欧洲国家,海藻作为增稠剂和胶凝剂的主要来源,包括藻酸盐、角叉菜胶和琼脂、藻胶。
这些从红藻和棕色藻类细胞壁中提取的主要成分,用于动物食品或其他工业应用18。
此外,光合色素藻胆蛋白是主要的附件,包括藻红蛋白、藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白、藻红蓝蛋白和海洋藻类。
另外,聚球藻属和紫球藻可以描述为有趣的物种在海洋藻类提取物藻胆蛋白19-20。
并且这些特定的组蛋白被用于天然食用色素在食品(如口香糖、乳制品)、保健制品(如片剂、胶囊、粉末)或提取生物活性成分,包括-胡萝卜素和藻蓝蛋白(2004年已上市)。
不同物种的海藻和微藻的季节周期与抗营养因61农产品加工2014年第12期子含量不同,如酚醛树脂和聚多糖,进而蛋白质的品质和消化率受到影响。
总而言之,食用海藻或微藻为日常生活增添益处,而且它具有的营养价值可以促进健康。
因此,来自可食用海藻和微藻的相关功能成分可能有助于满足功能性食品的未来需求。
3藻类蛋白质的药妆价值和应用由于海藻更加丰富的关键成分和令人满意的健康效用,人们对海藻的食用显著增加。
事实上,海藻越来越受关注,并已成为主要的皮肤外用品。
使用藻类蛋白质或其衍生物,可以让头发和皮肤保留住水分。
另一方面,藻蛋白对头发或皮肤具有很强的亲和力,可以改善它们的营养21。
此外,许多藻类中丰富的蛋白质含量和生物活力增长因子便于制备药妆品,药妆品具有愈合和修复受损肌肤,还有保湿和维持营养的作用。
在大部分生理活动中,特别是来自紫菜及裙带菜海藻的肽或蛋白水解物,在适当条件下可用于药妆品。
可以依靠于海洋藻类在药妆行业的利用,因为它们拥有对人体健康有利的作用,如抗氧化、抗衰老、免疫作用、兴奋作用、消炎和抗刺激作用。
节旋和绿藻种类的提取物,在护肤品市场是很有名的。
B-藻红蛋白是蛋白质的主要捕光型,这是在许多藻类物种发现的,这显示了巨大的生物活性,包括抗氧化性、消炎性、神经保护作用、抗病毒、抗肿瘤、降血脂及肝脏保护作用22。
此外,B-藻红蛋白已经显示出热稳定性和耐pH的特性,这已用作天然粉色和紫色的口红、眼线的着色剂,用于化妆品的配方。
此外,像氨基酸的支原体已经表现出紫外线(UV)在波长310365nm的辐射吸收特性。
低分子量水溶性的成分已经从红藻分离出来并被报道,由于其对皮肤的保护作用在化妆水主体中使用23。
因此,这些可以作为预防紫外线辐射的防晒化合物。
目前,皮肤基质已经被公认为是负责皮肤的保护作用。
药妆品希望胶原蛋白生成增加和抑制MMP-1活性,从而降低自然衰老过程。
如今,C.vulgaris提取物刺激皮肤的胶原合成已被用于组织再生和减少皱纹24。
另外,抗氧化海藻肽因其能够阻止活性氧破坏活动,可能成为未来药妆品配方主要成分的有利来源。
因此,藻多肽和蛋白质衍生物是功能性化妆品很好的候选。
4结语海藻早已被确定为提取具有强效功能性生物活性的蛋白质及其衍生物的良好来源。
由于研究人员的报道,使得人们过多地关注来自海洋藻类的蛋白质、蛋白质衍生物、肽、肽衍生物、氨基酸和氨基酸类似物。
根据最近的药理需求,研究人员有针对性地对这些成分各自的功能性生物活性进行讨论。
生物活性肽和氨基酸可作为小分子药物的备选,在传统药物的高生物利用度和生物特异性方面具有很大的优势。
根据治疗目的,许多科学家认为低毒、结构多样性和在体内至少或没有积累的特性使得组织受益更多。
总而言之,海藻的蛋白质和肽的生物学功能在制备制剂、药妆品和功能性食品具有很大潜力。
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