【原创】功能性蛋白

xuru560

2010/12/01

私聊

分析化学

功能性蛋白及一例分析

自19世纪中叶荷兰化学家Gerardus Mul-der从动物组织和植物体中提取出蛋白质以来，人们发现了越来越多的蛋白质，据估计生物界中蛋白质的种类可达10¹⁰～10¹²之多;在这如此众多的蛋白质中，功能性蛋白发挥着极其重要的生理功能。功能性蛋白也有人称其为活性蛋白。它们的特点是都有识别功能，能与其他分子特异性结合.完成各种复杂的生命活动:在结构上主要是一些球状蛋白质。

1 功能性蛋白的种类

按其作用方式不同可分为酶蛋白、运输蛋白、运动蛋白、免疫球蛋白、毒蛋白、激素蛋白

（1）酶蛋白：细胞的生长和繁殖、代谢物的合成和分解、能量的产生和利用，这些过程所需要的物质都是通过无数的生物化学反应来提供的.而这些反应又都是在一类特殊蛋白质—酶蛋白的催化下完成的。酶的催化效率极高，且具有高度的专一性，也正是这种高度的专一性使一种特定的酶只能作用于一种或少数几种结构相似的化合物，这就要求有各种不同的酶去作用于不同的化合物。在酶的作用下，生物细胞才得以合成各种复杂的化合物，也才能使各种大分子物质被分解、吸收和利用.且这些反应都要在适合于生物体本身的温度、压力和pH值等非常温和的条件下进行，能使生物细胞按照这种方式进行化学变化是蛋白质最重要的功能之一。

常见的酶蛋白如淀粉酶使淀粉分解形成葡萄糖，蛋白酶、肽酶使蛋白质分解为氨基酸;溶菌酶使细菌细胞壁中的肤聚糖被破坏;凝血系统酶的有序作用使凝血过程得以有条不紊地进行.合成酶能合成多种体内所需要的大分子物质。

应用举例：

由于近年来鱼粉资源价格上涨，冷向军等人通过向鱼粉含量较低(10﹪)的饲料个添加蛋白酶AG使鱼的前肠蛋白酶有显著提高。同样有实验证明在玉米-豆粕型粮食中添加蛋白酶可以改善肉鸡的生长性能，提高蛋白质的消化率。

（2）运输蛋白：有些蛋白质起载体的作用可以运输特定的物质到达必须的部位，使其完成特定的功能，这种蛋白质称为运输蛋白。如哺乳动物的血红蛋白能将氧从氧气充裕的肺内运送到各个组织中去:血清蛋白能与游离脂肪酶等多种物质结合，并将这些物质在脂肪组织与身体的其他部位间运送（最典型的β₁-脂蛋白可随血流运输脂肪)，铁传递蛋白能传递血液中的铁。无脊椎动物体内的血蓝蛋白，大豆根瘤中的豆血红蛋白也起着输送氧气的作用。另外还有一些能携带物质通过细胞膜进出细胞的蛋白质，如细菌过膜运输中的载体蛋白等，它们都属于运输蛋白。

（3）运动蛋白：参与运动功能的蛋白质种类较多如脊椎动物中骨骼肌的主要成分就是肌动蛋白和肌球蛋白，肌肉的收缩就是靠着这两种互相联系的平行丝状蛋白相对滑动来完成的；细菌的运动器官——鞭毛也是由鞭毛蛋白组成的；绿藻的运动也离不开蛋白质；有丝分裂的完成，精子的运动等都与运动蛋白有关，所以绝大多数生物的运动和收缩过程都是运动蛋白参与的结果。

应用举例：邱永忠等人在研究烟草花叶病毒（TMV）在植物细胞间的运动时发现用体外定位突变引起L株上，被点突变的DNA体外转录成RNA后感染感病烟草，结果定位突变的L株表型30kD蛋白基因四种位点不同的移码突变和一种基因中间大部分缺失的突变体均使病毒不能感染植株。这证明TMV 30kD蛋白与病毒运动有关，而与病毒复制无关。

同时因为胞间连丝一般只能让小于1kD的分子通过，其通透范围远小于病毒颗粒，也小于折叠的病毒核酸分子，Wolf等实验证明正时因为30kD蛋白才使得植株分子半径扩散了三倍多。

（4）免疫球蛋白：指具有抗体活性的动物蛋白。主要存在于血浆中，也见于其他体液、组织和一些分泌液中。脊椎动物的免疫系统能抵抗外来的入侵物质，如病毒、细菌以及其他机体的细胞，当外来的这些入侵物质(抗原)进入机体后就会激发机体的免疫系统而产生特异性的免疫球蛋白(抗体)，通常每一种抗体对于相应的某一特定抗原具有高度的专一性，抗原与抗体结合形成抗原-抗体复合物．使入侵物质——抗原失活而排出体外，从而消除外来物质对机体的干扰。由此看来蛋白质不仅参与了高等动物的免疫反应，而且起着重要的作用，由于抗原和抗体结合的高度专一性，必然有数量众多的抗体作用于不同的抗原物质，据估计抗体的类型可能有10O万种，即免疫球蛋白可能有100万种之多。

（5）毒蛋白：动物、植物和微生物都可以产生某些特殊的物质来防御敌害，这些物质中绝大多数是蛋白质类物质，由于它们对高等动物具有毒性，故称为毒蛋白。蝎类能产生毒性很强的蝎毒蛋白．用来攻击敌害，保护自己；蛇类产生的神经毒素和心赃毒素其主要成分也是小分子量的蛋白质；毒蘑菇中的相当一部分蘑菇毒素也是蛋白质；细菌产生的毒素，毒性极强的肉毒梭菌毒素(人的致死量小于19m)和破伤风痉挛毒素、白喉杆菌毒素等外毒素均是蛋白质。

应用举例：王峰等人研究核糖体失活蛋白（RIPS)是一类能够抑制细胞核糖体合成蛋白质，从而导致宿主死亡的毒蛋白，广泛存在于植物、细菌中。发现其在在细胞内的转运途径研究很多，目前较为清楚的是逆向转运途径，其中以蓖麻毒素、志贺菌毒素、霍乱毒素为代表，大体过程为：内吞一内吞小体一高尔基体一内质网一胞液。

（6）激素蛋白：是由特殊细胞所产生的一类物质，它们通过与靶细胞或系统内其它器官的相互作用来发挥其代谢上的功能，其实许多激素本身就是蛋白质，这样的蛋白质称为激素蛋白，它们在生物合成上具有重要的功能。如胰高血糖素、胰岛素、胃泌素、生长激素、促甲状腺激素、促肾上腺皮质激素和促脂解激素等均是蛋白质。

除功能性蛋白外尚有贮藏蛋白(如鸡卵清蛋白、牛奶酪蛋白等)和结构蛋白(如毛发角蛋白、结缔组织中的胶原蛋白)等，它们一般不具有活性功能，只是作为结构物质和贮藏物质存在。

2 功能性大豆浓缩蛋白的工艺改进

改变蛋白质的物化性和功能性(包括起泡性，乳化性和凝胶性等)满足食品加工和食品营养的需要，这已成为当今经济发达国家中一些食品专家研究的课题。通过研究发现大豆浓缩蛋白改性就是通过改变蛋白质一个或几个理化性能达到加强或改善蛋白质功能性的目的，抑制酶的活性或除去有害物质达到除去异味和提高营养利用率的目的。大豆蛋白改性方法有物理改性、化学改性、酶改性和生物工程改性。

（1）物理改性

改变大豆蛋白功能性的物理方法有机械处理、挤压、冷冻。在85℃热处理2分钟能提高大豆蛋白的表面活性和营养特性，热处理有利于大豆蛋白的凝胶作用。加热过程也能钝化大豆中对人不利的酶或蛋白。质构化是蛋白质的一项重要的功能，常用蛋白质质构化方法有纤维仿丝和热塑挤压。通过研究发现在优化工艺条件下(pH8，温度110℃，时间5分钟)，物理改性处理可使醇法大豆浓缩蛋白的溶解度从10%左右提到70%以上，且乳化性、起泡性、吸油性等功能性质也能随之得到改善。此外，大豆蛋白的物理改性方法还有超滤，利用高频电场处理等方法。

（2）化学改性

化学改性就是通过化学手段在大豆蛋白中引入各种功能基团而使之具有特殊加工功能性的大豆蛋白品种。化学改性包括酸、碱、盐作用、酰化、磷酸化、糖基化、硫醇化及去酰胺等方法。

①酰基化

酰化作用就是大豆蛋白分子的亲核基团(如氨基或羟基)与亲电基团(如羰基)相反应，从而在大豆蛋白分子结构中引入亲水基团。大豆蛋白酰化有琥珀酰化和乙酰化等两种方法。将琥珀酸酐引入到大豆蛋白分子上为琥珀酰化大豆蛋白，酰化后其在一定的pH下，具有良好的表面性质，特别是成膜性，而且可形成稳定的气泡。但酰化的程度不能过度，否则会降低大豆蛋白功能性。

②蛋白酶法

大豆蛋白的酶法改性是指通过酶部分降解蛋白质，增加其分子内或分子间交联或连接特殊功能基团，改变蛋白质的功能性质。根据酶的来源不同，可分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。动物蛋白酶常用胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，胃蛋白酶。胰酶(包括胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶)限制性水解大豆蛋白，可提高大豆蛋白疏水性，乳化性和溶解性。另外也有通过蛋白激酶对大豆蛋白进行磷酸化改性，经蛋白激酶处理后，大豆蛋白在pH2一7内水溶性、乳化性加强及其稳定性、起泡性有所改善，但起泡稳定性下降。
3 功能性大豆浓缩蛋白改进中存在问题及方法

①采用闪蒸

实现蛋白质的改性,必须经过一些高温和高压等剧烈的反应过程。但蛋白质是有机物,长时间的剧烈反应会使其丧失基本的或外在的功能特性。所以,蛋白质改性反应的时间要严格控制,一般在20~25s为宜,要靠其他的单元操作来配合。闪蒸不但可以降温及降压,而且在过程中还能起到脱色、脱腥与脱臭的作用。

②防止可逆反应加

大豆蛋白质的改性与一般高分子有机生化反应一样,在一定的条件下会发生可逆反应,尤其是在剧烈的改性反应之后。当料液的温度降到50℃以下后,可逆反应逐渐占据主导地位。蛋白质经过改性后已经暴露的功能性基团,又有重新包藏回去的趋势。解决办法一是在工艺设计中应尽量缩短蛋白质改性与最终喷雾干燥的中间过程,以缩短可逆反应发生的时间。

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