超声及糖化处理对牛血清白蛋白纤维化聚集行为的影响机制

发布时间：2020-07-04 09:31

【摘要】：蛋白纤维化聚集体是以β-折叠为基础的组装物,在自然界广泛存在。它不仅在生物材料方面可用作酶的固定化,也在食品加工方面具有卓越的乳化、起泡和凝胶性。目前,其制备方法主要存在反应效率较低且在原料选择上局限于本身富含β-折叠结构蛋白的问题,从而限制其在食品工业中的广泛应用。有鉴于此,本课题以自身缺乏β-折叠结构的牛血清白蛋白(BSA)为研究对象,采用超声波和糖化进行改性以诱导BSA产生更多的β-折叠结构,从而高效地制备BSA纤维化聚集体。通过研究超声与糖化作用下BSA的一级、二级结构以及聚集态结构变化,考察纤维化聚集体的形成动力学过程,建立相应的动力学模型,以揭示超声和糖化对BSA纤维化聚集行为的影响机制。本课题旨在为突破纤维化聚集体的选料局限、丰富纤维化聚集过程的调控手段和提高纤维化聚集体的制备效率提供有用参考。主要研究内容和成果如下:(1)酸热条件下BSA纤维化聚集体的形成机制:酸热条件下BSA通过先水解后组装形成纤维化聚集体,其生长曲线符合指数模型,且反平行β-折叠含量增加为纤维化聚集体形成的重要原因。在pH 3.0下加热BSA,反平行β-折叠含量从2.17%上升到10.51%,过程中发生水解,形成二硫键,在静电和疏水作用下有序组装,最终形成较长的纤维化聚集体,并具有较好的乳化和起泡性质。然而,在更强酸性条件下(pH3.0)加热会导致二硫键断裂,在更靠近等电点时(pH3.0)加热会团聚,两者均导致反平行β-折叠含量较低而不利于BSA纤维化聚集体形成。(2)超声波处理对BSA纤维化聚集行为的影响规律:经2~15 min超声预处理可促进BSA的反平行β-折叠和二硫键形成,促进疏水基团暴露,使表观速率常数k值升高,最终可较快形成纤维化聚集体,所得产物具有良好的乳化活性。但更长时间的超声不利于反平行β-折叠的后期生成,而抑制BSA纤维化聚集体的最终形成。(3)糖化对BSA纤维化聚集行为的影响规律:糖化前期可促进BSA的反平行β-折叠和二硫键形成而促进聚集,糖化后期则致反平行β-折叠含量降低和二硫键断裂而抑制聚集。进一步探究轻度糖化蛋白的纤维化聚集行为,发现适度糖化可使BSA的反平行β-折叠含量从2.04%增加到10.25%,且在进一步加热后升高到14.81%。此外,适度糖化也可使BSA较快形成二硫键,导致动力学参数A值和k值升高,达到“平衡”时间缩短,纤维化聚集体数量增加。适当糖化可促进纤维化聚集体的形成,所得产物具有良好的乳化活性。(4)超声和糖化处理对BSA纤维化聚集行为的影响规律:与BSA组相比,先糖化后超声及先超声后糖化两种处理,都可促进反平行β-折叠和二硫键形成,加强疏水作用,导致k值升高,达到“平衡”时间缩短,最终形成更多更长的纤维化聚集体,所得产物具有良好的乳化活性和泡沫稳定性。此外,先糖化后超声组的A值和k值更高,形成更分散的“蠕虫状”聚集体,而先超声后糖化组形成更长更粗的“枝杈状”聚集体。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS201.21
【图文】：

β-乳球蛋白,聚集过程

集行为的不同方面展开了深入探讨，包括聚集体形成的驱动力[22]、机制[2抑制[25]和与疾病的关联性[26]等。蛋白的聚集机制于蛋白聚集的作用方式，有学者提出以下理论[27]：一，天然蛋白可通过自交联（self-association）形成聚集体，通常是静电作用水相互作用参与，此外还包括范德华力等，多数情况下是一种可逆的变化过构象转变形成去折叠中间体，导致较多的疏水基团暴露而通过疏水相互体，且柔性结构更为有利。第三，通过化学交联形成聚集体，如通过蛋白氨酸的巯基形成分子间二硫键[28]。第四，通过化学降解诱导聚集，例如自聚[30]、脱酰胺基作用[31]和糖化[32]等。化学降解通常会改变蛋白的疏水性和等。

聚集过程,热变性,球蛋白,聚集体

图 1-2 不同 pH 和离子强度下球蛋白热变性聚集过程[33]Figure 1-2 Thermal aggregation process of globulin at different pH and ionic strength[33]根据形态，可将蛋白聚集体分成两类，如图 1-2 所示[33]。在等电点附近或高离，蛋白表面的电荷很少或被屏蔽，在加热一定时间后，由于肽链发生去折叠，暴露而形成球状聚集体（spherical aggregation）或无定形聚集体（amoegation）。在这一条件下，通常是疏水作用力为主导。此外，蛋白在远离等电点子强度下加热，可形成线型聚集体（linear aggregation）。本论文研究的纤维化聚集体从形态上看就属于这类聚集体。蛋白纤维化聚集体的发现和应用1 蛋白纤维化聚集体的发现

【参考文献】