Page 95 - 《精细化工》2020年第2期
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第 2 期                     马天怡，等:  碱性氨基酸改造食品蛋白质功能性研究进展                                    ·297·


            （MgCl 2 ）可能与蛋白质之间存在优先相互作用，因                        开的蛋白质中间体（即抑制聚集体生成），却不足以
            此具有更强的离子效应          [39] ，这也是碱性氨基酸在某些              促进蛋白质充分展开，也不能促进蛋白质进行再折
            情形下利用其来改造食品蛋白质的基础。                                 叠 [39,44,46] 。SHI 等 [47] 在研究中发现，Arg 不仅能够破
                 当体系中不存在盐离子时，碱性氨基酸改性的                          坏肌球蛋白分子主链上的氢键，还能利用自身结构
                                                                                                           +
            主要机理为：（1）碱性氨基酸与蛋白质有限结合引                            中的两个氨基（胍基上的两个—NH 2 ，而非 α-NH 3 ）
            起的自由能变化；（2）碱性氨基酸对体系表面张力                            优先与蛋白主链上的羰基氧原子形成氢键，从而使
            的改变。以上两方面最终通过改变蛋白质水合位点                             肌球蛋白在热处理下具有更强的抑制聚集能力。
            数量来影响蛋白质的水化能力。                                     4.1.1.2   蛋白质表面张力与蛋白质水化的关系
            4.1.1.1   蛋白质自由能与蛋白质水化的关系                              LIN 等 [48] 也提出表面张力是维系蛋白质在水溶
                 ARAKAWA 等    [39] 提到 Arg 能抑制蛋白质的聚             液中稳定的重要因素，但是加入到蛋白质溶液中的
            集，并能与大多数氨基酸侧链发生相互作用，还发                             共溶质（Arg•HCl /Lys•HCl）与蛋白质发生结合，很
            现 Arg 与蛋白质表面的结合是有限的，正是这种有                          大程度上抵消了因共溶质加入引起的表面张力增
            限结合使得 Arg 在稳定蛋白质方面独具作用。                            量，最终抑制蛋白聚集，蛋白质溶解度提高。KIM
            TSUMOTO 等    [40] 研究表明，Arg 能够增加不溶性颗                等 [49] 也发现，Arg•HCl 是一种促进蛋白质发生重折
            粒中荧光蛋白的溶解度，且增溶效果强于盐酸胍。                             叠并抑制蛋白质聚集的添加剂，并解释了 Arg•HCl
            LI 等 [41] 发现，Arg/Lys 均能提高肌球蛋白的溶解度                  与蛋白质表面的有限结合是因为其 3 个功能基团的
            和水的表面张力，但是一般能提高水表面张力的盐                             存在（胍基、羧基和 3-碳脂肪族直链），这也与
            会降低蛋白质的溶解度，通过测定蛋白质的水化能                             SHUKLA 等   [44] 的研究结论一致；同时 KIM 还提出，
            力和氨基酸的转移自由能发现，Arg/Lys 的加入增加                        在高温和氧气存在时，Arg•HCl 通过产生氮氧化物，
            了蛋白质的水合位点，并且 Arg/Lys 还能与蛋白质                        使蛋白质变得不稳定。
            酸性或芳香族氨基酸残基相互作用，从而克服了表                                 SCHNEIDER 等   [50] 在研究中发现，Arg 既不紧
            面张力，提高溶解度。Arg与芳香族氨基酸的结合主                           密与蛋白质结合，也不会完全被排斥在蛋白质表面。
            要是胍基与芳香族氨基酸残基通过阳离子-π 的相互                           这种作用可以归结为 Arg 对肽链骨架和一些特定氨
            作用  [14,42-44] ；而 Arg 与带电基团则是通过静电相互                基酸的亲和作用与由表面张力和体积排阻效应引起
            作用（包括氢键，因为氢键本质上也是一种静电力）                            的排斥作用之间的平衡           [39] 。“间隙效应”可以解释
            结合  [44] 。                                         Arg 是通过显著降低蛋白质分子缔合速率而不是提
                 SHUKLA 等   [44] 通过研究蛋白质-蛋白质、蛋白                高聚集体解离速率来抑制蛋白质聚集的，这与盐酸
            质-Arg 和 Arg-Arg 的相互作用机制，提出了 Arg 是                  胍的作用机制正好相反          [50] 。相比于分子较小的盐酸
            抑制蛋白质聚集的根本原因，即 Arg 的 3 个基团                         胍，Arg 的体积较大，能选择性地提高形成聚集物
            （α-COOH、α-NH 2 、胍基）均有助于与相邻 Arg 分                   的活化能，更高的能垒降低了蛋白质的缔合速率                     [45] 。
            子形成氢键，且 Arg-Arg 间氢键强度高于 Arg-水之                     Arg 与蛋白质表面的特殊结合作用也解释了其几乎
            间的氢键，所以 Arg 分子会发生有利的自缔合形成                          不影响蛋白质的折叠却是很有效的蛋白质聚集抑制
            Arg 团簇，这种自缔合促进 Arg 产生更大的聚集效                        剂这一现象     [46,50] 。
            应，降低了 Arg 侧链的柔性而提高了刚性，而“间                              当体系中引入不同浓度的非碱性氨基酸盐离子
            隙效应”     [45] （即添加剂因其尺寸太小，当结合了添                    后，改性机理会发生变化。其机理主要涉及到蛋白质
            加剂的蛋白质分子相互靠近时，会从邻近蛋白分子                             自身结构/构象上的变化、盐与碱性氨基酸的协同效应。
            间的间隙挤出，使得缔合物原本较低的自由能增大）                            4.1.1.3   蛋白质高级结构的变化
            提高了形成聚合物的活化能，所以缔合有 Arg 的中                              CHEN 等  [51] 探讨了 His 在低离子浓度条件下增
            间体趋向于稳定而不形成聚集物                [44] 。Lys 很难形成       溶肌球蛋白的机理，发现 His 侧链的咪唑基是增加
            二聚物，一方面是因为它不含有平面化的胍基结构                             蛋白质溶解度的关键基团。His 能通过降低 α-螺旋
            （这一平面结构有助于 Arg 分子自缔合）；另一方面                         结构含量，改变肌球蛋白的三级结构，从而改善肌
            是它具有灵活性很高的亚甲基长链（这一结构使得                             球蛋白溶解性。肌球蛋白单体在结构上具有两个球
            Lys 二聚体的稳定性大大降低）。                                  状头部区和一个棒状尾部区，尾部区域具有高度螺
                 另外，Arg 结构中的羧基也扮演着重要作用。                        旋化的 α-螺旋结构      [52] 。肌球蛋白在低盐离子浓度下，
            不同于盐酸胍对蛋白质强烈的展开、变性作用，Arg                           多个肌球蛋白棒状尾部区的轻酶解肌球蛋白通过电
            中羧基的存在使其分子中胍基与蛋白质表面发生有                             荷簇间的静电相互作用聚合形成细丝，细丝的存在
                                                                                                 [53]
            限的相互作用，这种有限相互作用可以稳定部分展                             导致肌球蛋白在水和稀盐溶液中很难溶解 。His 的咪
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