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吉林大学刘静波教授团队国际顶刊发表重要成果

吉林大学刘静波教授团队国际顶刊发表重要成果 食品工业科技编辑部
2023-09-12
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镁离子调控卵清蛋白-溶菌酶异质蛋白复合物:聚集动力学、热力学和形态结构

导  读

2023年8月30日,吉林大学食品科学与工程学院、吉林省营养与功能食品重点实验室:刘静波、刘轩廷(通讯作者)、闫昭卉等在国际期刊International Journal of Biological Macromolecules(中科院一区TOP,IF:8.2)发表题为 “Magnesium ions regulated ovalbumin-lysozyme heteroprotein complex: Aggregation kinetics, thermodynamics and morphologic structure” 的研究性论文。该研究得到了国家自然科学基金(32101993)的项目资助。

蛋清蛋白(EWP)由于其高蛋白质含量,优异加工适用性,被广泛应用于各种食品的加工中。在食品生产过程中会观察到蛋白质的自组装和聚集行为,这与食品的微观结构、流变性和机械性能密切相关,影响食品的稳定性和消费者的偏好。异质蛋白复合物主要通过静电相互作用驱动两种带相反电荷的蛋白质形成。在EWP中,溶菌酶(LYS)可与带负电荷的卵清蛋白(OVA)自发聚集。近年来,研究者们专注于异质蛋白复合物的食品设计与开发。然而,很少有从聚集动力学的角度对异质蛋白共聚集行为的调控机制进行系统研究。

蛋白质聚集动力学参数,包括生长阶段聚集体的滞后时间和聚集速率,可以清楚地反映蛋白质类型、pH、离子等因素对蛋白质聚集行为的影响。作为改变溶液体系电荷分布的主要因素之一,离子通过与蛋白质相互作用在调节聚集行为方面起着关键作用。然而,pH和离子介导的静电相互作用如何调节共聚集行为,导致OVA-LYS聚集体形成的机制尚不完全清楚。因此,适当的聚集动力学模型可能是确定离子如何影响OVA-LYS异质蛋白体系共聚集行为的关键之一。

本文旨在研究镁离子对OVA、LYS和OVA-LYS复合物聚集行为的影响,进一步探究差异化聚集行为与蛋白质分子结构、分子间相互作用和热稳定性之间的关系。此外,我们聚焦于OVA-LYS复合物,探讨离子如何通过调节静电相互作用来影响异质蛋白的聚集行为,从而获得不同的聚集体结构。本工作将为蛋白质聚集行为的差异化调控机制提供理论依据,为具有定制功能和营养特性的创新高端成分产品的定向设计提供新思路。


研究亮点

  • OVA-LYS异质蛋白复合物的聚集动力学遵循S型生长曲线。

  • OVA-LYS复合物的聚集速率和最大吸光度位于OVA和LYS之间。

  • Mg2+通过Debye屏蔽减弱了OVA与LYS之间的相互作用。

  • LYS的存在提高了OVA聚集的热稳定性。

  • Mg2+诱导OVA-LYS配合物由球形凝聚物向无定形沉淀转变。


研究结论

  • 本研究通过聚集动力学模型对离子诱导的蛋白质聚集行为进行了系统分析。

  • 镁离子介导的静电相互作用可以调控蛋白质的聚集速率和聚集程度,从而影响蛋白质的聚集行为。

  • 由于OVA与LYS之间的静电相互作用,OVA-LYS异质蛋白复合物的热稳定性提高,导致聚集速率较慢,聚集度较低。

  • 分子动力学模拟揭示了OVA-LYS二元蛋白结合过程中的分子构象变化和复合物构象的稳定性。

  • 添加Mg2+降低了OVA-LYS配合物的粒径、zeta电位、游离巯基含量和表面疏水性,同时提高了热变性温度,导致配合物的聚集速率和聚集程度降低,使两种蛋白质聚集成无定形沉淀物而不是球形凝聚物。


图文赏析

图形摘要

图1. OVA和LYS的估计净电荷。

图2. OVA、LYS和OVA-LYS的聚集动力学曲线。

图3. OVA、LYS和OVA-LYS在不同聚集阶段的平均粒径和zeta电位。

图4. OVA、LYS和OVA-LYS在不同聚集阶段的二级结构百分比。

图5. OVA、LYS和OVA-LYS在不同聚集阶段的FT-IR光谱。

图6. Mg2+对聚集过程中蛋白质颗粒结构灵活性的影响。

图7. OVA、LYS和OVA-LYS的热力学稳定性、结合位点和复合构象稳定性。

图8. 不同聚集阶段MgCl2对OVA-LYS复合物显微结构的影响。

图9. MgCl2对OVA-LYS复合物共聚集行为差异示意图。

刘静波

刘静波,吉林大学“唐敖庆学者”领军教授,工学博士,博士生导师,教育部高等学校食品科学与工程类专业教学指导委员会副主任、中国工程教育专业认证协会认证结论审议委员会委员、中国工程教育认证协会专家、亚洲蛋品协会副会长、吉林省食品学会副理事长、吉林省功能食品工程研究中心主任、吉林省营养与功能食品重点实验室主任、国家蛋品工程技术研究中心专家组成员等。近年来,主持“十四五”、“十三五”国家重点研发计划项目,国家自然科学基金面上项目等多项国家级及省部级项目;发表SCI/EI论文100余篇;获授权发明专利39件,成果转化4件,被认定吉林省科学技术成果6项;国家级精品课《食品营养学》课程负责人,吉林省《食品营养学》优秀教学团队负责人。研究方向为营养与功能食品。长期从事蛋品精深加工与副产物综合利用,食源性生物活性肽创新制备、构效关系及可控递送,活性肽小肠完整吸收效率及机制等方面的研究工作。

刘轩廷

刘轩廷,工学博士,副教授,博士生导师,吉林省省域拔尖人才(3.0版 D类),吉林大学“唐敖庆青年学者”(引进),吉林大学首批“鼎新学者”博士后支持计划入选者,吉林省优秀博士学位论文获得者,吉林大学优秀博士后。近年来主要致力于禽蛋蛋白质配料的差异化加工及品质提升方面开展研究工作。主持国家自然科学基金面上项目1项、国家自然科学基金青年项目1项、中国博士后派出项目1项、吉林省科技发展计划重点研发项目1项、吉林省人才开发专项资金一类资助,参与“十四五”国家重点研发计划项目。近五年在Food Chemistry、Food Hydrocolloids、Food Research International等杂志发表SCI论文34篇,其中,以第一或通讯作者身份发表中科院一区SCI文章17篇。

闫昭卉

闫昭卉,吉林大学2023级食品科学与工程学院在读博士研究生,吉林大学吉林省营养与功能食品重点实验室团队成员。主要研究方向为:蛋白质基食品胶体制备与应用。近两年在Food Hydrocolloids、International Journal of Biological Macromolecules等杂志发表SCI论文6篇,其中,以第一作者身份发表中科院一区SCI文章3篇。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126487


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