植物乳杆菌发酵大麦蛋白质结构特性及其降脂作用机制研究

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大麦中蛋白质含量丰富,氨基酸种类齐全,但其溶解性较差。有研究表明,大麦经过发酵后可以增加其水溶性蛋白质的含量,并且,课题组前期研究发现,植物乳杆菌发酵大麦提取物中的蛋白质,具有抑制脂质积累的能力,但是具备降脂活性的蛋白质的结构特性及其降脂作用机制尚不明确,因此,本论文在此基础上,分离纯化获得植物乳杆菌发酵大麦活性蛋白质,解析其结构特性,并采用秀丽隐杆线虫高脂模型初步探讨其降脂作用机制。主要研究内容与结果如下:1.对比研究了植物乳杆菌dy-1不同发酵时间大麦提取物的降脂活性。结果表明不同发酵时间的大麦提取物均可以抑制HepG2细胞周围脂滴聚集,而发酵时间为24 h的大麦提取物的降脂活性最为显著。发酵时间为24 h时,蛋白质分子量主要分布于35~42 k Da以及25 k Da以下。2.结合HepG2细胞高脂模型分离纯化获得LFBE中最佳降脂活性蛋白质。采用硫酸铵分级沉淀获得LFBE粗蛋白,得到LFBEP-A1,LFBEP-A2,LFBEP-A3三个组分,结合HepG2细胞高脂模型,得到降脂活性较强的组分为LFBEP-A3;以Q Beads 6FF强阴离子交换层析对LFBEP-A3进行分离纯化,得到LFBEP-B1,LFBEP-B2,LFBEP-B3三个组分,结合HepG2细胞高脂模型得到活性较强的组分LFBEP-B3;以Superdex 75凝胶柱柱层析对LFBEP-B3进行分离纯化,得到LFBEP-C1和LFBEP-C2两个组分,同样结合HepG2细胞高脂模型得到纯度单一并具备最佳降脂活性的发酵大麦活性蛋白质LFBEP-C1。3.采用SDS-PAGE凝胶电泳、紫外光谱扫描、傅里叶红外光谱扫描、圆二色谱及质谱并结合PSIPRED、NCBI-BLAST及SWISS-MODEL等在线分析网站解析了LFBEP-C1的结构特征,探讨了相关结构与其降脂活性的相关性。结果表明:(1)理化性质分析可知,LFBEP-C1不含酸性多糖、游离性还原糖、鞣质与淀粉,且蛋白质含量为65.66±1.15%,糖含量为31.89±0.76%。(2)与未经碱溶液处理的LFBEP-C1相比,碱溶液处理的LFBEP-C1在240 nm处出现了明显的吸收峰。由此说明LFBEP-C1中的糖肽键为O-型糖肽键。(3)LFBEP-C1的相关基团吸收:LFBEP-C1在3319 cm-1与2934 cm-1处出现的吸收峰,分别对应于O-H与C-H的伸缩振动;1650 cm-1附近出现的吸收峰代表羰基(C=O)伸缩振动或N-H变形振动;1600~1450 cm-1处出现的吸收峰,对应于C=C伸缩振动;1043 cm-1出现的吸收峰代表C-O键伸缩振动,说明LFBEP-C1中含有吡喃环。(4)红外光谱扫描发现LFBEP-C1的二级结构依次为:38.3%α-螺旋、33.7%无规则卷曲、19.3%β-转角与8.7%β-折叠,圆二色谱分析发现LFBEP-C1的二级结构为38%α-螺旋、37.9%无规则卷曲、19.8%β-转角与9.3%β-折叠,并结合PSIPRED在线网站,综合可知,LFBEP-C1是一个以α-螺旋结构为主要二级结构的蛋白质。(5)通过质谱分析可知LFBEP-C1的氨基酸序列,其理论分子量为48 k Da,氨基酸覆盖率为63%。通过NCBI-BLAST对获得的氨基酸序列进行同源分析可知,LFBEP-C1与大麦中的一种丝氨酸蛋白酶抑制剂serpin-Z4的匹配度最高,其序列覆盖度为87%。4.采用秀丽隐杆线虫高脂模型,研究了LFBEP-C1对秀丽隐杆线虫的降脂作用机制。结果表明:(1)LFBEP-C1可显著降低高糖饮食下的线虫体内脂质沉积。当线虫摄入不同含量的LFBEP-C1后,线虫体内脂质积累明显降低,且当LFBEP-C1浓度为20μg/m L时降脂活性最佳。(2)LFBEP-C1在线虫体内主要通过介导SREBP信号通路、胰岛素信号通路及5-羟色胺(5-HT)信号通路中相关基因的表达来调控线虫体内的脂质代谢水平。即通过抑制线虫体内mdt-15与sbp-1 m RNA的表达水平,进而抑制下游因子fat-5、fat-6及fat-7的表达水平,从而减少脂肪酸合成;同时,LFBEP-C1能促进线虫体内5-HT的合成与转运,进而激活acs-2的表达,从而加速线虫体内脂肪酸β-氧化;此外,LFBEP-C1可通过下调高脂线虫体内daf-2 m RNA表达水平,导致daf-16的表达水平提高来调控线虫体内脂质代谢与寿命。同时选取fat-5、fat-6、fat-7、daf-2及daf-16基因缺陷性线虫对其进行验证,结果发现LFBEP-C1对线虫的脂质沉积并没有显著的抑制作用,因此,LFBEP-C1可通过介导SREBP信号通路、胰岛素信号通路及5-HT信号通路并增强线虫的运动能力来有效降低线虫体内的脂质积累。
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