基于计算机辅助技术对丽江雪桃多酚氧化酶抑制机理的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dingmx2008
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多酚氧化酶(PPO)引起的酶促褐变会导致果蔬食品色泽劣变,营养成分降低,甚至使其丧失商品价值。因此,在果蔬食品生产中通常会采用多种手段抑制PPO活性,以降低酶促褐变发生率。本研究以丽江雪桃为对象,分离纯化获得溶解态多酚氧化酶(sPPO)和膜结合态多酚氧化酶(mPPO)两种形态的PPO,在光谱分析的基础上结合同源建模、分子对接、分子动力学模拟等计算机辅助技术,从分子水平上探讨了化学抑制剂和超高压处理等手段对雪桃sPPO和mPPO的抑制机理。主要的研究结果如下:(1)雪桃sPPO和mPPO的生物信息学和结构分析。雪桃sPPO和mPPO蛋白经硫酸铵分级沉淀、DEAE Sepharose fast flow柱层析和Sephacryl S-200 HR 16/60柱层析分离纯化后,其比活力分别为18702 U/mg和128692.5 U/mg,纯化倍数分别为7.34和37.13。sPPO和mPPO的分子量分别约为38 k Da和70 k Da,等电点分别为5.82和6.51。经生物信息学分析,sPPO和mPPO均属于稳定的亲水性蛋白,sPPO定位于细胞质体中,无跨膜螺旋存在,而mPPO存在于线粒体中,存在2个跨膜螺旋。经同源建模分析,sPPO的三维结构主要由4段α-螺旋、2段β-折叠和多条无规则卷曲结构组成;而mPPO的三维结构主要含有6段α-螺旋、8段β-折叠和多条无规则卷曲。sPPO和mPPO均存在两个铜离子结合区,sPPO的铜离子与His15、His24、His146、His150和His180配位结合,而mPPO的铜离子与His93、His116、His125、His252、His256和His286配位结合。(2)化学抑制剂对雪桃sPPO和mPPO的抑制机理探究。开展了L-半胱氨酸、还原型谷胱甘肽和硫脲等3种抑制剂对sPPO和L-半胱氨酸、还原型谷胱甘肽、硫脲、茴香醛和桂皮醛等5种抑制剂对mPPO的抑制效果研究。经抑制动力学分析,硫脲对sPPO和mPPO属于不可逆抑制,而其他抑制剂均属于可逆抑制。经光谱实验分析,上述抑制剂均能增加PPO的表面疏水性、改变氢键数量、降低α-螺旋含量,增加β-折叠含量。更重要的是,抑制剂与sPPO、mPPO的结合方式存在一定差异。分子对接表明,L-半胱氨酸、还原型谷胱甘肽、桂皮醛和茴香醛能进入PPO的活性腔内,而硫脲则结合在PPO的活性腔外。此外,氢键是sPPO与抑制剂结合的主要驱动力,而离子接触则是mPPO与抑制剂结合的主要驱动力。分子动力学模拟表明,sPPO与抑制剂体系比mPPO体系波动更大,即sPPO活性更容易降低。(3)超高压对雪桃sPPO和mPPO的抑制机理探究。200 MPa超高压处理后,sPPO和mPPO出现了激活现象;而压力升高到400MPa和600 MPa时,两种酶的活性逐渐降低,且超高压对sPPO的钝化效果明显强于mPPO。分子动力学模拟表明,200 MPa模拟压力下,sPPO和mPPO铜结合区中的两个铜离子距离、以及铜离子和His残基之间的距离减少,且PPO的活性口袋暴露于蛋白表面,上述变化都会提高PPO的催化活性。相比之下,600 MPa模拟压力下,sPPO和mPPO的两个铜离子的距离、以及铜离子与His残基之间的距离增加,活性口袋被嵌埋于蛋白内部,上述变化均会降低酶的催化活性。此外,高压还会导致sPPO的loop区域显著变化,而mPPO的多肽链在高压下仍具有较好的稳定性。分子对接表明,在200 MPa和600 MPa压力下模拟的sPPO和mPPO与底物分别有最高和最低的亲和力,与HPP处理后的酶活结果相符。sPPO和mPPO的光谱结果表明超高压对sPPO和mPPO的二级结构影响不大,但能导致三级结构变化,与模拟结果基本相符。
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