基于生物信息学的活性肽挖掘及其定量构效关系和降压活性研究

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活性肽是由20种天然氨基酸以不同排列方式所组成,对人体生理机能具有调节作用的肽类化合物,它们可具有多种生理活性,如免疫促进、降低血压和降低血脂等。活性肽一般以无活性的形式存在于其母体蛋白之中,需经酶解才能被释放出来。目前大量的活性肽已从食源性蛋白中被分离和鉴定。传统活性肽的发现需经过酶解、分离、纯化、鉴定及活性评价等过程,耗时耗力。近年来随着生物信息学技术的发展,为活性肽的挖掘提供了大量的技术如模拟水解和相关的数据库如蛋白数据库、活性肽数据库等。利用生物信息学所提供的技术与数据库可以实现活性肽的快速挖掘。尽管如此,目前所发现的活性肽所具有的生物活性一般较弱,还需对其结构进行修饰,改善其生物活性,以促进其在健康领域方面的应用。定量构效关系是一种定量描述物质结构与生理活性之间关系的模型,可有助于活性肽的设计及对未知结构活性肽的生物活性预测。
  本研究选取已完成全基因组测序并具有重要经济价值的海洋生物生蚝作为研究对象,以生蚝肌肉蛋白作为目标蛋白,利用生物信息学技术,对生蚝肌肉蛋白进行模拟水解,并基于活性肽数据库,从中筛选出生蚝活性肽,以促进生蚝资源的开发利用;在各类活性肽中,血管紧张素转化酶(ACE)抑制肽是研究最多且极具降压潜力的一类活性肽。本研究将一步构建基于序列的ACE抑制肽的定量构效关系模型以指导ACE抑制肽的设计,并对其体外活性和体内降压作用进行评价。通过本研究,得到主要研究结果如下:
  1、利用不同的单酶(胰蛋白酶、胃蛋白酶和乳糜蛋白酶)进行酶解,所获得的小肽种类和数量差异较大,其中以乳糜蛋白酶所获得的小肽种类和数量最多,因而乳糜蛋白酶是水解生蚝蛋白的最优单酶。
  2、两种蛋白酶联合水解效果强于单一酶的水解效果,其中胰蛋白酶与乳糜蛋白酶联合水解所获得小肽种类和数量最多,因而二者是水解生蚝蛋白的最优酶组合。
  3、通过模拟水解与活性肽库比对分析从生蚝肌肉蛋白中挖掘出87种二肽及192种三肽,这些肽具有降压、降血脂、抗氧化等活性。
  4、利用CORAL软件构建了基于序列的ACE抑制二肽的定量构效关系,依据此模型发现羧基端为色氨酸最有助于肽ACE抑制活性的改善。
  5、基于建立的QSAR模型,20种C端为色氨酸的二肽被设计,并且它们的ACE抑制、抗氧化和抗炎症等生物活性被测定,从而发现VW,CW和QW分别是ACE抑制、抗氧化活和抗炎症活性最强的二肽。
  6、以原发性高血压大鼠作为动物模型对VW、CW和QW联合降压活性进行了评价,其结果表明三者联用可以显著降低大鼠的收缩压,具有用于高血压防治的潜力。
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