多肽_金属元素配合物的研究进展及发展前景.pdf

413 方细娟， 曾庆祝* ， 战 宇， 林金鹰， 刘鹏， 顾采琴， 樊亚鸣 ( 广州大学化学化工学院， 广东广州 510006) 摘要: 多肽金属元素配合物是一类具有重要生物活性的新型有机金属化合物。综述了五种多肽金属配合物( 多 肽锌、 多肽铁、 多肽钙、 多肽铜、 多肽铬) 的国内外研究状况， 重点介绍了五种配合物的合成方法、 结构特点、 生 物活性及其应用。 关键词: 金属元素， 微量元素， 多肽， 配合物 Review on the development and application of peptideelement complexes FANG Xijuan， ZENG Qingzhu*， ZHAN Yu， LIN Jinying， LIU Peng， GU Caiqin， FAN Yaming ( College of Chemical Engineering， Guangzhou University， Guangzhou 510006， China) Abstract: The recent development and application of the peptide element complexes was reviewed.The preparation procedure and biological activities and development of the five peptide complexes chelated Zn， Fe， Ca， Cu， Cr were introduced. Key words: metal element; trace element; peptide; complex 中图分类号: TS201.2 +4 文献标识码: A文 章 编 号: 10020306( 2012) 04041304 收稿日期: 20110107* 通讯联系人 作者简介: 方细娟( 1988) ， 女， 硕士研究生， 主要从事生物活性物质 制备及功能性方面的研究。 基金项目: 广州市属高校科技计划项目( 广州市教育局 08C082) ; 广州 市科技计划项目。 一些金属元素尤其微量元素是动物机体代谢中 不可缺少的营养素之一。如果人类对必需金属元素 的需求不能从食物中获得， 就会导致缺乏， 比如缺 锌、 缺铁、 缺钙是目前发生较多的情况， 因此而开发 出了多种金属元素补充剂， 多肽微量元素配合物是 最新研究的一种锌补剂。多肽微量元素配合与氨基 酸微量元素螯合机理类似。氨基酸微量元素螯合是 通过二价阳离子( Cu、 Fe、 Zn、 Ca、 Cr 等) 与给予电子 体的氨基酸形成配位键， 同时与其羧基以离子键形 式形成五元环或六元环。肽与金属离子形成配合物 时， 除小肽的 N端氨基和 C端羧基以及氨基酸侧 链的某些基团可供配位之外， 肽链中的羰基和亚氨 基也可能参与配位， 因此， 相对于氨基酸微量元素螯 合效率来讲， 多肽微量元素的配合率及稳定性可能 会更高。研究实验已证实， 机体对蛋白质的需求并 不是以单一的氨基酸形式被吸收， 而是以小肽的形 式被吸收的。Hara1 较早就指出， 蛋白质在消化道中 的消化终产物大部分是小肽而不是游离氨基酸 ( FAA) 。另有研究报道， 金属元素在螯合或配合状 态下是利用配位体的转运系统， 而不是金属的转运 系统吸收的， 且小肽的转运系统和游离氨基酸相比， 具有耗能低、 转运速度快和不易被饱和等特点 2 。金 属元素与小肽形成配合物后， 能借助小肽的转运、 吸 收特点和机制以配合物整体的形式通过小肠被主动 吸收， 促进金属元素的吸收利用率的提高， 进而增强 体内酶的活性， 提高蛋白质、 脂肪和维生素的利用 率， 体现较高的生物学效价。本文就几种多肽微量 元素配合物的配合机理、 特点及生物活性国内外研 究结果及发展状况作一介绍， 以期为该领域有兴趣 的相关人员提供参考。 1多肽锌的研究状况 锌是人体必需的 14 种微量元素之一， 它不但具 有重要的生物功能， 而且参与多种酶的合成与组成， 与肌体的代谢及某些疾病的发生有极为密切的关 系。多肽锌既具有补锌作用， 还具有一些特殊的生 物活性。M.Gelinsky3 等报道了谷胱甘肽和谷胱甘肽 的衍生肽与 Zn 的配合方法， 合成的多肽锌配合物既 满足了人体对谷胱甘肽的需求也为人体补充了 Zn 元素。Vogler4 等介绍了含有二个半胱氨酸残基的 二肽和三肽分别与 Zn 形成配合物的技术方法， 并对 DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2012.04.074 414 所形 成 配 合 物 的 结 构 及 理 化 特 性 进 行 了 测 试。 Sarah5 等发现两类多肽即 GHTD 氨基化合物和它的 类似物 ISF402 与锌配合后同胰岛素一起注入小鼠 内， 它降低血糖的能力比单独使用胰岛素要强， 这是 因为这类多肽锌能改变锌胰岛素六聚体的结构， 致 使胰岛素降血糖的能力增强， 且发现肽中含 HTD 氨基酸系列和一个自由的 氨基酸与锌配合状态 是最好的， 配合过程中肽锌比为 11。Jiaxi6 等用酪 蛋白磷酸肽与 Zn 配合， 通过质谱法和电喷雾电离 对此配合物进行了结构分析， 发现肽的磷酸化会影 响 Zn 的配合， 且肽锌配合率随着酪蛋白的去磷酸 化而下降， 说明多肽锌配合位点与肽的磷酸化 有关。 国内对多肽锌的研究报道主要是在近几年， 许 庆凌 7 等以罗非鱼肉蛋白为原料制备多肽， 并合成多 肽 锌配合物， 确定了在 pH5.0、 温度 80、 DH 为 15% 、 多肽与 Zn 的质量比为41 时得到的多肽锌配 合物的得率和配合率最高， 通过红外光谱鉴定了配 合物的生成， 还通过动物实验及体外实验探索了多 肽锌配合物的生物活性， 证明它能显著提高小鼠巨 噬细胞的吞噬能力、 提高超氧化物岐化酶和氧化型 谷胱甘肽还原酶活力、 清除体内自由基等。郭存荣 8 等用制造的多肽锌配合物进行了奥尼罗非鱼养殖 实验， 结果发现， 饲料中添加一定量的多肽锌配合 物可显著提高奥尼罗非鱼的生长性能、 饲料利用率、 鱼血清溶菌酶含量及鱼血清总 SOD 活力等。刘伟 9 等用罗非鱼皮制取了鱼皮多肽水解液及多肽锌配 合物， 并申请了相关专利。赵海军 10 等用多肽螯合 锌喂养自然衰老的小鼠， 检测小鼠的肝组织匀浆的 丙二醛( MDA) 、 超氧化物岐化酶 ( SOD) 、 脂褐质 ( LPO) 、 总抗氧化能力( T AOC) 等指标， 发现多 肽锌可以明显提高小鼠体内的抗氧化能力以达到 抗衰老的作用。 2多肽铁的研究状况 有关 多 肽 铁 配 合 物 的 研 究 报 道 不 多。 Takashi11 等介绍了一种把 Fe 绑定在 淀粉多肽上 的聚合物， 它具有较强的氧化还原活性且在探讨老 年痴呆症的发病机理上起了重要的作用， 并实验用 拉曼光谱探索了 Fe 绑定位点， 发现酪氨酸残基、 谷 氨酸和天冬氨酸都可以绑定 Fe( ) 。Seumg12 等发 现猪血中含有很多铁元素， 尝试水解猪血来开发一 种新的补铁剂， 其制备方法是: 新鲜猪血经过 30min 的高速离心破碎血细胞， 用蛋白酶水解猪血蛋白得 到蛋白水解物， 之后用 YM3 膜包过滤水解产物， 最 后用凝胶渗透、 离子交换、 正相高效液相色谱法等多 种方法对多肽铁进行分离纯化， 经过 LC/ESI 质谱连 用技术对其结构进行了鉴定分析并最终确定了多肽 铁的氨基酸排列顺序。Guang13 等介绍了虾的酶解 液与 Fe 的配合工艺条件， 确定了当其水解度为 8% 时 Fe 绑定能力最高， 通过凝胶色谱发现其分子量大 概在 16ku， 还用离子交换色谱和 G25 葡聚糖凝胶 色谱柱分离纯化， 得到了最高 Fe 绑定能力的多肽， 并通过红外光谱分析发现 Fe 结合位点是在谷氨酸 残基上。 邓尚贵等 14 通过木瓜蛋白酶和风味酶的复合酶 水解低值鱼蛋白得到多肽水解物( HP) ， 并制备了多 肽铁配合物， 配合工艺重点研究了酶解的水解度对 螯合的影响， 得出水解度为 5% 的多肽与铁配合效果 最佳， 配合率为 94.15% ， 其体外实验证明， 用 50% 的 乙醇沉淀得到的多肽铁有明显的抗氧化活性， 而用 80% 的乙醇沉淀的多肽铁抑菌效果比较好。刘安 军 15 等采用不同的方法研究了多肽Fe 的抗氧化功 能， 证明多肽Fe 对丙二醛( MAD) 的生成有一定地 抑制作用， 对氧自由基和双氧水均有很强的消除 作用。 3多肽钙的研究状况 补钙剂的开发一直是国内外研究及制造的热门 产品。Bao16 等用透析、 凝胶色谱和傅里叶变换红外 光谱仪( FTIR) 对大豆多肽钙配合物的结构进行了 探索， 发现使用不同的蛋白酶水解大豆得到的多肽 结合 Ca 的能力明显不同， 其主要原因是不同蛋白酶 水解大豆后得到的多肽水解液的分子量明显不同， 推测出 Ca 结合能力最高是在多肽液分子量在 14.4ku 时， 且 Ca 结合能力与羧基含量呈线性相关， 红外光谱分析后得出钙结合位点最有可能是在天冬 氨酸和谷氨酸的羧基上。WK Jung17 等报道了在 醋酸溶液中用胃蛋白酶直接酶解长尾鳕废弃物， 得 到的多肽钙的溶解性能比较好， 采用羟基磷灰石亲 和层析对多肽钙水解物分离纯化， 并用 ESI QTOF 电喷雾串联质谱确定了多肽的氨基酸序列， 发现它 的氨基酸序列与肌动蛋白类似。 杨燊等 17 以南海低值鱼蛋白为原料， 采用木瓜 蛋白酶和风味酶的复合酶水解制备多肽复合物， 用 其制备多肽钙螯合物， 对螯合工艺及螯合产物的抗 氧化和抗菌功能特性进行了研究。李彦春 19 等以制 革厂的边角废料为原料， 经酶两步法水解制备出高 纯度胶原多肽， 按质量比( 胶原多肽葡萄糖钙) 为12 的条件反应， 制得新型胶原补钙制剂， 并通过小鼠应 用实验证明了胶原多肽钙的补钙效果明显优于其他 的无机钙。祝德义 20 等研究了胶原多肽与钙结合的 方式， 通过用紫外光谱、 傅里叶变换红外光谱、 环境 扫描电镜等手段， 对胶原多肽和钙的结合产物进行 了初步表征， 结果表明， Ca2 +既能与胶原多肽的氨基、 羧基配合结合， 也能与胶原多肽羧基离子键结合， 且 发现胶原多肽对 Ca 有吸附作用， 能进一步促进钙的 吸收。 4多肽铜的研究状况 铜是动物体必需微量元素， 对造血、 中枢神经系 统的发育、 骨及结缔组织的形成有重要作用， 而且铜 是多种氧化酶的成分， 比如超氧化物歧化酶、 细胞色 素氧化酶、 氨酸酶等。Michel21 等用电喷雾电离质谱 分析了多肽和 Cu 的相互作用， 比较了两种电喷雾发 射器， 一种是在铜的电解液中加入多肽样品， 实验结 束后发现溶液中只存在多肽Cu2 +， 而使用 Cu 作为 阳极， 电解液中则只有多肽， 但发现溶液中既有多 肽Cu + 又有多肽Cu2 +， 该发现为制备多肽铜提供 415 了一种新的方法。Fisher22 等用酪氨酸和苯基丙氨 酸制备的螯合铜具有与牛血红细胞类似的 SOD 活性 及抗炎作用。Mei23 等介绍了一种人工合成溶栓肽 与 Cu 在溶液中自我聚集形成聚合物的方法， 通过体 外实验发现其溶解血栓能力得到了很大程度地 提高。 肖厚荣 24 等通过酶活性测定、 荧光光谱和紫外 光谱研究了外加 Cu2 +与烟草多酚氧化酶( 简称 PPO) 的相互作用， 在酶中加微量 Cu2 +时可以增加 酶的活性， 而当 Cu2 +的量加大时， 酶活性反而下降。 孔薇 25 等人以大豆饼粕为原料， 用石油醚对原料先 进行了脱脂处理， 加入硫酸水解， 取上清液用活性 炭脱色并用氢氧化钙中和， 抽滤干燥后得水解多肽 粉末， 再与微量元素铜在 pH 7.0、 温度 100、 配位 比为 31、 反应时间为 45min 的条件下螯合制得复 合氨基酸铜， 并通过红外光谱分析证实了这种物质 的存在。 5多肽铬的研究状况 铬是以三价形式构成葡萄糖耐量因子， 通过协 助或增强胰岛素在体内的作用来发挥其生物学功 能， 对基础代谢具有重要的作用。Peter25 等研究了 多肽铬( V) 配合物的合成机理， 并通过光谱和质谱 对其配合特征进行了分析。LANG 等 27 报道了多肽 铬配合物对糖尿病小鼠肝脏蛋白质表达的影响， 以 三组小鼠实验作对比并在显微镜下观察它们肝脏的 形态和组织的变化， 结果发现多肽铬配合物可以降 低由四氧嘧啶诱导的相关蛋白从而提高其抗氧化作 用， 并能通过这种方式来保护肝脏。Deendayal28 等 从牛的肝脏中提取了低分子量的多肽铬， 探索了这 种低分子量多肽的氨基酸序列， 发现其与胰岛素受 体 亚基相匹配， 此发现为以后人工合成多肽铬提 供了依据。 乔伟等人 29 用大豆分离蛋白与无机铬( CrCl 3) 进行配合， 确定了其最佳配合条件为 pH 5.5， 摩尔配 比( SPCr) 31， 温度 90， 反应时间为 1h， 并用不同 的无机铬和多肽 铬分别喂养肉鸡， 结果发现多 肽铬螯合物吸收效果明显优于无机铬。王丽秀 30 等人对多肽铬的降血糖功能进行了研究， 发现胶原 蛋白多肽铬( ) 可以显著的降低血糖， 增加了肝糖 原的合成及葡糖糖激酶的活性。彭忠利 31 等用无机 铬( CrCl3) 、 氨基酸铬( AACr) 、 小肽铬( SPCr) 、 烟酸 铬( NiCr) 和吡啶羧酸铬( PiCr) 喂养肉鸡， 比较肉鸡 对不同铬源的吸收效果并探讨其吸收机制， 发现铬 的吸收受铬源的影响较大， 其中氨基酸铬和小肽铬 的吸收效果最好。 6结论 综上所述， 正是由于多肽的特殊吸收机理， 多肽 金属元素既能促进金属元素的吸收又能满足机体 对蛋白质的需求， 所以， 多肽金属元素配合物作为 一种新型金属有机化合物引起了人们的广泛关注。 有研究人员通过特殊氨基酸合成小肽， 进而配合金 属元素制备多肽金属元素配合物， 但发现成本较 高， 且在合成多肽过程中有可能导致化学物质残 留， 存在一定的食用风险。因此， 寻求从天然蛋白 源中制备多肽， 进而开发出具有特殊生物活性的新 型多肽金属元素配合物应具有更好的发展前景。 参考文献 1 Hara， et al.Protal absorption of small peptides in rat sunderun restrained condition J .Journal of Nutrition， 1984: 11141122. 2Rerat A.Amino acid absorption and production of pancreatic hormonedin nonanaesthetized pigs after duodenal infusions of a milk enzymic hydrolyzate or of free amino acidsJ .Brit J Nutr， 1988， 60: 121136. 3M Gelinsky， R Vogler， H Vahrenkamp.Zinc complexation of glutathione and glutathione derived peptidesJ.Inorganica Chimica Acta， 2003， 334: 230238. 4VOGLER R，GELINSKY M，GUO L F，et al.Solution behacvior and zinc complexation of di and tripeptides with two cysteine units J .Inorganica Chimica Acta， 2002， 339: 18. 5Sarah G Paule，Biljana Nikolovski，Justin Ludeman，et al.Ability of GHTDamide and analogs to enhance insulin activity 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