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海参胶廉蛋白生化性质及胶原肽活性研究 海参胶原蛋白生化性质及胶原肽活性研究 摘要 海参( s e ac u c u m b e r , h o l o t h u r i a n s ) 归属无脊椎动物棘皮动物门,以其较高的营养价 值和药学价值而被列为“八珍”之一。全世界约有9 0 0 多种海参,我国约有1 4 0 多种, 其中可供食用者约有4 0 多种。仿刺参( s t i c h o p u sj a p o n i c u s ) 生长于我国北部沿海, 是目前已知营养价值最高的一种可食海参。 海参的体壁是海参的主要食( 药) 用部位,其主要成分为胶原蛋白、酸性粘多糖 和海参皂甙。在过去的3 0 年中先后有中医提出以海参单用或组方治疗肿瘤和糖尿病 等都取得了良好的效果。国内外也有关于海参抗肿瘤、抗凝血作用和抗菌活性等方面 的报道。但是,目前国内外对海参的活性研究主要集中于粘多糖、海参素,脂质以及 微量元素等,对海参胶原肽活性研究未见报道。 和脊椎动物相比,海参胶原蛋白具有显著的难溶性。本论文即以仿刺参为研究对 象,采用生化分离技术提取纯化未变性胶原蛋白,研究其生化性质及分子结构性质。 采用商业酶对胶原蛋白进行酶解制备活性多肽,研究其抗氧化活性及其对小鼠b 1 6 黑 素瘤细胞株的酪氨酸酶活性及m r n a 表达的调控,并以抗氧化体系确定活性多肽的 构效关系。在此基础上进行动物实验,最终确定海参中活性成分的特性。本研究对于 进一步丰富胶原蛋白的研究领域,开发海参新的食( 药) 用功效,推进海参产业的发 展提供科学依据。 1 对仿刺参体壁的营养成分组成测定发现,仿刺参体壁所含氨基酸种类齐全, 氨基酸总量、必需氨基酸总量、鲜味氨基酸总量及药效氨基酸总量分别达体壁干重的 6 9 9 、1 9 o 、3 5 2 和3 7 6 。鲜活仿刺参体壁水分达9 1 4 4 ,干物质含量低于体 壁的1 0 。粗蛋白、多糖、脂肪、皂甙及灰分含量分别为干基的7 0 0 , 4 、1 3 、1 、 0 0 4 及4 2 。差示扫描量热仪( d s c ) 测定冻干仿刺参体壁蛋白热收缩温度( t s ) 为6 7 5 8 c 。v a ng i e s o n 染色法观察体壁组织结构,发现胶原纤维和肌原纤维分布在 仿刺参体壁的不同位置,其中大部分为胶原纤维,仅含少量肌原纤维。 2 对仿刺参胶原蛋白的提取及生化性质进行了研究。结果表明,低温提取可得 中国海洋大学博士学位论文 到胃蛋白酶促溶且去除端肽的酸溶性胶原蛋白( p s c ) 。紫外可见扫描测得p s c 的最 大吸收峰位于2 2 0n m ,具有较高的纯度;氨基酸分柝发现,在1 0 0 0 个总氨基酸残基 中,甘氨酸为3 2 9 个,羟脯氨酸为6 6 个,羟脯氨酸与脯氨酸之比为0 6 9 ,酪氨酸、 苯丙氨酸及组氨酸的含量较低,可能不含胱氨酸,这些特性均符合脊椎动物i 型胶原 的特征。s d s p a g e 电泳图谱分析及s e p h a c r y ls - 3 0 0h r 凝胶柱层析分离胶原a 链, 实验结果均表明,p s c 分子组成为( a 1 ) 3 ,且n 链类似于脊椎动物i 型胶原a l 链,分 子量约为1 3 5k d a 。苯酚一硫酸及次甲基蓝法测得p s c 的总糖及粘多糖含量分别为 0 6 1 及0 a g ;经d e a e 一5 2 纯化后,可得到除去秸多糖的蛋白纯品;差示量热扫描 法( d s c ) 测定p s c 的热稳定性温度( t s ) 为5 7 c ,低于牛皮i 型胶原5 c 。 3 对仿刺参胶原蛋白的分子结构进行了研究。胶原蛋白的v 8 蛋白酶切肽图分析 表明,仿刺参p s c 对v 8 蛋白酶的敏感性高于牛皮i 型胶原,和其氨基酸组成存在较 多的g l u 和a s p 有关。p s c 的双向电泳图谱表明,仿刺参p s c 的等电点约为4 。5 , - - 6 ,0 , 主要成分为q l 链,m a l d l t o f t o f 质谱仪测定结果发现,a 1 链可能存在的肽段为 a q v a a n t k , y p g c s g s i i i d d i r , e l t d v i n kg h v v s q h r , y t g g n g v v r , g s g w n g s d a v h n q m t n t r 及g t g g n s g n k 。 4 采用风味蛋白酶从仿刺参( s j a p o n i c u s ) 、墨西哥参( h o l o t h u r i am e x i c a n a ) 及菲律 宾刺参( p e a r s o n o t h r i a g r a e f f e i ) 体壁中提取胶原肽,并对其性质进行了表征。采用乙 醇浸泡法除皂苷,3 0 0 乙醇沉淀水解液中多糖,从而可批量纯化制备海参胶原肽。 采用高效液相色谱对其肽段分子量分布进行测定,结果表明三种胶原肽的主要平均分 子量分布为1 7 0 0d ,7 5 0d 及7 5d 。进行氨基酸组成测定发现,三种海参胶原肽所含 氨基酸种类齐全,仿刺参、墨西哥参及菲律宾刺参氨基酸总量分别为胶原肽干重的 9 9 2 l 、9 8 7 2 及5 0 2 7 ;必需氨基酸总量分别占胶原肽干重的2 5 0 1 、1 5 4 1 及 1 2 5 7 ;鲜味氨基酸总量分别占胶原肽干重的5 3 8 2 、5 6 1 及2 6 3 2 ;药效氨基 酸总量分别占胶原肽干重的5 4 3 5 、5 1 6 5 及2 6 1 2 ,表明海参胶原肽具有极高的 营养及医学价值。 5 三种海参胶原肽对超氧阴离子( 0 2 ) 和羟基自由基( o 啪的清除作用表明,三种 胶原肽均可有效去除超氧阴离子自由基及羟基自由基,清除作用随浓度的增大而增 强。仿刺参对超氧阴离子的清除效果最好,i c 5 0 为2 1 8m g m l ;墨西哥参hm e x i c a n a v i i i 海参胶原蛋白生化性质及胶原肽活性研究 对羟基自由基的清除效果最好,i c 5 0 为0 2 0m g m l 。 6 采用o x l d l 建立血管内皮细胞氧化损伤模型,观察和比较了三种海参胶原肽 对血管内皮细胞的保护作用。结果表明,三种海参胶原肽在4 8h 内均能显著促进 o x l d l 诱导损伤的血管内皮细胞的增殖( p o 0 1 ) ,降低细胞内m d a 水平( p o 0 1 ) , 显著提高细胞内n o s 活性和n o 释放量( 尸 o 0 1 ) ,且其作用效果随浓度的增大而增强, 其中仿刺参胶原肽的促进效果最好,菲律宾刺参的效果最差。 7 通过紫外线模拟日光诱发小鼠皮肤光老化模型,研究海参胶原肽对皮肤光老 化小鼠的抗氧化和免疫功能的调节作用。结果表明,仿刺参胶原肽可显著降低紫外线 光老化模型小鼠血清及皮肤中m d a 含量,增加羟脯氨酸含量( 皮肤) ,提高s o d 及 g s h - p x 的活性;显著增强紫外线光老化模型小鼠腹腔巨噬细胞吞噬能力,提高小鼠 脾指数和胸腺指数、脾b 淋巴细胞及脾t 淋巴细胞转化数( p o 0 5 ,p 0 0 1 ) 。 8 通过体外培养小鼠b 1 6 黑素瘤细胞株,研究了仿刺参胶原肽对b 1 6 细胞的酪 氨酸酶活性及m r n a 表达的调控。结果表明,仿刺参胶原肽能显著促进b 1 6 细胞生 长( p _ o 0 5 ,p 0 0 1 ) ,且剂量效应关系明显;低浓度的胶原肽对酪氨酸酶活性抑制 无显著效果,当胶原肽浓度为1 0 0p g m l 时,对酪氨酸酶活性抑制率高达2 1 1 7 ( p o 0 1 ) ,呈浓度依赖性抑制;可抑制小鼠b 1 6 f 1 0 细胞酪氨酸酶m r n a 表达,随 着海参胶原肽浓度的增加,抑制率由2 5 “g m l 时的3 6 7 9 0 4 增大至1 0 0i _ t g m l 的 6 9 6 9 0 4 ,其作用途径与抑制酪氨酸酶的生成量和激活有关。 关键词:仿刺参:胶原蛋白;抗氧化;皮肤光老化;酪氨酸酶 i x 中国海洋大学博十学位论文 s t u d yo nt h eb i o c h e m i c a ic h a r a c t e r i z a t i o no fc o ii a g e na n d a c t i v i t yo fc o ii a g e np e p t i d ee x t r a c t e df r o mt h eb o d yw a i j o fs e ac u c u m b ers ti c h o p u s j a p o ni c u s a b s t r a c t s e ac u c u m b e r sb e l o n g i n gt ot h ep h y l u me c h i n o d e r m a t ao fi n v e r t e b r a t ea r et r a d i t i o n a l t o n i cc o n s u m e db yc h i n e s ea n dj 印a n e s eb e c a u s eo f i t sh i g hn u t r i t i o n a la n dm e d i c a lv a l u e t h e r ea r em o r et h a n9 0 0k i n do fs e ac u c u m b e r si nt h ew o r l da n dm o r et h a n1 4 0i nc h i n a h o w e v e r , o n l y4 0 虹n do fs e ac u c u m b e r sf o u n dt ob ee d i b l ei nw h i c hsj a p o n i c a si st h e b e s to f e d i b l es e ac u c u m b e r sd i s t r i b u t e di nt h es e a s i d eo f n o r t hc h i n a t h em a j o re d i b l ep a r t so fs e ac u c u m b e ra l et h eb o d yw a l lm a i n l yc o n s i s t i n go f c o l l a g e n ,m u c o p o l y s a c c h a r i d e sa n dg l y c o s i d e s d u r i n gt h ep a s t3 0y e a r s ,s e ac u c u m b e r s w e r eu s e dt oc u r et u m o ro rd i a b e t e ss u c c e s s f u l l yb yh e r b a l i s td o c t o r f u r t h e r m o r e ,s e a c u c u m b e r sa l s ow e r ef o u n dt oh a v ea c t i v i t yo fa n t i t u m o r , a n t i f u n g ia n da n t i c o a g u l a n tb y d o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h t h e r ei sl i t t l ei n f o r m a t i o na b o u tt h e a c t i v i t yo fs e a c u c u m b e r c o l l a g e np e p t i d e c o n t r a s t e dt o al o to fr e s e a r c ho nt h ea c t i v i t yo f m u c o p o l y s a c c h a r i d e s ,g l y c o s i d e s ,l i p i d sa n dt r a c ee l e m e n t c o n t r a s t e dt ov e r t e b r a t e ,c o l l a g e no fs e ac u c u m b e rh a dm o r ed i f f i c u l t yt od i s s o l v e i n t h i sp a p e r , p e p s i n s o l u b i l i z e dc o l l a g e n ( p s c ) w i t h o u tt e l o p e p t i d e sw a sp r e p a r e df r o mt h e b o d yw a l lo fs e ac u c u m b e r j a p o n i c u sa n dt h eb i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i z a t i o na n dt h e m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fp s cw e r es t u d i e d c o l l a g e np e p t i d e sw i t h o u tm u c o p o l y s a c c h a r i d e s a n dg l y c o s i d e sw e r ee x t r a c t e df r o mt h eb o d yw a l lo fs j a p o n i c u sb yak i n do fc o m m e r c i a l e n z y m e a n t i o x i d a t i o ni nv i t r oa n di nv i v oa n dr e g u l a t i o no f t y r o s i n a s em r n ai nb 1 6 f 1 0 m u r i n em e l a n o m ac e l l sb yc o l l a g e np e p t i d ew e r ee x p l o r e d f u r t h e r m o r e ,t h er e l a t i o n s h i po f c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n da n t i o x i d a n ta c t i v i t i e so fc o l l a g e np e p t i d ef u r t h e rs u g g e s t st h e a n t i o x i d a n ta c t i v i t ym e c h a n i s mo fp e p t i d e s t h ep a p e rw a sa i m e dt ob r o a d e nt h er e s e a r c h x 海参胶原蛋白生化性质及胶原肽活性研究 f i e l do fc o l l a g e n p r o d u c eh i g h v a l u e df u n c t i o n a lf o o da n dm e d i c i n ef r o ms e ac u c u m b e r a n dp r o v i d eav a l u a b l es c i e n t i f i cb a s i sf o rt h ei n d u s t r i a l i z a t i o nd e v e l o p m e n to fs e a c u c u m b e r t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s : 1 i nt h i sp a p e r , t h en u t r i t i v ec o m p o s i t i o no f s e ac u c u m b e rb o d yw a l lw a sd e t e r m i n e d t h ec o m p o s i t i o nf e a t u r e so fa m i n oa c i ds h o w e dt h a tc o n t e n t so ft o t a la m i n oa c i d s ,t o t a l e s s e n t i a la m i l o i d s t o t a ld e l i c i o u sa m i n oa c i d sa n dt o t a ld r u g e f f e c t i v ea m i n oa c i d si n d r ys a m p l e so f b o d yw a l lw e r e6 9 9 ,1 9 o ,3 5 2 a n d3 7 6 ,r e s p e c t i v e l y c o n t e n t so f m o i s t u r ei n 舭s hb o d yw a l l v t r a sa b o u t9 1 4 4 c o n t e n t so fc r u d e p r o t e i n , m u c o p o l y s a c c h a r i d e s ,f a t ,g l y c o s i d e sa n da s hi nd r ys a m p l e so f b o d yw a l lw e t e7 0 ,1 3 , l ,o 0 4 a n d4 2 ,r e s p e c t i v e l y i so fc r u d ep r o t e i ni nb o d yw a l lo fr a w j a p o n i c u s w a s6 7 5 8 6 cd e t e r m i n e db yd s c u s i n gv a ng i e s o ns t a i n i n gt e c h n o l o g yt oo b s e r v et h e s t r u c t u r eo f t h ed i f f e r e n tp a r to f r a ws e ac u c u m b e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc o l l a g e nf i b r i l s a n d m y o f i b r i l sw e g ed i s t r i b u t e di nd i f f e r e n tp a r to f s j a p o n i c u sb o d yw a l la m o n gw h i c ht h e m o s tp a r sw e r e c o l l a g e nf i b r i l s 2 t h ei n t a c tc o l l a g e n sw e r ei s o l a t e df r o mt h eb o d yw a l lo f s t i c h o p u s j a p o n i c u sb ya l l e wm e t h o da n dt h e i rb i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i z a t i o nw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t p e p s i n - s o l u b i l i z e de o l l a g e n s ( p s c ) w i t h o u tt e l o p e p t i d ec o u l d b e p r e p a r e d a tl o w t e m p e r a t u r e t h r o u g ht h eu l t r a v i o l e ts c a n n i n gs p e c t r af r o m1 9 0t o4 0 01 1 1 1 3 ,t h ep s c p r e s e n t e dm a x i m u ma b s o r p t i o na t2 2 0m nw h i c h 、 ,a sc o n s i s t e n tw i t ht h a to ft y p e lc o l l a g e n t h ec o m p o s i t i o n a lf e a t u r e so ft h ea m i n oa c i dw e r ew i t ht h eh i g hc o n t e n t so f g l y c i n e ( 3 2 9r e s i d u e s 1 0 0 0 ) a n dh y d r o x y p r o l i n e ( 6 6r e s i d u e s 1 0 0 0 ) ,b u t 埘t i ll o wc o n t e n t so f t y r o s i n e ,p h e n y l a l a n i n e a n dh i s t i d i n e n o e y s t e i n e w a sd e t e c t e d t h er a t i oo f h y d r o x y p r o l i n et op r o l i n ew a so 6 9 i tw a sc o n c l u d e dt h a tp s cw a st y p i c a lic o l l a g e n c o m b i n e d w i t h t h er e s u l t s o f s d s - p a g ea n ds e p h a c r y l s 3 0 0 h r , p s c w a s ( a i ) 3 1 1 - 自f f l e r s w h i l eac h a i n ( a b o u t1 3 5k d a ) r e s e m b l e da lc h a i no ft y p e ic o l l a g e no fv e r t e b r a t e t h e c o n t e n to f t o t a lp o l y s a c c h a r i d ed e t e r m i n e dw i mp h e n o l s u l f u r i ca c i dm e t h o dw a s0 6 1 a n d t h eg l y c o s a m i n o g l y c a nm e a s u r e dw i t i lc a t i o n i cd y eo fm e t h y l e n eb l u ew a so 4 8 t h e c o l l a g e nc o u l db es e p a r a t e d f r o mg l y c o s a m i n o g l y c a n b yd e a e - 5 2 t h et h e r m a l x i ! 堕堂堂奎兰塑主兰垡堡兰 d e n a t u r a t i o nt e m p e r a t u r ew a s5 7 ca sm e a s u r e db yd s c ,a b o u t5 。c l o w e rt h a nt h a to f t y p e ic o l l a g e no f c a l f 3 t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo fp s cw a ss t u d i e di nt h i sc h a p t e r t h ep e p t i d em a p so f p s cd i g e s t e db yv 8p r o t e a s e ,i nc o m p a r i s o nw i t hc a l fs k i nt y p eic o l l a g e n ,w a sp e r f o r m e d o n1 2 g e l n l er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tc a l fs k i nt y p e ic o l l a g e nw a sn l o r et o l e r a n tt o d i g e s t i o nb yv 8p r o t e a s et h a np s c v 8p r o t e a s ee x h i b i t e dah i 【g hd e g r e eo fs p e c i f i c i t yf o r g l u t a m i ca c i da n da s p a r t i ca c i dr e s i d u e sa n dp r o t e i n s t h u s ,g l u t a m i ca c i da n da s p a r t i ca c i d r e s i d u e so fs k i nc o l l a g e no fc a l fm i g h tb el o w e rt h a nt h a to fp s c j u d g i n gf r o mt h e e l e c t r o p h o r e t i cp a t t e r n so f2 d p a g e ,龇p io fp s cc o n s i s t i n 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o p o l y s a c c h a r i d e sb ye t h a n o lp r e c i p i c a t i o n t h er a t i oo fe t h a n o lt oh y d r o l y t ew a s3 :1 ( v :v ) t h em o l e c u t a rw e i g h td i s t r i b u t i o no ft h et h r e ek i n do fc o l l a g e np e p t i d e s w a s s e p a r a t e di n t ot h r e em a j o rp e p t i d ef r a g m e n t sw i t ha v e r a g em o l e c u l a rw e i g h t s o f1 7 0 0 ,7 5 0 a n d7 5d a , r e s p e c t i v e l y 砀。c o m p o s i t i o n a lf e a t u r e so f t h ea m i n oa c i ds h o w e dt h a tc o n t e n t s o ft o t a la m i n oa c i d s ,t o t a le s s e n t i a la m i n oa c i d s ,t o t a ld e l i c i o u sa m i n oa c i d sa n dt o t a l d r u g e f f e c t i v ea m i n oa c i d si nd r ys a m p l e so fc o l l a g e np e p t i d e s o fs - j a p o n i c u s 、h m e x i c a n aa n d 户g r a e f f e iw e r e9 9 2 1 ,9 8 ,7 2 ,5 0 2 7 ;2 5 0 1 ,15 4 1 ,1 2 5 7 ; 5 3 8 2 5 6 1 ,2 6 3 2 ;5 4 3 5 ,5 1 6 5 ,2 6 1 2 r e s p e c t i v e l y h o w e v e r , c o l l a g e nh a d t l i g hn u t r i t i o n a la n d m e d i c a lv a l u e 5 t h es c a v e n g i n ge f f e c t so fc o l l a g e np e p t i d e so ns u p e r o x i d e ,h y d r o x y lr a d i c a lw e r e s t u d i e db yt h em e t h o do fc h e m i l u m i n e s c e n c es y s t e m t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta l lo ft h e 海参胶原蛋白生化性质及胶原肽活性研究 t h r e ek i n do fc o l l a g e n p e p t i d e sh a de x c e l l e n ts c a v e n g i n ge f f e c t so n s u p e r o x i d ea n d h y d r o x y lr a d i c a l f u r t h e r m o r e t h es c a v e n g i n ge f f e c t si n c r e a s e dw i t l lt h ei n c r e a s i n go f p e p t i d e sc o n t e n t ,s c a v e n g i n ge f f e c t so fc o l l a g e np e p t i d e sf r o m j a p o n i c u so ns u p e r o x i d e w a st h eb e s tw i t hi c 5 0v a l u e so f2 1 8m g m lw h i l et h a to fc o l l a g e np e p t i d e sf r o m 丑 m e x i c a n ao nh y d r o x y lr a d i c a lw a st h eb e s t 、i t l li c 5 0v a l u e so f0 2 0m g m l a m o 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u r t h e r m o r e ,c o l l a g e np e p t i d e e x h i b i t e da ni n h i b i t o r ye f f e c to nt h ee x p r e s s i o no ft y r o s i n a s em r n a t h ee x p r e s s i o n c o n t e n to f t y r o s i n a s em r n ad e c r e a s e d3 6 7 9 a n d6 9 6 9 o 0 1 ) a f t e rt r e a t e d 谢t 1 12 5 p g m la n d1 0 0 i g m lc o l l a g e np e p f i d e f o r4 8l l ,r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s :sj a p o n i c u s ;c o li a g e n :a n t i o x i d a t i o n ;s k i np h o t o a g i r i g ; t y r o s i n a s e x l v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含未获得f 洼! 翅塑查墓丝 置要特别声明的,奎栏可空! 或其他教育机构的学位或证书使用过的
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