大豆抗原蛋白的結(jié)構(gòu)和功能及其對(duì)魚(yú)類(lèi)消化生理功能的影響

殷海成

（河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，河南鄭州450001）

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綜述

大豆抗原蛋白的結(jié)構(gòu)和功能及其對(duì)魚(yú)類(lèi)消化生理功能的影響

殷海成

（河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，河南鄭州450001）

大豆抗原蛋白既是大豆的主要營(yíng)養(yǎng)成分，又是大豆中的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子之一，同時(shí)也是制約大豆蛋白在食品或飼料工業(yè)中利用的關(guān)鍵因素。本文綜述了大豆抗原蛋白的結(jié)構(gòu)、功能及其對(duì)魚(yú)類(lèi)消化生理功能的影響，旨在為大豆蛋白的合理開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

大豆抗原蛋白；結(jié)構(gòu)；功能；消化生理；魚(yú)類(lèi)

大豆蛋白因營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而被廣泛應(yīng)用于食品與飼料工業(yè)。然而，大豆蛋白中含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子（ANF），如胰蛋白酶抑制因子、抗原蛋白、凝集素、單寧、皂甙和生物堿等（Tsukada等，1986）。其中大豆抗原蛋白，易引起動(dòng)物機(jī)體的過(guò)敏反應(yīng)（Herian等，1990）。過(guò)敏反應(yīng)能夠干擾動(dòng)物腸道生理功能，影響腸道的新陳代謝以及對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，進(jìn)而影響動(dòng)物特別是幼小動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育。大豆抗原蛋白按免疫學(xué)方法分為：大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、γ-伴大豆球蛋白和α-伴大豆球蛋白；按沉降系數(shù)S分為：2S、7S、11S、15S組分。其中β-伴大豆球蛋白屬于7S組分，分子質(zhì)量為140～180 ku，是由α、α＇和β三個(gè)亞基組合而成的三聚體，并以α和α＇亞基的抗原性最強(qiáng)（Amigo-Benavent等，2011；Krishnan等，2009）。大豆球蛋白為11S組分，由6個(gè)酸性（A）亞基和6個(gè)堿性（B）亞基組成的分子質(zhì)量為300～380 ku的六聚體復(fù)合物，其中酸性亞基可引起人體和動(dòng)物的過(guò)敏（Adachi等，2003）。通過(guò)二級(jí)結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)于蛋白質(zhì)的功能有著至關(guān)重要的作用，一旦二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，蛋白質(zhì)的功能就發(fā)生巨大的變化（Badley等，1975）。本文綜述了大豆球蛋白與β-伴大豆球蛋白結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，以及其對(duì)魚(yú)類(lèi)消化生理的影響，旨在為魚(yú)類(lèi)充分利用大豆蛋白奠定基礎(chǔ)。

1　大豆球蛋白的基本結(jié)構(gòu)

大豆球蛋白約占大豆籽實(shí)體總蛋白的19.5%～23.1%和總球蛋白的40%，是主要的貯藏蛋白和最大的單體組分，屬于11S球蛋白，分子質(zhì)量為300～380 ku（Hou和Chang，2004；Adachi等，2003）。大豆球蛋白也是含糖蛋白較少的聚合蛋白質(zhì)（0.8%的糖），是酸性和堿性亞基（每個(gè)亞基約60 ku）交互連接而成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；酸性亞基包括Ala、A1b、A3、A4、A5、A6，堿性亞基包括B1a、B1b、B3、B4、B5、B6，分別通過(guò)二硫鍵（S-S）連接而成，形狀為2個(gè)環(huán)狀六角形；其單聚體亞基可表示為A-S-S-B，A為酸性多肽鏈，分子量為34～44 ku；B為堿性多肽鏈，分子量為20 ku；SS是二硫鍵（Nielsen等，1989）。目前已知有5種單體形式，分別為：AlaB1b（53.6 ku）、A1bBlb（52.2 ku）、A1bBla（52.4 ku）、A3B4（55.4 ku）和A5A4B3（61.2 ku）（Maruyama等，1998）。11S球蛋白中，蛋氨酸含量較低，賴(lài)氨酸含量較高，纈氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸和異亮氨酸占23.5%，賴(lài)氨酸、精氨酸、組氨酸、谷氨酸和天冬氨酸占46.7%（周瑞寶和周兵，1998）。在二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋約有24%、β-折疊約有30%、β-轉(zhuǎn)角約有31%以及12%的無(wú)規(guī)則卷曲（朱翠等，2011）。

2　β-伴大豆球蛋白的基本結(jié)構(gòu)

β-伴大豆球蛋白作為另一種主要貯藏蛋白，約占大豆籽實(shí)體總蛋白的10.0%～12.7%和總球蛋白的30%，分子質(zhì)量為140～180 ku，同時(shí)它又是糖基化蛋白質(zhì)，約含有4%～5%的碳水化合物（氨基葡糖和甘露糖殘基）（Mujoo等，2003）。β-伴大豆球蛋白由α、α＇和β三個(gè)亞基組成且具有82%的同源性，分子質(zhì)量分別為58～77、58～83、42～53 ku（Coates等，1985）。3個(gè)亞基在組成上具有多樣性，表示為：αxα＇yβz（x、y、z代表相對(duì)應(yīng)亞基的數(shù)量），目前已知的6種聚合方式為ααα、αα α＇、αα＇β、ααβ、αββ、α＇ββ（Mujoo等，2003）。β-伴大豆球蛋白的氨基酸組成顯示都富有谷氨酸/谷氨酰胺、天冬氨酸/天門(mén)冬酰胺、亮氨酸和精氨酸（Thanh和Shibasaki，1976）。與大豆球蛋白比較，β-伴大豆球蛋白蛋氨酸殘基存在于α、α＇亞（α亞基2個(gè)、α＇亞基3～4個(gè)）基以及不含半胱氨酸（Maruyama等，2003）。β-伴大豆球蛋白的α-螺旋、β-折疊和無(wú)規(guī)則卷曲分別占5%、35%和60%。然而，對(duì)于不同大豆品種，β-伴大豆球蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)在α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)則卷曲存在一定差異，如大豆球蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)中酰胺Ⅰ帶α螺旋16%，β-折疊47%，而β-伴大豆球蛋白α螺旋17%，β-折疊47%，α-螺旋含量少，β-折疊含量高（Duke，1934）。

3　大豆抗原蛋白的結(jié)構(gòu)變化與功能關(guān)系

蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)改變，功能也發(fā)生變化。大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白在結(jié)構(gòu)和組成上的不同決定了其具有不同功能。大豆球蛋白是熱穩(wěn)定蛋白，這是由其組成亞基中具有最低變性溫度的亞基決定的，但也與肽鏈中酸性和堿性亞基交互對(duì)應(yīng)形成比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以及二硫鍵多（﹥20）有關(guān)。差示掃描量熱法研究豆?jié){中的2種主要大豆抗原蛋白，結(jié)果表明，豆?jié){中7S球蛋白的變性溫度為（70±2）℃，11S球蛋白的變性溫度為（90±2）℃（汪立君等，2001）。熱處理使蛋白質(zhì)變性，主要是破壞蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，使亞基和多肽鏈解聚，蛋白質(zhì)原有功能丟失。利用熱乙醇處理方法提純的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白基本不具有抗原活性，也不會(huì)引起消化不良反應(yīng)（Kilshow和Sissons，1979）。李巖濤（2013）對(duì)高純度大豆抗原蛋白進(jìn)行不同溫度加熱處理，并通過(guò)紅外光譜等技術(shù)對(duì)熱處理前后的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合SDS-PAGE和Naive-PAGE凝膠電泳，探討了溫度變化對(duì)大豆抗原蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果顯示，熱處理可以改變大豆抗原的免疫活性，究其原因是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，蛋白質(zhì)的有序結(jié)構(gòu)發(fā)生解離，形成無(wú)規(guī)卷曲。隨后的研究又產(chǎn)生了很多熱處理大豆抗原蛋白的其他方法（膨化、高壓和蒸汽等），均獲得了比較理想的效果（段春紅等，2009；Zhang等，2003）。但有些研究結(jié)果與其不盡相同，因?yàn)檫€受其他因素的影響。Davis和Williams（1998）認(rèn)為，熱處理能夠改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，但改變?nèi)Q于溫度和加熱過(guò)程。同樣，Lakemond等（2000）也認(rèn)為pH、離子強(qiáng)度和處理前大豆球蛋白的二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)均會(huì)在很大程度上影響熱處理后的效果。熱處理后的大豆抗原蛋白的天然分子表面抗原表位被破壞，可新的抗原表位被暴露，又顯著提高了小分子抗原的免疫原性（Herian等，1993）。

對(duì)于pH對(duì)大豆抗原蛋白結(jié)構(gòu)的影響，魏冬旭等（2015）采用Lowry法、8-苯氨基萘-1-磺酸銨鹽熒光探針?lè)ㄒ约皥A二色光譜和熒光光譜對(duì)不同pH值條件下11S球蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，隨著pH值的升高，大豆球蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)中發(fā)生β折疊和無(wú)規(guī)則卷曲向α-螺旋轉(zhuǎn)變，表明蛋白發(fā)生了聚集，結(jié)果功能也發(fā)生改變（Rickert等，2004）。其原因在于外部環(huán)境pH的改變能夠引起大豆抗原蛋白可解離基團(tuán)的電離增加或減少，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而影響其功能。大豆球蛋白含有堿性肽鏈與酸性肽鏈，理論上易受pH影響，然而肽鏈中酸性和堿性亞基交互對(duì)應(yīng)，相對(duì)穩(wěn)定，不易受pH影響，但pH大于11時(shí)，蛋白解離成2S和7S組分亞基，溶解度增加，抗原性降低（Fukushima，1991）。β-伴大豆球蛋白易隨溶液的離子強(qiáng)度變化而發(fā)生聚合和解離作用。在0.1離子強(qiáng)度和中性pH值溶液中，7S會(huì)聚合成9S和12S，致敏作用顯著降低（Dev等，1988）。β-伴大豆球蛋白是糖基化蛋白，其熱穩(wěn)定性和凝膠能力較差，但乳化能力比大豆球蛋白強(qiáng)，在低溫條件下能溶解（Koshiyama，1968）。這與大豆球蛋白顯著不同。Utsumi等（1993）通過(guò)分析大豆球蛋白改性后的功能變化發(fā)現(xiàn)，大豆球蛋白結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性以及巰基基團(tuán)的位置和數(shù)目直接影響其乳化能力和疏水性。在致敏作用方面，β-伴大豆球蛋白的三個(gè)亞基都是潛在的致敏原，尤其α亞基很容易被免疫球蛋白E抗體識(shí)別，引起免疫反應(yīng)，其活性反應(yīng)決定域就在糖基化的N-連接聚糖部分，這也是β-伴大豆球蛋白致敏作用較強(qiáng)的原因（Hiemori等，2000）。

4　大豆抗原蛋白對(duì)魚(yú)類(lèi)消化生理功能的影響

大豆抗原蛋白為致敏蛋白，能導(dǎo)致幼齡動(dòng)物發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)。大豆抗原蛋白進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)后，大部分被消化酶分解成小肽和氨基酸而被吸收利用，只有少部分以完整的大分子穿過(guò)小腸上皮細(xì)胞或上皮細(xì)胞間隙進(jìn)入血液或淋巴，從而引發(fā)致敏反應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)水產(chǎn)動(dòng)物攝入含有較多大豆抗原蛋白的飼料后，可破壞魚(yú)的腸細(xì)胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)，具體表現(xiàn)在后腸上皮頂端細(xì)胞脫落，吸收小泡大小不一，數(shù)量減少，上皮細(xì)胞核排列紊亂，局部出現(xiàn)核濃縮，核頂部及腸細(xì)胞總面積發(fā)生改變（Ostaszewska等，2005；Refstie等，2001）。Rumsey等（1994）對(duì)胡子鲇的腸管敏感性研究表明，胡子鲇腸道從前向后對(duì)大豆蛋白的敏感程度逐漸降低，腸道皺襞逐漸下降，并隨著大豆抗原蛋白含量的增加腸管皺襞高度下降幅度加大。腸道上皮細(xì)胞損傷，必然引起對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力下降。對(duì)于幼魚(yú)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要在后腸上皮細(xì)胞內(nèi)消化，營(yíng)養(yǎng)吸收依賴(lài)細(xì)胞內(nèi)吸收小泡，吸收小泡數(shù)量的多少直接影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收多少。成魚(yú)胃發(fā)育成熟，消化不依賴(lài)后腸，但營(yíng)養(yǎng)吸收還依賴(lài)后腸的上皮細(xì)胞，因此，大豆抗原蛋白對(duì)于幼魚(yú)的傷害要大于胃發(fā)育成熟的成魚(yú)。除此之外，腸壁損傷勢(shì)必影響腸內(nèi)消化酶活性。消化酶活力高低影響?hù)~(yú)類(lèi)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化與吸收，進(jìn)而影響?hù)~(yú)類(lèi)生長(zhǎng)和發(fā)育。吳莉芳等（2009）對(duì)鯉魚(yú)研究表明，當(dāng)用去皮豆粕替代45%魚(yú)粉蛋白時(shí)，其后腸和肝胰臟的蛋白酶活力下降極其顯著。說(shuō)明大豆蛋白中含有影響消化酶的抗?fàn)I養(yǎng)因子。孫玲（2008）進(jìn)一步使用大豆抗原蛋白研究發(fā)現(xiàn)，大豆抗原蛋白顯著降低了埃及胡子鲇胃、肝胰臟及前腸，鯉魚(yú)前腸，草魚(yú)后腸和肝胰臟蛋白酶活力。主要原因在于大豆抗原蛋白損傷了魚(yú)類(lèi)消化道結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致消化道內(nèi)酶的分泌減少、活力降低。Krogdahl和Bakke-Mckellep（2003）對(duì)虹鱒研究發(fā)現(xiàn)，使用大豆抗原蛋白后，虹鱒中腸和后腸上皮刷狀緣胞外酶：堿性磷酸酶、亮氨酸氨肽酶和雙糖酶（麥芽糖酶、乳糖酶、蔗糖酶等）活性下降，并隨大豆抗原蛋白比例增加酶活性呈指數(shù)性下降。大豆抗原蛋白可使大西洋鮭魚(yú)后腸上皮刷狀緣的胞內(nèi)、外酶：5'-核苷酸酶、Mg2+ATP酶、酸性磷酸酶、堿性磷酸酶、丙氨酸氨肽酶等活性降低；5'-核苷酸酶與單核細(xì)胞增多有關(guān)，酶的活性降低，表明單核細(xì)胞增多；酸性磷酸酶、非特異性脂酶活降低，表明巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)；胞內(nèi)的堿性磷酸酶、酸性磷酸酶等活性的降低引起蛋白質(zhì)和脂類(lèi)消化減弱等（Burrells等，1999）。腸道損傷導(dǎo)致其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力下降；消化道酶活性降低可加劇魚(yú)類(lèi)消化性能降低，從而影響?hù)~(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)及對(duì)飼料的利用，最終導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)消化性能降低和生長(zhǎng)性能下降。

總之，探討大豆抗原蛋白結(jié)構(gòu)與功能以及對(duì)魚(yú)類(lèi)消化生理功能影響，對(duì)于大豆抗原的致敏性研究和大豆蛋白的營(yíng)養(yǎng)與功能研究具有現(xiàn)實(shí)意義；對(duì)于降低或消除大豆抗原蛋白的抗?fàn)I養(yǎng)特性，保障大豆蛋白在食品或飼料中的安全與高效利用具有指導(dǎo)意義。

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Soybean allergenic proteins，the main nutritional components，are identified as anti-nutritional factors in soybean，which are putting a constraint on the safe and high efficiency utilization of soybean protein source by humans and animals.This review mainly introduced the composition，structure，function of soybean antigenic protein，and its effects on digestive physiology of fishes，to provide a basis for the rational utilization and reasonable exploitation of soybean proteins．

soybean allergenic protein；structure；function；digestive physiology；fish

S963

A

1004-3314（2016）02-0015-04

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20160204

河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（132102110026）