糖基化改性對大豆蛋白抗原性及結(jié)構(gòu)特性的影響

布冠好 朱婷偉 陳復(fù)生

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001）

糖基化改性對大豆蛋白抗原性及結(jié)構(gòu)特性的影響

布冠好 朱婷偉 陳復(fù)生

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001）

以大豆分離蛋白和葡聚糖為原料，在干熱條件下進(jìn)行美拉德反應(yīng)，制取不同時間下的糖基化復(fù)合物。以β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白抗原抑制率為指標(biāo)，采用間接競爭ELISA方法測定糖基化產(chǎn)物的抗原性，在反應(yīng)6 d時，糖基化產(chǎn)物中β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白的抗原性分別降低了36.90%和18.12%。糖基化產(chǎn)物顏色加深，且游離氨基含量降低，說明大豆蛋白與糖發(fā)生了不同程度的反應(yīng)。紅外光譜中糖鏈的引入，使蛋白質(zhì)分子展開，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量降低，影響了β-伴大豆球蛋白α亞基的抗原表位，從而可能使大豆蛋白的抗原性降低。糖基化反應(yīng)影響抗原性的關(guān)鍵作用在于蛋白與糖結(jié)合部位對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的影響。

大豆分離蛋白 葡聚糖 糖基化 抗原性 結(jié)構(gòu)

大豆作為一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白來源，被廣泛應(yīng)用于食品以及飼料工業(yè)中。大豆中的蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值高且價格相對廉價，但大豆蛋白也是常見的8大食物蛋白過敏原之一。大豆分離蛋白（SPI）是一種蛋白質(zhì)含量不低于90%的大豆產(chǎn)品，其主要成分包括大豆球蛋白與β-伴大豆球蛋白［1］。β-伴大豆球蛋白是7S的主要組成，是由3個亞基α（～67 ku）、α′（～71 ku）、β（～50 ku）組成的三聚體［2］。大豆球蛋白作為11S的主要組分，是一個六聚體蛋白質(zhì)，每個亞基單位均含有一個酸性鏈和堿性鏈，并通過二硫鍵連接［3］。二者亦是大豆過敏原中兩種主要的過敏原，與大豆蛋白的結(jié)構(gòu)特性有密切的關(guān)系［4］。在降低蛋白質(zhì)過敏性試驗中，已有相關(guān)研究證實糖基化反應(yīng)能有效降低蛋白質(zhì)的抗原性。

本研究以大豆分離蛋白和葡聚糖為原料進(jìn)行干法糖基化反應(yīng)。分別以β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白抗原抑制率為指標(biāo)，采用間接競爭ELISA方法測定糖基化復(fù)合物抗原性的變化。通過顏色測定、游離氨基含量的測定、SDS-PAGE電泳以及傅里葉紅外光譜等方法測定糖基化反應(yīng)程度和蛋白結(jié)構(gòu)的變化。分析大豆蛋白糖基化產(chǎn)物的抗原性與結(jié)構(gòu)之間的變化關(guān)系，為探究糖基化修飾對抗原性影響的作用機理、開發(fā)低敏性大豆蛋白制品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白（SPI，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)92.46%）：山東谷神生物科技集團有限公司；葡聚糖：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；β-伴大豆球蛋白（β-conglycinin，C5868）、大豆球蛋白（glycinin，G3171）、酶標(biāo)二抗（HRP標(biāo)記的羊抗兔IgG，A6154）、2，4，6-三硝基苯磺酸（P2297-10 mL）：Sigma公司；兔抗βconglycinin血清、兔抗glycinin血清：實驗室自制；牛血清蛋白（BSA）、TMB單組份顯色液：北京索萊寶科技有限公司；低分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)蛋白：中國科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所。

TGJ-18型冷凍干燥機：北京四環(huán)科學(xué)儀器廠；LRH-150F型恒溫生化培養(yǎng)箱：上海一恒科技有限公司；FC型酶標(biāo)儀：賽默飛世爾儀器有限公司；電泳設(shè)備：北京六一實驗設(shè)備有限公司；CR-400彩色色差計：Konica Minolta公司；WQF-510型傅里葉紅外光譜：北京瑞麗分析儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 大豆分離蛋白-葡聚糖復(fù)合物的制備

將大豆分離蛋白和葡聚糖按質(zhì)量比3∶1溶解于蒸餾水中，使最終溶液濃度為6%，混合均勻后進(jìn)行真空冷凍干燥。取凍干的樣品置于鋁盒內(nèi)，并將其放入干燥器內(nèi)，以飽和KBr溶液來保持79%的相對濕度，然后將干燥器置于恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，在60℃下制取不同反應(yīng)時間的大豆分離蛋白-葡聚糖復(fù)合物。

1.2.2 糖基化產(chǎn)物抗原性測定

采用間接競爭ELISA方法來測定糖基化產(chǎn)物的抗原性，參考文獻(xiàn)［5］。分別用0.3 μg／mLβ-conglycinin和0.025 μg／mLglycinin標(biāo)準(zhǔn)抗原包被96孔酶標(biāo)板，每孔100 μL，同時分別將1∶3 200稀釋度的抗β-conglycinin兔血清和抗glycinin兔血清與蛋白濃度為2 mg／mL的糖基化樣品液等體積加入離心管中，混勻；4℃冰箱過夜。次日甩去孔內(nèi)液體，PBST（10 mmol／L，pH 7.40的磷酸鹽緩沖液PBS+0.05% Tween-20）洗滌4次，每次3 min，用吸水紙拍干；加100 μL／孔封閉液（PBS+1%BSA+0.1%Tween-20）進(jìn)行封閉，37℃孵育1 h后，PBST洗滌4次，拍干；抗原抗體反應(yīng)：將離心管中混合液加入酶標(biāo)板孔內(nèi)，每孔100 μL，在37℃孵育1 h后，PBST洗滌4次，拍干；加入1∶10 000稀釋度的酶標(biāo)二抗，每孔100 μL，在37℃孵育1 h后，PBST洗滌4次，拍干；然后加入TMB單組份顯色液，每孔100 μL，37℃顯色10 min后，每孔加入50 μL 2 mol／L H2SO4終止反應(yīng)。利用酶標(biāo)儀雙波長測定各孔的OD值，實際OD值＝OD450-OD620。

抗原性的大小用抑制率來表示，抑制率表示樣品中抗原抑制兔抗血清與酶標(biāo)板上包被的標(biāo)準(zhǔn)抗原結(jié)合能力的大小，可記為抗原抑制率；抑制率越低，則樣品的抗原性越低，二者呈正比關(guān)系；計算公式如下：

抗原抑制率＝（1-OD／OD0）×100%

式中：OD表示被測樣品的吸光值；OD0為無競爭體系的吸光值。

1.2.3 糖基化產(chǎn)物顏色測定

用CR-400彩色色差計來測定不同時間下糖基化產(chǎn)物的顏色，以L，a，b 3個指標(biāo)來表示糖基化產(chǎn)物的色澤。其中L（0～100，黑～白）表示明度；a（-a～+a，綠～紅）和b（-b～+b，藍(lán)～黃）為色品指數(shù)。

1.2.4 游離氨基含量測定

采用三硝基苯磺酸（TNBS）法［6］對糖基化產(chǎn)物中游離氨基含量進(jìn)行測定。用1%SDS溶解糖基化產(chǎn)物，使復(fù)合物中蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度為5 mg／mL。取0.25 mL的樣品液并加入2 mL磷酸緩沖溶液和2 mL 0.1%的TNBS溶液，混合均勻后在50℃下避光放置60 min，最后加入4 mL 0.1 mol／L的HCl終止反應(yīng)。避光放置30 min后于420 nm下測其吸光值。

1.2.5 SDS-PAGE分析

糖基化產(chǎn)物用蒸餾水溶解，使最終蛋白質(zhì)濃度為2 mg／mL，采用12%的分離膠，4%的濃縮膠進(jìn)行不連續(xù)的凝膠電泳。其中上樣量為10 μL，電泳全過程采用恒流，開始電泳時調(diào)節(jié)電流至25 mA，當(dāng)溴酚藍(lán)指示劑前沿進(jìn)入到分離膠時將電流調(diào)至40 mA（約50 min）。電泳完成后（約2 h），將凝膠取出固定1 h，分別用考馬斯亮藍(lán)染色，最后脫色至蛋白質(zhì)條帶清晰。

1.2.6 紅外光譜掃描

將糖基化樣品與干燥的溴化鉀以1∶100混合，用研缽均勻研成粉末，壓成薄片后，用傅里葉紅外分光光度計作全波段（4 000～400 cm-1）掃描，掃描32次。利用PeakFit V4.12軟件分析蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)的變化。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析

所有試驗測定重復(fù)3次，用SPSS 16.0軟件進(jìn)行顯著性分析。利用Peak fit 4.20軟件計算蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 糖基化產(chǎn)物抗原性變化分析

抗原性的大小可用抗原抑制率來表示，不同時間下的大豆分離蛋白-葡聚糖復(fù)合物的抗原性變化如圖1所示。

圖1 不同時間下糖基化產(chǎn)物的抗原性變化

從圖1可以看出，隨糖基化反應(yīng)時間的延長，糖基化產(chǎn)物的抗原性逐漸降低。反應(yīng)6 d時，伴大豆球蛋白抗原抑制率和大豆球蛋白抗原抑制率分別為56.33%和77.42%；分別降低了36.90%和18.12%。說明糖基化處理能起到降低大豆蛋白抗原性的作用。引入糖鏈對抗原表位的掩蔽作用以及加熱過程中蛋白結(jié)構(gòu)的變化，二者可影響糖基化產(chǎn)物的抗原性變化［7］。糖基化反應(yīng)過程中，蛋白-糖或蛋白-蛋白之間的相互作用影響蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，對抗原表位進(jìn)行掩蔽，從而降低了大豆蛋白的抗原性［8］。另一方面，伴大豆球蛋白本身是一種糖蛋白，而大豆球蛋白是一種不含糖基的六聚體蛋白質(zhì)，且熱穩(wěn)定性相對較高，當(dāng)對大豆分離蛋白進(jìn)行干熱糖基化處理后，伴大豆球蛋白組分受到影響大，因此，糖基化產(chǎn)物中的伴大豆球蛋白抗原抑制率降低效果比較明顯。有研究表明，美拉德反應(yīng)所得到的產(chǎn)物中糖與蛋白結(jié)合形式穩(wěn)定，遮掩抗原蛋白的抗原表位后經(jīng)消化酶水解并沒有再次暴露，糖基化反應(yīng)確為一種有效去除大豆抗原蛋白免疫原性的方法［9］。

2.2 顏色測定結(jié)果分析

美拉德反應(yīng)在進(jìn)行過程中會產(chǎn)生很多具有特征亮色的物質(zhì)，色澤變化明顯，而且在一定的條件下，可以產(chǎn)生不同的特征顏色物質(zhì)，如：橘黃色、黃色、藍(lán)色以及紅色產(chǎn)物等［10］。試驗中不同時間下樣品顏色的變化如表1所示。

表1 糖基化產(chǎn)物的色差分析結(jié)果

從表1可以看到，隨反應(yīng)時間的增加，L值呈下降趨勢，a值和b值均隨反應(yīng)時間的延長呈上升的趨勢。a值代表紅色，正值越大說明樣品顏色偏紅，b值增大，說明樣品顏色偏黃。整體上產(chǎn)物的顏色開始由紅黃色逐漸變?yōu)榧t褐色。產(chǎn)物顏色的變化情況間接反映美拉德反應(yīng)的進(jìn)程。類黑精等高分子物質(zhì)的產(chǎn)生是顏色變化的主要原因［10-11］，反應(yīng)時間越長，褐變程度加深。

2.3 糖基化產(chǎn)物游離氨基含量分析

糖基化反應(yīng)的進(jìn)程也可以通過測定反應(yīng)過程中游離氨基含量的變化來證實。

圖2 不同反應(yīng)時間下糖基化產(chǎn)物游離氨基含量的變化

由圖2可以看出，反應(yīng)時間的長短對大豆分離蛋白-葡聚糖復(fù)合物的影響顯著（P＜0.05）。隨著糖基化反應(yīng)時間的延長，游離氨基殘留量逐漸減少，表明發(fā)生了糖基化反應(yīng)。在糖基化反應(yīng)過程中，蛋白質(zhì)分子中氨基酸側(cè)鏈的自由氨基與糖分子中的還原末端的羥基發(fā)生了羥胺反應(yīng)，因此，蛋白質(zhì)中的游離氨基含量會降低［12］。大豆分離蛋白-葡聚糖復(fù)合物在反應(yīng)的前5 d，時間對反應(yīng)進(jìn)程的影響顯著（P＜0.05），游離氨基含量下降速度很快，表明在一定的溫度、濕度下大豆蛋白與葡聚糖之間發(fā)生了交聯(lián)，糖基化程度加深。

2.4 SDS-PAGE分析

大豆分離蛋白-葡聚糖糖基化產(chǎn)物的SDSPAGE電泳圖譜如圖3所示。

圖3 不同反應(yīng)時間下糖基化產(chǎn)物SDS-PAGE電泳圖

圖3顯示，隨著糖基化反應(yīng)時間的延長，電泳圖中分離膠的頂端，電泳條帶的顏色加深，即有大分子的聚合物生成。糖鏈的引入使得與蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)，反應(yīng)過程中形成異肽鍵或二硫鍵，生成了一些大分子物質(zhì)［13］。其次，隨反應(yīng)時間的增加，電泳條帶有輕微的上移，遷移速率變慢。可見，各個分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)分子均參與了糖基化反應(yīng)。此外，隨反應(yīng)時間的增加，7S各蛋白亞基條帶減弱，可見大豆蛋白中7S組分的反應(yīng)程度較高。糖基化產(chǎn)物抗原性變化測定發(fā)現(xiàn)，糖基化產(chǎn)物中伴大豆球蛋白抗原抑制率降低效果明顯，說明糖基化反應(yīng)對7S組分影響較大，通過電泳圖印證了這一結(jié)果。

2.5 紅外光譜分析

紅外光譜是研究蛋白質(zhì)-糖類體系很好的方法之一，因為在紅外光譜中特殊辨別的區(qū)域中，蛋白質(zhì)和碳水化合物不存在交叉重疊［14］。大豆蛋白糖基化產(chǎn)物的紅外圖譜如圖4所示。

圖4 糖基化復(fù)合物的紅外掃描圖譜

從圖4可以看出，與大豆分離蛋白相比，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)共價結(jié)合糖分子后，蛋白質(zhì)分子中的羥基增加，在紅外圖譜上表現(xiàn)為3 100～3 500 cm-1區(qū)間的吸收峰變寬，另外，共價交聯(lián)形成新的N-H鍵導(dǎo)致吸收峰的強度增大，鍵長縮短，伸縮振動波數(shù)升高［15］。1 500 cm-1左右處的吸收峰變寬，此處的吸收峰屬于C-N鍵的伸展，蛋白與多糖反應(yīng)過程中，出現(xiàn)了新的共價鍵基團［14，16］。接著利用PeakFit軟件對糖基化產(chǎn)物的酰胺Ⅰ帶進(jìn)行去卷積二階導(dǎo)數(shù)擬合來計算蛋白二級結(jié)構(gòu)含量的變化，糖基化樣品的二級結(jié)構(gòu)含量變化如表2所示。

從表2可得，經(jīng)過糖基化改性后，復(fù)合物中蛋白質(zhì)的α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角、無序結(jié)構(gòu)含量減少，同時β-折疊結(jié)構(gòu)含量增加。通常情況下，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中的β-折疊通常埋藏在多肽鏈的內(nèi)部，而糖基化反應(yīng)的發(fā)生，蛋白質(zhì)中分子間氫鍵遭到破壞，減弱了蛋白質(zhì)分子間的相互作用力，引起蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變［15］；另一方面，糖鏈引入到蛋白質(zhì)肽鏈中，而糖鏈的空間效應(yīng)引起了β-折疊結(jié)構(gòu)和無規(guī)則結(jié)構(gòu)的變化，交聯(lián)的糖蛋白導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子的變化，空間結(jié)構(gòu)展開［17］。單曉紅［18］對大豆蛋白序列的二級結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)序列中的前段有較高頻率的出現(xiàn)，而推測出β-伴大豆球蛋白的α亞基的抗原表位集中在蛋白質(zhì)序列的前段，β-轉(zhuǎn)角是凸出結(jié)構(gòu)而且大都出現(xiàn)在蛋白抗原的表面，與抗體結(jié)合后很可能形成抗原表位。通過紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)糖基化產(chǎn)物中β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量降低。由此推斷，由于糖鏈的引入，使蛋白質(zhì)分子展開，空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)和無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)的含量下降，從而使大豆蛋白的抗原性降低?？梢娞桥c蛋白的結(jié)合部位對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的影響使蛋白質(zhì)抗原性發(fā)生改變。

表2 糖基化產(chǎn)物中蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)／%

3 結(jié)論

大豆分離蛋白-葡聚糖復(fù)合物抗原性隨反應(yīng)時間的增加而整體上呈降低的趨勢。在反應(yīng)6 d時，糖基化產(chǎn)物中β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白的抗原性分別降低了36.90%和18.12%。反應(yīng)過程中，伴大豆球蛋白受影響較大，抗原抑制率降低效果明顯。隨著反應(yīng)時間的增加，糖基化產(chǎn)物顏色變化明顯，且游離氨基含量逐漸降低。SDS-PAGE圖中電泳條帶的變化說明大分子物質(zhì)的生成以及7S組分反應(yīng)程度較高。紅外光譜掃描發(fā)現(xiàn)，糖鏈的引入使蛋白質(zhì)分子展開，結(jié)構(gòu)中β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量降低，影響了大豆蛋白中β-伴大豆球蛋白的α亞基的抗原表位，從而使大豆蛋白的抗原性降低。糖基化反應(yīng)對抗原性影響的關(guān)鍵作用在于糖與蛋白的結(jié)合部位對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的影響。

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Effects of Glycation Modification on Soybean Protein Antigenicity and Structural Properties

Bu Guanhao Zhu Tingwei Chen Fusheng

（College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001）

Soy protein isolate（SPI）and dextran were used as raw materials and SPI-dextran conjugate were prepared under dry-heated at different times through Maillard reaction in this paper.The antigen inhibition rate of β-conglycinin and glycinin in SPI-dextran conjugate were tested with indirect competitive ELISA method.The antigenicity of β-conglycinin and glycinin decreased 36.90%and 18.12%respectively when the reaction processed at 6 d.Meanwhile，the color deepened and the free amino group content reduced which indicated that different degrees of reaction occurred between soy protein isolate with dextran.FTIR indicated that the protein structure of glycated samples unfolded as the introduced sugar chains.The reduced β-corner and random coil structure content impacted the epitope of β-conglycinin antigen in soybean protein，and then reduced the antigenicity of soybean protein.These showed that the key effect relies on the structure changes caused by the binding site between protein and saccharide.

soybean protein isolate，dextran，glycation，antigenicity，structures

TS21

A

1003-0174（2017）01-0034-06

863計劃（2013AA102208-5），河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點項目（14B550013），國家自然科學(xué)基金（31201293）

2015-06-25

布冠好，女，1980年出生，副教授，食品蛋白質(zhì)資源開發(fā)與利用

陳復(fù)生，男，1963年出生，教授，食品蛋白質(zhì)資源開發(fā)與利用