蒜頭果蛋白氨基酸組成分析

袁燕 宋鵬飛 菅博書 崔穆峰

摘要 采用酸水解法測定蒜頭果蛋白的氨基酸組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蒜頭果蛋白的氨基酸組成豐富，含有17種氨基酸。根據(jù)其精確分子量推算，得出每個蒜頭果蛋白分子的各氨基酸殘基數(shù)約為503個。其中酸性和堿性氨基酸殘基含量分別為23.06%和13.32%，說明蒜頭果蛋白是一種酸性蛋白質(zhì)；親水作用較強(qiáng)的氨基酸殘基占總氨基酸殘基數(shù)的50.3%，說明該蛋白在水溶液中的溶解性比較好，便于用09%生理鹽水溶解其干粉樣品，為蒜頭果蛋白作為藥品的開發(fā)利用提供了便利條件。

關(guān)鍵詞 蒜頭果蛋白；酸水解；氨基酸組成

中圖分類號 Q517? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）14-0192-02

作者簡介 袁燕（1975—），女，江西新余人，副教授，博士，從事蛋白質(zhì)的分離純化及分子作用機(jī)制研究。

蒜頭果（Malania oleifera Chun et S.Lee）又名猴子果、山桐果、馬蘭后（壯語）等［1］，屬于鐵青樹科（Olacaceae）蒜頭果屬，是我國特有的單種屬稀有植物［2］，已被列為國家二級保護(hù)樹種、廣西重點(diǎn)保護(hù)野生植物［3］。在自然界分布很窄，僅見于我國廣西西部的大新、龍州、右江流域各縣和云南東部的富寧、廣南等地。蒜頭果種子中富含油脂，含油率高達(dá)670%，主要成分為油酸、硬脂酸和棕櫚酸，可作為合成麝香酮的理想原料，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值［4-5］。

蒜頭果蛋白是從蒜頭果種子中分離純化出來的一種新的Ⅱ型核糖體失活蛋白。該蛋白具有非常強(qiáng)的抗腫瘤活性，對人宮頸癌HeLa細(xì)胞的半抑制濃度（IC50）為1.54×10-10 mol/L，其IC50值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于具有抗腫瘤、抗病毒活性的天花粉蛋白（4.10×10-5 mol/L）和廣譜抗癌藥物順鉑（1.59×10-6 mol/L），說明該蛋白具有用于免疫毒素治療癌癥的應(yīng)用前景［6］。由于蒜頭果蛋白的氨基酸序列還未知，為了更清楚地了解其抗腫瘤活性及結(jié)構(gòu)的關(guān)系，該研究采用酸水解法測定蒜頭果蛋白的氨基酸組成，為后續(xù)研究蒜頭果蛋白的一級結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與試劑

氨基酸自動分析儀（日立835-50型）；蛋白純化系統(tǒng)（KTA Explorer 100，Amersham）；Milli-Q純水機(jī)（MILLIRORE公司）；萬分之一天平（Sartorius，BP110S）。100 μmol/L 17種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)液（Beckman）；其余試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蒜頭果蛋白樣品的獲取。

將200 g蒜頭果種子去外殼，按種仁與20 mmol/L pH 7.0的磷酸鹽緩沖液1∶5比例用組織搗碎機(jī)搗碎，紗布過濾，離心（8 000 r/min，4 ℃），上清液用30%～80%硫酸銨分段鹽析，離心（8 000 r/min，4 ℃），沉淀用20 mmol/L pH 7.0的磷酸鹽緩沖液溶解，在蛋白質(zhì)純化系統(tǒng)上過柱體積為20 mL的疏水色譜層析柱［HiprepTM phenyl FF（High sub）］，用ddH2O按0～100%線性梯度洗脫，280 nm紫外檢測，流速為4 mL/min，每管5 mL自動收集［7］。樣品純度用12.0% SDS-PAGE電泳檢測。

1.2.2 蒜頭果蛋白樣品的水解。準(zhǔn)確稱取1.000 mg蒜頭果蛋白樣品于水解試管中，加6 mol/L HCl溶液2～4 mL，混勻后放入冷凍劑中，冷凍3～5 min后抽真空，充入氮?dú)?0 s，立即旋緊蓋子，110 ℃水解22 h，待玻璃管冷卻后開管，水解液在70～80 ℃水浴中蒸干，加少量蒸餾水再蒸干，重復(fù)3次［8］。

1.2.3 蒜頭果蛋白氨基酸組成的測定。將HCl揮發(fā)后的樣品用適量pH 2.2檸檬酸鈉緩沖液溶解，0.4 μm微孔濾膜抽濾或13 000 r/min離心15 min，濾液或上清液于氨基酸自動分析儀進(jìn)行分析各氨基酸的含量［9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒜頭果蛋白樣品的獲取

圖1為蒜頭果蛋白樣品在蛋白純化系統(tǒng)上分離純化的色譜層析圖。從圖1可以看出，主要有4個峰，分別標(biāo)為峰I、峰Ⅱ、峰Ⅲ和峰Ⅳ，通過SDS-PAGE電泳檢測發(fā)現(xiàn)峰Ⅳ即為蒜頭果蛋白，收集峰Ⅳ溶液，真空冷凍干燥成干粉，置于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

2.2 蒜頭果蛋白氨基酸組成分析

2.2.1 氨基酸組成分析。從圖2和表1可以看出，蒜頭果蛋白的氨基酸組成豐富，含有17種氨基酸組分。根據(jù)各氨基酸的摩爾百分比和蒜頭果蛋白精確分子量（61 875 Da）推算出在蒜頭果蛋白分子中各種氨基酸的個數(shù)，總和為503個。其中脂肪族氨基酸基為86.88%（共437個）；芳香族氨基酸殘基為5.76%（共29個）；雜環(huán)族氨基酸占7.36%（共37個）。酸性氨基酸殘基及其酰胺為23.06%（共116個）；堿性氨基酸殘基為13.32%（共67個），說明蒜頭果蛋白是一種酸性蛋白質(zhì)，這與蒜頭果蛋白的等電點(diǎn)為5.5是一致的。

在蒜頭果蛋白總氨基酸殘基數(shù)中，以天冬氨酸（67個）為最多，達(dá)14.4%，這里可能包括天門冬酰胺，因?yàn)樘扉T冬酰胺在有酸或堿存在下容易水解并生成天冬氨酸。天冬氨酸和含量排第三的谷氨酸（可能包括谷氨酰胺）同屬于酸性氨基酸［6］，一般帶負(fù)電荷，以酸根形式存在，在蛋白質(zhì)內(nèi)以鹽鍵形式與正電荷基團(tuán)連接。谷氨酸的帶負(fù)電荷的γ-羧基常位于蛋白質(zhì)分子表面，能與鈣結(jié)合，可能蒜頭果蛋白含有非常高的鈣離子。

在總氨基酸殘基數(shù)中，殘基數(shù)排第三的是絲氨酸（49個），它與含量比較高的蘇氨酸（32個）同屬于羥基氨基酸。由于側(cè)鏈帶有極性基團(tuán)，具有一定的親水性。氨基酸殘基帶有羥基側(cè)鏈者化學(xué)上比較活潑，常作為活性殘基而進(jìn)行研究其功能具有十分重要的意義。

2.2.2 疏水性和親水性分析。從表1可以看出，蒜頭果蛋白中具有較強(qiáng)疏水作用的亮氨酸（39個）、纈氨酸（36個）、脯氨酸（29個）、異亮氨酸（20個）、苯丙氨酸（16個）和甲硫氨酸（2個）等殘基占總氨基酸殘基數(shù)的29.7%，說明蒜頭果蛋白的疏水作用比較強(qiáng)，這與“1.2.1”試驗(yàn)中用疏水色譜層析柱一步就可以將該蛋白分離純化出來的結(jié)果是一致的。

此外，蒜頭果蛋白中具有較強(qiáng)親水作用的絲氨酸（49個）、蘇氨酸（32個）、天冬氨酸（67個）、谷氨酸（49個）、精氨酸（47個）和賴氨酸（12個）等殘基占總氨基酸殘基數(shù)的50.3%，由此可以推斷蒜頭果蛋白在水溶液中的溶解性比較好，便于用0.9%生理鹽水溶解蒜頭果蛋白干粉樣品，為蒜頭果蛋白作為藥品的使用提供了便利條件。

3 討論與結(jié)論

蛋白質(zhì)氨基酸組成的測定方法主要有酸水解、堿水解和酶水解，在水解過程中，逐漸降解成分子量越來越小的肽段，直到最后成為氨基酸的混合物。酶水解不產(chǎn)生消旋作用，也不破壞氨基酸，但水解不徹底，需要幾種酶協(xié)同作用才能使蛋白質(zhì)完全水解，且需要時間較長，所以主要用于蛋白質(zhì)部分水解，在氨基酸組成測定中用的較少。堿水解一般與5 mol/L NaOH共煮10～20 h，可使蛋白質(zhì)完全水解，但水解過程中多數(shù)氨基酸遭到不同程度的破壞，且產(chǎn)生消旋現(xiàn)象，不過色氨酸卻是穩(wěn)定的［10］。酸水解是氨基酸組成測定方法中最常用的方法，其優(yōu)點(diǎn)是不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸，缺點(diǎn)是色氨酸完全被沸酸所破壞，羥基氨基酸（絲氨酸、蘇氨酸）有一小部分被分解，同時酰胺基被水解下來［11］。該研究采用酸水解法測定蒜頭果蛋白的氨基酸組成，雖然在該試驗(yàn)中沒有色氨酸、天門冬酰胺和谷氨酰胺的數(shù)據(jù)，但根據(jù)蒜頭果蛋白精確分子量已推算出每個蛋白質(zhì)分子中各氨基酸殘基數(shù)的近似值為503個，是一種酸性蛋白質(zhì)，可能含有非常高的鈣離子，疏水作用比較強(qiáng)，水溶性也很好，此結(jié)果為后期深入研究蒜頭果蛋白結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 中國科學(xué)院中國植物志編輯委員會.中國植物志：第24卷［M］.北京：科學(xué)出版社，1988.

［2］ 傅立國.中國植物紅皮書：稀有瀕危植物（第一冊）［M］.北京：科學(xué)出版社，1992：480.

［3］ 廣西林業(yè)局保護(hù)站等.廣西壯族自治區(qū)重點(diǎn)保護(hù)野生植物資源調(diào)查報［R］.2001.

［4］ 李用華，朱亮鋒，歐乞钅咸.蒜頭果油合成麝香酮簡報［J］.云南植物研究，1983，5（3）：238.

［5］ 袁燕，梅雙喜.蒜頭果蛋白的紅外光譜及圓二色譜分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（33）：116-117.

［6］ 袁燕，張薇，戴建輝，等.熒光光譜法研究蒜頭果蛋白與金屬離子的相互作用［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2014，34（12）：3297-3300.

［7］ YUAN Y，DAI X C，WANG D B，et al.Purification，characterization and cytotoxicity of malanin，a novel plant toxin from the seeds of Malania oleifera［J］.Toxicon，2009，54（2）：121-127.

［8］ 朱奕凡，王妍，汪國云，等.不同楊梅品種果實(shí)游離氨基酸組成分析［J］.浙江大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2021，47（6）：736-742.

［9］ 劉振艷，楊文欽，鈔虹，等.玉米須水提物氨基酸組成分析及營養(yǎng)價值和風(fēng)味評價［J］.中國食品添加劑，2022，33（6）：109-114.

［10］ 陳惠黎.生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能［M］.上海：上海醫(yī)科大學(xué)出版社，1999：4-9.

［11］ 沈同，王鏡巖.生物化學(xué)［M］.2版.北京：高等教育出版社，1990：196-224.