牛α S1-酪蛋白基因研究新進展

田 青

(江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇淮安 225009)

酪蛋白是牛乳中主要蛋白質(zhì),約占乳蛋白含量的80%,含有幾乎全部的必需氨基酸,且酪蛋白能增加幼畜對鈣和磷的吸收,是最有營養(yǎng)價值的蛋白質(zhì)。牛乳中含有四種不同類型的酪蛋白,即α-酪蛋白(α s1-酪蛋白和α s2-酪蛋白),占酪蛋白總量的45%～55%;β-酪蛋白占25%～35%;k-酪蛋白占8%～15%;γ-酪蛋白占3%～7%。

1 as1- 酪蛋白(α s1-casein)基因介紹

α s1-酪蛋白(α s1-casein)是牛奶蛋白中含磷蛋白質(zhì)之一,也是α-酪蛋白中一個重要組分,它占牛奶中總蛋白量的39%～46%。牛α s1-酪蛋白基因和K-酪蛋白基因是牛乳腺組織中轉(zhuǎn)錄相當(dāng)活躍的兩個功能基因。α s1-酪蛋白基因結(jié)構(gòu)長達17.5 kb,國內(nèi)已成功克隆了牛α s1-酪蛋白基因5'端及其上游區(qū)和部分3'端編碼區(qū)的序列,發(fā)現(xiàn)在幾處位點存在點突變,即A、B、C、D、E。B型變異在歐洲家牛奶中出現(xiàn)最多;C在瘤牛和牦牛中占主導(dǎo)地位。

2 as1-酪蛋白遺傳多態(tài)性研究

(Nagao等,1984)[1]首次報道了aSl-CN的cDNA全序列,其開放閱讀框包含573個核苷酸。(白文林等,2005)[2]利用PCR-RFLP技術(shù)檢測了天祝白牦牛α s1-酪蛋白基因部分序列的遺傳多態(tài)性,結(jié)果表明天祝白牦牛群體α s1-酪蛋白基因表現(xiàn)單態(tài)。(張才駿等,2000)[3]對青海省4個品種560頭牛乳中的α s1-酪蛋白進行了電泳研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)青海牛乳中α s1-酪蛋白基因座受α s1-CNB,α s1-CNC,α s1-CND 和α s1-CNE4個等位基因的控制,有α s1-CNBB,α s1-CNBC,as1-CNBD,α s1-CNBE,α s1-CNCC和α s1-CNCD6種基因型;同時在青海東部黃牛中發(fā)現(xiàn)一種新等位基因α s1-CNE和一種罕見等位基因α s1-CND。(祁宏等,2009)[4]發(fā)現(xiàn)截至2009,牛aSl酪蛋白共發(fā)現(xiàn)有9種變異體,由核苷酸非同義替換、插入或缺失及外顯子跳躍造成。牛as-酪蛋白蛋白質(zhì)序列及DNA序列的高度差異性揭示其編碼基因可能是一個高速進化的基因家族。as1-酪蛋白基因與泌乳性狀之間的關(guān)聯(lián)性可以用基因調(diào)控區(qū),特別是轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點存在突變位點來解釋,即基因調(diào)控元件核酸序列的變異會導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄效率的改變,增加或減少mRNA的豐度,因此導(dǎo)致生產(chǎn)的乳蛋白量存在差異。

(Chianese L,etal 2009)[5]采用免疫電泳技術(shù)、色譜技術(shù)和質(zhì)譜分析相結(jié)合的方法,研究了意大利南部地中海水牛酪蛋白遺傳多態(tài)性,與as1-酪蛋白變體A相比發(fā)現(xiàn)了一種新的as1-酪蛋白變體B,這種等位基因的頻率和地中海水牛奶中決定干酪的因子(MBC)非常相近,是一種唯一來源于地中海水牛品種原料乳的原產(chǎn)地保護奶酪(PDO),不管在牛奶中還是在奶酪中,這兩種變體的相對比例都可以作為判定PDO MBC奶酪真實性的指標(biāo)。

3 as1-酪蛋白生物活性肽的研究進展

3.1 酪蛋白抗菌肽的抗菌作用

目前來源于as1-酪蛋白的抗菌肽有兩種,一種是(lahov,1996)[6]研究發(fā)現(xiàn)的Isracidin,其氨基酸序列為NH2-Arg-pro-Lys-His-Pro-Ilu-Lys-His-Gln-Gly-Ieu-Pro-Glu-Gln-Val-Leu-Asn-Glu-Asn-Ieu-Ieu-Arg-Phe-COOH,Isracidin對葡萄球菌、八疊球菌、枯草桿菌、肺炎雙球菌、化膿鏈球菌具有強的抑制作用。

另一種是(McCann K.B.etal2006)[7]用胃蛋白酶、胰蛋白酶、a-糜蛋白酶、b-糜蛋白酶對牛酪蛋白進行水解所得到的CP1,并對其抗菌活性進行了評估。胃蛋白酶消化牛酪蛋白表現(xiàn)出抗菌活性,用反相高效液相色譜分析法和電噴射電離質(zhì)譜分析法對抗菌肽進行分離和特征鑒定,發(fā)現(xiàn)了兩種抗菌肽:一種(CP1)與牛as1-酪蛋白99～109殘基相符合,另一種是以前報道的(CP2)與牛as2-酪蛋白183～207殘基相符合。CP1、CP2的最低抑菌濃度(MIC)與一系列的細菌培養(yǎng)有關(guān),CP1對所有革蘭氏陽性菌的最低抑菌濃度(MIC)為125 mg/mL,對革蘭氏陰性菌的MIC范圍在125～41 000 mg/Ml;CP2普遍對革蘭氏陽性菌更有效,MIC為21 mg/mL,對大多數(shù)革蘭氏陰性菌的MIC范圍是332～4 664 mg/mL。

3.2 酪蛋白磷酸肽的作用

(李勇競等,2005;尤麗菊,2008;孫延春,2011)[8-10]發(fā)現(xiàn),CPPs(酪蛋白磷酸肽)有α和β兩種構(gòu)型,前者由α-酪蛋白水解分離純化生成,其主要功能區(qū)是α S1-(59～79)5P。它的生理功能多樣,在中性或弱堿性環(huán)境中,CPPs既可以抵抗消化道中各種酶的水解,又可以與鈣結(jié)合成可溶物,從而防止鈣形成磷酸鈣沉淀,同時還可以有效地延長鈣在體內(nèi)的滯留時間,從而促進腸道對礦物元素的吸收,促進牙齒骨骼中鈣的沉積和鈣化,從而起到防齲齒的作用,還可以起到促進動物體外受精、增強免疫力、還可以誘導(dǎo)細胞凋亡起到抗腫瘤的作用。(周根來等,2011)[11]研究發(fā)現(xiàn)酪蛋白磷酸肽對斷奶仔豬生長有一定的促進作用,能提高仔豬的免疫功能。(王永勝等,2007)[12]研究發(fā)現(xiàn),添加 0.1%和 0.5%CPPs能顯著提高肉仔雞新城疫抗體效價,同時,0.5%CPPs還能顯著提高肉仔雞血清 IgA含量和外周 T-淋巴細胞轉(zhuǎn)化率。(王艷青等,2008)[13]研究發(fā)現(xiàn),日糧中添加0.1%或0.5%CPP,能顯著提高肉仔雞對鈣、鐵、鋅和錳的吸收利用。目前在食品工業(yè)中、藥物中和動物生產(chǎn)中已經(jīng)作為功能性成分而得到了應(yīng)用。

3.3 血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性抑制肽的作用

血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)其主要作用是將血管緊張素Ⅰ(Ang I)轉(zhuǎn)換為血管緊張素Ⅱ,而后者是一種強烈的血管收縮物質(zhì),從而使得血壓升高;而血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性抑制肽可以使ACE的活性降低,從而使血管舒張,降低血壓。ACE抑制肽是當(dāng)今治療高血壓與心力衰竭主要的有效藥物,其具有降低血壓、抗動脈粥樣硬化、調(diào)整血脂紊亂等功效[14]。

(WANG Zhan-li,etal.2011)[15]用計算機輔助方法研究了牛奶酪蛋白血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)活性抑制肽,偶然發(fā)現(xiàn)了一個IC50值為20.85μ mol L-1有效抑制活性肽段(P1),此肽包含一個單一序列Lys-Val-Leu-Ile-Leu-Ala,這是一種新的具有降血壓作用的活性肽。

4 as1-酪蛋白的應(yīng)用前景展望

目前我國已經(jīng)成為世界上最大的乳品凈進口國,這意味著牛奶的消費量將且必將進一步的增大,牛奶的產(chǎn)量和質(zhì)量在各領(lǐng)域?qū)＜液凸ぷ髡叩墓餐ο聦⑦M一步的增加和提高。因此,利用奶牛as1-酪蛋白基因和牛奶中as1-酪蛋白的活性肽來提高動物和人的免疫力,改善動物健康,增加產(chǎn)品產(chǎn)量和飼料營養(yǎng)物質(zhì)利用率是一種最為經(jīng)濟的資源,這也將成為以后研究的熱點和重點。

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