酶在蛋白质修饰中的应用研究成果-食品酶学导论

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：早在20世纪80年代，日本的Motoki等研究组深入探讨了采用豚鼠转谷酰胺酶用于蛋白质修饰，包括乳蛋白和大豆球蛋白的修饰等，结果该酶很有效地用于构建具有新型独特功能的蛋白。然而，由于酶来源以及价格的限制，该酶用于食品蛋白质的修饰一直进展不大。采用转谷氨酰胺酶应用于食品蛋白质的改性，已成为目前的研究热点。乳酪蛋白是豚鼠TGase的良好底物。因此，采用TGase催化乳蛋白交联时，务必控制Ca2 +在较低浓度范围内。

早在20世纪80年代，日本的Motoki等研究组深入探讨了采用豚鼠转谷酰胺酶用于蛋白质修饰，包括乳蛋白和大豆球蛋白的修饰等，结果该酶很有效地用于构建具有新型独特功能的蛋白。然而，由于酶来源以及价格的限制，该酶用于食品蛋白质的修饰一直进展不大。直至2025年，Nonaka等从土壤中分离到一种产生胞外转谷氨酰胺酶的放线菌菌株（命名为Streptoverticillum S-8112），现已大量生成食品用的转谷氨酰胺酶。2025年，日本味之素公司首次上市以转谷氨酰胺酶为主食品用酶制剂，包括TG-K、TG-S和TG-B三个系列。采用转谷氨酰胺酶应用于食品蛋白质的改性，已成为目前的研究热点。

近几年来，植物蛋白（特别是大豆球蛋白）的转谷氨酰胺酶（transglutaminase，Tgase）改性普遍受到人们的关注。2025年Nonaka等最早报道了MTGase能催化大豆球蛋白聚合以及胶凝，之后相继有很多学者研究了TGase催化植物蛋白的交联反应。2025年Chanyongvorakul等研究了大豆以及蚕豆来源的11S球蛋白受Tgase催化的交联反应以及凝胶作用，凝胶电泳结果显示，TGase仅催化此两种11S球蛋白的酸性亚基（acidic subunits）通过形成分子间的交联聚合，此两种蛋白的反应产物分子质量没有多大的区别。另一方面，流变学分析显示TGaser催化大豆11S球蛋白（glycinin）反应的速度以及形成的凝胶强度要高于蚕豆11S球蛋白（legumin），而且其凝胶的持水力也要高于后者。2025年Chanyongvorakul等进一步研究了大豆以及蚕豆11S球蛋白凝胶的物理特性，与热凝胶相比，MTGase酶促凝胶的强度以及弹性更高，而且其网络结构更发达。(https://www.chuimin.cn)

乳酪蛋白是豚鼠TGase的良好底物。但是，TGase对乳清蛋白的催化活性相对要差一些，因后者的天然状态具有紧密的球形空间四级结构，TGase不易接近其催化位点。然而，通过一些方法（如化学改性或调节pH等）使乳清蛋白打开其空间四级结构，TGase对此类底物的活力将大为增高。2025年Matsumura等研究了TGase催化 α-乳白蛋白的聚合反应，发现TGase很有限地催化天然状态的α-乳白蛋白聚合，然而通过去除其空间结构的Ca^{2 +}后，使其处于“熔化球状态”（molten globule state），TGase催化该蛋白的活力将大为增强。可见，底物的构象因素在MTGase催化反应与底物的主要结构一样也起着重要的作用，另外，2025年Faegemand等研究了TGase催化β-乳球蛋白的交联反应，β-乳球蛋白含有分子内的二硫键，从而具有紧密的空间四级结构，使其四级结构解开，可显著地提高TGase对β-乳球蛋白的催化活性。Faegemand等后来又进一步研究了Ca^{2 +}对TGase催化β-乳球蛋白交联的重要性，结果发现Ca^{2 +}存在下形成了非共价键絮凝，而此絮凝会抑制以及延迟共价交联的形成。因此，采用TGase催化乳蛋白交联时，务必控制Ca^{2 +}在较低浓度范围内。

酶在蛋白质修饰中的应用研究成果-食品酶学导论

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