牛乳铁蛋白.doc

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□乳品加工牛乳铁蛋白及其活性多肽的研究进展
[ 摘要] 本文对牛乳铁蛋白(Lf )及其活性多肽(Lfcin构、性质、功能特点、抑菌机制及分离方法等进行了详细的阐述,尤其对近年来Lf 及Lfcin 结构特点与功能关系的研究动态和未来的发展趋势进行了探讨。关键词:乳铁蛋白;活性多肽;结构;机制
乳中含有很多生理活性物质,其中
乳铁蛋白是目前研究最引人注目的一
种。大量研究表明,乳铁蛋白具有许
多特殊的生理活性功能,可用于开发新
型的保健食品,于是人们期待开发出一
种含Lf 丰富的新型保健食品。因此,乳
铁蛋白的开发研究也成为国际热门焦
点。然而,开发乳铁蛋白的最大问题
是其制造成本太高,难以实现商品化。
随着一些高新技术,如亲和色谱分离、
膜技术等,得到广泛的应用,完全有
可能降低它的成本,使之商品化。这
方面,日本已领先一步解决了相关工
艺问题,而我国对乳铁蛋白的开发研究比较薄弱,有待予以重视。
1乳铁蛋白
分布与结构
乳铁蛋白是一个大约由700 个氨基
酸残基构成的、分子量约为80000Da
的铁结合性单体糖蛋白,1960 年由
Groves 从牛乳中分离获得,晶体呈红
色,其多肽链上结合有2条糖链,含量
约为7 %,包含有半乳糖、甘露糖、N-
乙酰半乳糖胺、岩澡糖等。Lf 广泛存
在于动物的乳汁、体液、泪液和唾液
中,以乳中含量最为丰富,人初乳为
6 ~8mg/mL ,常乳为2 ~4mg/mL ,牛
初乳为1 ~5mg/mL , ~
。
目前,人乳和牛乳的乳铁蛋白一
级结构已经确定,两者的氨基酸顺序的
同源性达69 %。牛乳铁蛋白的二级结
构主要呈“二枚银杏叶型”,分别在
分子N端和C端形成2个环。这样的裂
隙结构使Lf 可以非常牢固地结合铁,每
个铁原子(Fe )与乳铁蛋白上的4个
残基相连:2个酪氨酸、1个天门冬氨
酸,1个组氨酸,另外,还相伴1个
CO 3离子结合铁离子和精氨酸,有稳定
铁结合的作用。因此,每个Lf 分子可
以结合2分子的Fe 和2分子的CO 3 。此
外,X射线分析发现,Fe 结合到Lf 后
可引起后者的构象发生变化,即铁进入
敞开的裂隙内部后,两结构域相应闭
合,使分子结构更加紧密。这种构象
变化解释了铁饱和Lf 比脱铁Lf (Apo-
Lf )更不易变性和水解的原因。
乳铁蛋白的性质、功能及抑菌机制
,其功能
与pH 值密切相关,在中性条件下具备
较强活力。当体系pH 时,效
果明显强于pH 时;当pH 值<
6 时,基本无抑菌功能。人乳和牛乳Lf
通过SDS-PAGE 均能分离出表观分子
量不同的2个组分。
Lf 有抗菌、抗病毒、抗氧化、抗
癌、调节机体免疫、增强铁吸收等功
能,其中,最显著的功能是其抗菌活
性,具有广谱抗菌性,可以抗革兰氏
阳性菌,但对乳酸菌基本无抑制作
用,其抑菌效果取决于微生物对铁的
需求程度、外源铁的生物利用率、Lf
的饱和度、pH 值、抗体等。
目前认为Lf 的抗菌机理如下:①对
革兰氏阳性菌的抑菌作用是乳铁蛋白高
度结合铁,使细菌失去生长所需的元
素铁;同时,当Lf 铁饱和后,其抑菌
特性消失。②Lf 通过氨基末端强阳离子
结合区域,增加细菌细胞膜的通透
性,使细菌的脂多糖从外膜渗出,达
到直接杀菌作用。如果将Lf 通过蛋白酶
水解获得低分子量的肽时,抑菌活性
会大幅度提高。
Lf 的分离纯化
离子交换色谱法
Groves 最早使用DEAE 纤维素阴
离子交换树脂和磷酸纤维素交换色谱法
分离出较纯的Lf ,Foles 等加以改进,
得到纯度为81 %的Lf 。
亲和色谱法
这是一种新兴的分离技术,该法
获得的纯度极高,操作简单、分离效
果好,没有生物活性的损失,是生产
医用高纯度Lf 最有效的方法之一。乳品加工 Dairy Industry
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超滤法
最早由岛崎敬一提出,他选用7种
不同孔径的膜,用超滤法分离Lf ,但
纯度较低;Dubols 采用超滤法得到5 倍
浓缩倍数的Lf 截留物。目前,普遍认
为,超滤法是生产食品级Lf 的最具工业
化前景的方法之一。
近年来,人们尝试克隆整个Lf 基
因,但未成功,可能是要表达的 DNA
片段太大。最近,日本农水省生物资
源研究所等单位开发出一组基因重组番
茄,他们将人体乳腺中产生的Lf 基因导
入了番茄品种“秋玉”的果实、叶、