多頻超聲促進蛋白質酶解反應及機制研究

《多頻超聲促進蛋白質酶解反應及機制研究》是依託江蘇大學，由曲文娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多頻超聲促進蛋白質酶解反應及機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曲文娟
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

本項目研究了多頻超音波處理促進蛋白質酶解反應的機理及控制機制。與單頻超聲處理、未經超聲處理比較，本研究重點評價多頻超聲處理的酶解效果，最佳化多頻超聲處理的工作模式和主要參數；建立基於多頻超音波處理的酶解反應動力學和熱力學模型；探討蛋白質和蛋白酶波譜特性、結構特徵改變與多頻超音波處理促進酶解反應之間的內在關聯；從化學反應動態學和分子水平兩個層面闡明多頻超音波處理促進蛋白質酶解反應的機理，建立多頻超聲促進蛋白質酶解反應的控制機制。該項目不僅可以突破傳統蛋白質酶解製備功能性多肽技術的發展瓶頸，而且可以推進超音波新技術從常規工作模式到高級工作模式的發展，也將進一步推動農產品與食品精深加工領域及健康產業的發展。

結題摘要

項目研究了多頻超音波處理促進蛋白質酶解反應的機理及控制機制。與單頻超聲處理、未經超聲處理比較，本研究重點建立了一種海藻酸鈉固定化鹼性蛋白酶製備方法和一種多頻超聲輔助玉米蛋白固定化酶解方法。製備的固定化酶具有良好的操作穩定性、熱力學穩定性和重複利用率。建立的多頻超聲輔助玉米蛋白固定化酶解方法，與單頻超聲處理、未經超聲處理方法相比，玉米蛋白水解度、多肽濃度、產物ACE抑制率顯著提高；疏水性胺基酸，其中Met、Val和Ile含量顯著增加；產物中分子量在200~1000Da高活性多肽的比例顯著增大，占到62%。由此得出，多頻超聲處理更有利於中分子量段高活性多肽的生產。本研究最佳化獲得了多頻超聲輔助玉米蛋白固定化酶解的最優工藝條件。建立了基於多頻超音波處理的酶解反應動力學模型和熱力學模型，多頻超聲處理提高反應速率V0 23%~43%，提高酶與底物親和力KM 27%，降低活化能Ea 17%，減少活化焓ΔH 15%，減少活化熵ΔS 24%~32%，可以提高反應速率，降低反應熱耗，從而提高酶解效率。探討了蛋白質和蛋白酶波譜特性、微觀結構特徵改變與多頻超聲處理促進酶解反應之間的內在關聯。多頻超聲處理後蛋白紫外、螢光光譜、表面疏水性和巰基含量增加，二硫鍵含量下降，β-摺疊和β-轉角含量增加，α-螺旋和無規則捲曲含量減少，微觀結構變得更加疏鬆，納米顆粒尺寸減小。多頻超聲處理後固定化酶分子結構更加有序，固定化酶的表面積增大。總體表明多頻超聲處理引起了蛋白質和蛋白酶分子結構、微觀結構的改變，更利於底物蛋白與酶的結合，從而提高酶解效率。研究從化學反應動態學和底物蛋白、蛋白酶分子水平兩個層面闡明了多頻超音波處理促進蛋白質酶解反應的機理。該項目不僅可以突破傳統蛋白質酶解製備功能性多肽技術的發展瓶頸，而且可以推進超音波新技術從常規工作模式到高級工作模式的發展，也將進一步推動農產品與食品精深加工領域及健康產業的發展。