第二章 活性肽类 本章要点 1. 生物活性肽的生理功能 生理活性肽的基本内容 调节肽的基本内容 生物活性肽（简称活性肽）指的是一类分子量小于6000D，具有多种生物学功能的多肽。这些活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能，食用安全性极高。生物活性肽是肽类的热门研究领域，肽的吸收与生理作用已有较深入的研究。由于动物体内存在大量的蛋白酶和肽酶，人们长期以来一直认为，蛋白质降解成寡肽后，只有再降解为游离氨基酸才能被动物吸收利用。20世纪60年代，有研究证明寡肽可以被完整吸收，人们才逐步接受了肽可以被动物直接吸收利用的观点。此后人们对寡肽在动物体内的转运机制进行了大量的研究，表明动物体内可能存在多种寡肽的转运体系。目前的研究认为，二、三肽能被完整吸收，大于三肽的寡肽能否被完整吸收还不确定，但也有研究发现四肽、五肽甚至六肽都能被动物直接吸收。 生物活性肽的的生理功能如下： 调节体内的水分、电解质平衡； 为免疫系统制造对抗细菌和感染的抗体，提高免疫功能； 促进伤口愈合； 在体内制造酵素，有助于将食物转化为能量； 修复细胞，改善细胞代谢，防止细胞变性，能起到防癌的作用； 促进蛋白质、酶、酵素的合成与调控； 沟通细胞间、器官间信息的重要化学信使； 预防心脑血管疾病； 调节内分泌与神经系统； 改善消化系统、治疗慢性胃肠道疾病； 改善糖尿病、风湿、类风湿等疾病； 抗病毒感染、抗衰老，消除体内多余的自由基； 促进造血功能，治疗贫血，防止血小板聚集，能提高血红细胞的载氧能力。 通过活性肽类的研究，促进了人类对肽类物质的应用，营养学家、生物医学家不断开发出各种各样的肽类产品，以满足人类健康事业的需要。目前对肽类物质的应用主要在以下三个方面： 1.功能性食品：具有一定功能的肽类食品，目前是国际上研究的热点。日本、美国、欧洲已捷足先登，推出具有各种各样功能的食品和食品添加剂，形成了一个具有极大商业前景的产业。 2.肽类试剂：纯度非常高，主要应用在科学试验和生化检测上，价格十分昂贵。 3.肽类药物。 生物活性肽分子结构复杂程度不一，可从简单的二肽到环形大分子多肽，而且这些多肽可通过磷酸化、糖基化或酰基化而被修饰。依据其功能，生物活性肽大致可分为生理活性肽、调味肽、抗氧化肽和营养肽等，但因一些肽具有多种生理活性，因此这种分类只是相对的。 本章主要介绍了生理活性多肽、调节肽的基本概念和生理功能等。 生理活性肽 生理活性肽是沟通细胞间与器官间信息的重要化学信使，通过内分泌等作用方式，使机体形成一个高度严密的控制系统，调节生长、发育、繁殖、代谢和行为等生命过程。这些多肽通称为生理活性肽。它主要有以下几种： 一、矿物元素结合肽 　　多数矿物元素结合肽中心位置含有磷酸化的丝氨酸基团和谷氨酰残基，与矿物元素结合的位点存在于这些氨基酸带负电荷的侧链一侧，其最明显的特征是含有磷酸基团。与钙结合需要含丝氨酸的磷酸基团以及谷氨酸的自由羧基基团，这种结合可增强矿物质-肽复合物的可溶性。酪蛋白磷酸肽（简称CPP）是目前研究最多的矿物元素结合肽，它能与多种矿物元素结合形成可溶性的有机磷酸盐，充当许多矿物元素如Fe2+、Mn2+、Cu2+、Se2+，特别是Ca2+在体内运输的载体，能够促进小肠对Ca2+和其它矿物元素的吸收。 酪蛋白磷酸肽的分子内具有丝氨酸磷酸化结构，对钙的吸收作用显著。它是应用生物技术从牛奶蛋白中分离的天然生理活性肽，存在于牛乳干酪素中，有两种物质。由α-干酪素制成的α-酪蛋白磷酸肽是由37个不同氨基酸组成的磷肽，其中有与磷酸基相结合的丝氨酸7个，分子量为46000。由β-干酪素制成的β-酪蛋白磷酸肽，是由25个不同氨基酸组成的磷肽，其中有与磷酸基相结合的丝氨酸5个，分子量为3100。酪蛋白磷酸肽是一类含有25～37个氨基酸残基的多肽，在pH7～8的条件下能有效地与钙形成可溶性络合物。 酪蛋白磷酸肽的生理功能主要有以下几个方面： （1）促进成长期儿童骨骼和牙齿的发育； （2）预防和改善骨质疏松症； （3）促进骨折患者的康复； （4）预防和改善缺铁性贫血； （5）抗龋齿。 日本、澳大利亚、德国等将其应用于功能性食品中，如日本添加酪蛋白磷酸肽的补钙、补铁功能性食品，包括液体饮料、强化乳制品、饼干、糕点、糖果等。我国已于1994年由广州市轻工研究所独家实现了酪蛋白磷酸肽的规模化工业生产，酪蛋白磷酸肽作为第一种用于食品中的矿物元素结合肽，日益受到人们的重视 二、酶调节剂和抑制剂 这类肽包括谷胱甘肽、肠促胰酶肽等。谷胱甘肽在小肠内可以被完全吸收，它能维持红细胞膜的完整性，对于需要巯基的酶有保护和恢复活性的功能，它是多种酶的辅酶或辅基，可以参与氨基酸的吸收及转运，参与高铁血红蛋白的还原作用及促进铁的吸收。 谷胱甘肽（GSH）是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸通过肽键缩合而成的三肽化合物，广泛存在于动物肝脏、血液、酵母和小麦胚芽中，各种蔬菜等植物组织中也有少量分布。谷胱甘肽具有独特的生理功能，被称为长寿因子和抗衰老因子。日本在20世纪50年代开始研制并应用于食品，现已在食品加工领域得到广泛应用。我国对谷胱甘肽的研究还处于起步阶段。谷胱甘肽的生产方法主要有溶剂萃取法、化学合成法、微生物发酵法和酶合成法等4种，其中利用微生物细胞或酶生物合成谷胱甘肽极具发展潜力，目前主要以酵母发酵法生产谷胱甘肽。 谷胱甘肽在生物体内有着重要的作用： （1）作为解毒剂，可用于丙烯腈、氟化物、CO、重金属以及有机溶剂的解毒上。 （2）作为自由基清除剂，可保护细胞膜，使之免遭氧化性破坏，防止红细胞溶血及促进高铁血红蛋白的还原。 （3）对白细胞减少症起到保护作用。 （4）能够纠正乙酰胆碱、胆碱酯酶的不平衡，起到抗过敏作用。 （5）对缺氧血症、恶心以及肝脏疾病所引起的不适具有缓解作用。 （6）可防止皮肤老化及色素沉着，减少黑色素的形成，改善皮肤抗氧化能力并使皮肤产生光泽。 随着酶调节剂和抑制剂研究的不断深入，它们对人体的健康发挥越来越大的作用。 三、抗菌肽 又称抗菌活性肽，它通常与抗生素肽和抗病毒肽联系在一起，包括环形肽、糖肽和脂肽，如短杆菌肽、杆菌肽、多粘菌素、乳酸杀菌素、枯草菌素和乳酸链球菌肽等。抗菌肽热稳定性较好，具有很强的抑菌效果。 除微生物、动植物可产生内源抗菌肽外，食物蛋白经酶解也可得到有效的抗菌肽，如从乳铁蛋白中获得的抗菌肽。乳铁蛋白是一种结合铁的糖蛋白，作为一种原型蛋白，被认为是宿主抗细菌感染的一种很重要的防卫机制。研究人员利用胃蛋白酶分裂乳铁蛋白，提纯出了三种抗菌肽，它们可作用于大肠杆菌，均呈阳离子形式。这些生物活性肽接触病原菌后30min见效，是良好的抗生素替代品。 四、神经活性肽 多种食物蛋白经过酶解后，会产生神经活性肽，如来源于小麦谷蛋白的类鸦片活性肽，它是体外胃蛋白酶及嗜热菌蛋白酶解产物。 神经活性肽包括类鸦片活性肽、内啡肽、脑啡肽和其它调控肽。神经活性肽对人具有重要的作用，它能调节人体情绪、呼吸、脉搏、体温等，与普通镇痛剂不同的是，它无任何副作用。　　 五、免疫活性肽 免疫活性肽能刺激巨噬细胞的吞噬能力，抑制肿瘤细胞的生长，我们将这种肽称为免疫活性肽。它分为内源免疫活性肽和外源免疫活性肽两种。内源免疫活性肽包括干扰素、白细胞介素和β-内啡肽，它们是激活和调节机体免疫应答的中心。外源免疫活性肽主要来自于人乳和牛乳中的酪蛋白。 免疫活性肽具有多方面的生理功能，它不仅能增强机体的免疫能力，在动物体内起重要的免疫调节作用；而且还能刺激机体淋巴细胞的增殖和增强巨嗜细胞的吞噬能力，提高机体对外界病原物质的抵抗能力。 调节肽 某些生物活性肽可以提高食品的适口性，改善食品的风味，我们把这种肽称为调味肽。 一、酸味肽 酸味肽通常与酸味和Umami味有关。Umami味具有谷氨酸钠的味道，它通常由含有谷氨酸钠盐和天冬氨酸钠盐的二肽或三肽组成。首次从木瓜蛋白酶处理的牛肉提取物中分离出来的八肽，被称为“美味肽”，是代表Umami风味最好的例子。据报道，美味肽具有典型的牛肉汤味道，这主要归因于N-末端二肽Lys-Gly、中心酸性三肽Asp-Glu-Glu和C-末端三肽Ser-Leu-Ala的协同效应。 　 二、甜味肽 　　甜味肽典型的代表是二肽甜味素和阿力甜素，它们具有味质佳、安全性高、热量低等特点。其中二肽甜味素已经被70多个国家批准在500余种食品和药品中应用，可用于增强食品的甜度，调节风味。此外，赖氨酸二肽被证明是二肽甜味素有效的替代品，其不含酯的功能特性，在食品加工和贮藏过程中更加稳定。 　　 三、苦味肽 　　 苦味是有些食品如啤酒、咖啡、奶酪等的重要口感组分。碱性二肽如鸟氨酸-β-丙氨酸呈现出强烈的苦味，谷氨酸低聚物常常被用作很多食品的苦味成分。目前，研究人员已从发酵食品和酪蛋白的酶解产物中分离出苦味肽。 　　 四、咸味肽 　　某些碱性二肽，如鸟氨酰牛磺酸-氢氯化物、鸟氨酰基-β-丙氨酸-氢氯化物表现出强烈的咸味，有时伴随着Umami风味。但研究发现，肽类在缺少氯化氢条件下是无咸味的。其可发展成为高钠调味品的替代品。 　　 五、增强风味的肽 　　某些食品添加剂，虽然抗菌效果较好，也不会在动物体内产生残留，是一种安全、无残留抗生素。但其口感太差，加入食品后，食品适口性显著降低。某些二肽如Gly-Leu、Pro-Glu和Val-Glu可利用它们的缓冲作用起到改善食品适口性的作用。短链谷氨酸多肽则可有效掩盖苦味。Curculin和Miraculin可掩盖酸味并使酸味转变为甜味。总之，某些生物活性肽可以通过模拟、掩蔽、增强风味而提高食品的适口性。 六、激素肽 　　激素类肽包括生长激素释放肽、催产素等，它们通过自身作为激素或调节激素反应而产生多种生理作用。激素肽作为20世纪90年代发展起来的一类新合成的生物活性肽，在动物体中具有释放生长激素的生物活性。 其它 一、抗氧化肽 某些食物来源的肽具有抗氧化作用，其中人们最熟悉的是存在于动物肌肉中的一种天然二肽—肌肽。据报道，抗氧化肽可抑制体内血红蛋白、脂氧合酶和体外单线态氧催化的脂肪酸败作用。此外，从蘑菇、马铃薯和蜂蜜中鉴别出几种低分子量的抗氧化肽，它们可抑制多酚氧化酶的活性，可直接与多酚氧化酶催化后的醌式产物发生反应，阻止聚合氧化物的形成，从而防止食品的棕色反应。通过清除重金属离子以及促进可能成为自由基的过氧化物的分解，一些抗氧化肽和蛋白水解酶能降低自动氧化速率和脂肪的过氧化物含量。 　　二、营养肽 对人或动物的生长发育具有营养作用的肽，称为营养肽。如蛋白质在肠道内酶解消化可释放游离的氨基酸和肽。大量研究表明，蛋白质和肽除可直接供给动物机体氨基酸需要外，对动物生长还有一些特殊的额外作用。以游离氨基酸代替完整蛋白质的数量是有限的，低蛋白日粮无论如何平衡氨基酸都无法达到高蛋白日粮的生产水平。动物日粮中蛋白质的重要性部分体现在小肠部位可以产生具有生物活性的肽类。肽类的营养价值高于游离氨基酸和完整蛋白质，其原因有以下几个方面： 　　1. 一般来说，小肽的抗原性要比大的多肽或原型蛋白质的抗原性低； 2. 与转运游离氨基酸相比，机体转运小肽通过小肠壁的速度更快； 3. 肽类的渗透压比游离氨基酸低，因此可提高小肽的吸收效率，减少渗透问题； 4. 小肽还具有良好的感官/味觉效应。 目前，生物活性肽的研究领域发展很快，已经受到了各国科学家和政府的高度重视，短短的几年内，就有众多的生物活性肽被辩认出来。有些生物活性肽已经作为功能性食品实现了工业化生产。生物活性肽的研究与开发作为国际上新兴的生物高科技领域，具有极大市场潜力。 此外，活性肽类还可作为药物使用。目前，已经生产出的肽类药物达数百种，涉及到大部分疾病的临床治疗。例如胰岛素的人工合成，它已解救无数糖尿病患者的生命。2003年，我国爆发了非典型肺炎（ＳＡＲＳ）。第四军医大学研究人员在进行抗非典药物研究中，发现了３个对ＳＡＲＳ病毒有明确抑制作用的多肽。这一抑制冠状病毒的研究对系列多肽药物的合成、为研制抗非典药物奠定了坚实的基础。这３个多肽已正式通过中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所、病毒资源中心的鉴定。研究人员认为非典冠状病毒是一种单链核糖核酸病毒。在非典病原体被确定后，研究人员发现非典冠状病毒外围有一个类似“日冕”的圆环，其内部的４个结构蛋白，尤其是Ｓ蛋白在非典病毒的自身复制、侵蚀人体细胞中起关键作用，而多肽可以阻止冠状病毒侵入细胞，从而抑制冠状病毒入侵人体细胞。专家们说，在世界范围内，临床上还没有特效的药物治疗ＳＡＲＳ，因此，这一类多肽对非典冠状病毒具有明确的抑制作用。2003年５月１５日，中国国家知识产权局已经对我国这个研究成果受理了专利申请。 思考题 什么是生物活性肽？它有何优点？ 生物活性肽有哪些？ 试述酪蛋白磷酸肽和谷光甘肽的生理功能。 为什么说肽类的营养价值高于游离氨基酸和完整的蛋白质？ 参考文献 郑建仙编著.功能性食品学. 北京：中国轻工业出版社，2003 吴谋成编著.功能食品研究与应用. 北京：化学工业出版社，2004 温辉梁主编.保健食品加工技术与配方.南昌：江西科学技术出版社，2002 顾维雄主编.保健食品.上海：人民出版社，2001