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蛋白质甜味剂Thaumatin的研究进展及其应用

蛋白质甜味剂Thaumatin的研究进展及其应用
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蛋白质甜味剂Thaumatin的研究进展及其应用

江南大学食品学院食品科学与工程6120112051 马正然

摘要:索马甜(Thaumatin)是一种天然植物蛋白质甜味剂,具有甜度高、热量低、安全性好等优点。本文主要对索马甜的来源、结构和特点、安全性、生产,及其在食品中的应用做出概述,并对其今后的发展趋势进行了展望。

关键词:蛋白质甜味剂;索马甜;性质;应用

Research progress and applications of protein sweetener thaumatin

Jiangnan University,the School of Food Science and Technology, 6120112051, Ma Zhengran

Abstract:Thaumatin is a natural protein sweetener which has many advantages such as high sweetness intensity, low calories and no toxicity. The source, structure and properties, toxicolo- gical safety, production, as well as the applications of thaumatin were introduced. The future development trend of thaumatin is also proposed.

Keywords:protein sweetener; thaumatin; properties; applications

近年来,在我国、印度及一些西方国家中,肥胖和糖尿病的患病率显著增加。糖尿病是由遗传性的或获得性的体内胰岛素缺乏而引起的碳水化合物、脂肪和蛋白质代谢紊乱的一种慢性疾病。考虑到蔗糖等对糖尿病、高血脂症、龋齿和肥胖患者的影响,人工甜味剂如糖精、阿斯巴甜、甜蜜素、安赛蜜等作为一种低热量的甜味剂在世界范围内被广泛使用。但是它们也在一定程度上产生了一些副作用,如心理问题、精神障碍、膀胱癌、心脏衰竭、脑肿瘤等。而蛋白质甜味剂作为一种天然植物蛋白,在这些患者体内并不会触发对胰岛素的需求,具有甜度高、能量低、安全性好等优点,在可乐、零食、巧克力,以及低热量甜味剂行业等食品工业中具有潜在的应用价值。索马甜(Thaumatin)是一种天然植物蛋白质甜味剂,目前已经作为新型高倍甜味剂在国外食品中应用,其优点满足了当今消费者对健康食品的需求,是食品甜味剂发展的新趋势,但我国尚未批准其在食品中使用。本文主要对索马甜的基本性质及其在食品中的应用做出综述,为国内研究和市场引入提供积极参考。

1 蛋白质甜味剂简介

目前,已发现7种蛋白质能引起甜味,即Miraculin(奇异果素),Thaumatin(索马甜),Monelin(莫奈林),Mabinlin(马槟榔),Pentadin(潘塔亭),Curculin(仙茅素)和Brazzein(布拉齐因)。这些蛋白质除Miraculin外,本身都有甜味,属于甜蛋白。Miraculin和Curculin能将酸味变为甜味,属于甜味诱发蛋白。它们的来源及基本性质见表1[1]。

表1 蛋白质甜味剂的来源及基本性质

种类来源地理分布甜度分子量(kDa)味觉活性完成提纯鉴定的年代

Miraculin (奇异果素)Richadella

dulcifica

西非- 98.4 酸—甜1968

Thaumatin (索马甜)Thaumatococcus

danielliBenth

西非3000 22.2 甜1972

Monelin (莫奈林)Dioscoreophyllum

cumminsii Diels

西非3000 10.7 甜1972

Mabinlin (马槟榔)

Capparis

masakaiLevl

中国100 12.4 甜1983

Pentadin (潘塔亭)Pentadiplandrabrazze

anaBaillon

西非500 12.0 甜1989

Curculin (仙茅素)Curculingo

latifolia

马来西亚550 24.9

甜(水—甜,

酸—甜)

1990

Brazzein (布拉齐因)Pentadiplandrabrazze

anaBaillon

西非2000 6.5 甜1994

2 索马甜的简介

2.1 索马甜的来源

索马甜(Thaumatin),商品名Talin,是由西非植物ThaumatococcusdanielliBenth果实中提取出来的一种天然蛋白质。它于18世纪50年代首次被Daniell发现,被当地人用来改良酸味的水果和低等的棕榈酒,已有百年的历史。1972年,荷兰科学家V an der Wel等首先从果实的假种皮中分离出ThaumatinⅠ,Ⅱ,Ⅲ;随后,Thaumatin b,c也被分离出来;1979年,Lyengar等测定了ThaumatinⅠ的氨基酸序列;1982年,Edens测定了ThaumatinⅡ的核苷酸序列;1988年,Lee等从果实的叶片中分离出Thaumatin A,B;这些蛋白质由一个多基因家族编码,具有相似的性质[2]。

2.2 索马甜的结构和性质

天然的Thaumatin蛋白由一个多基因家族编码,最少存在6~7种不同结构,其中最主要的是Thaumatin Ⅰ和Ⅱ。它由207个氨基酸残基与8个分子内二硫键组成,且没有游离的半胱氨酸残基[2]。在索马甜的氨基酸序列中,4个赖氨酸残基(K49,K67,K106,K163)和3个精氨酸残基(R76,R79,R82)对其甜味发挥着重要的作用,其中K67和R82对其甜味的诱发极其关键[3]。

索马甜的甜度相当于8%至10%蔗糖溶液的2000至2500倍,其甜味阈值极低,即使稀释至10-8mlo/L 仍可感知其甜味。因一般用量很小,所以可以不考虑其发热量,对肥胖者或糖尿病人很有利。索马甜的稳定性主要受pH、温度和溶液中其它物质(氧、离子和酸)的影响索马甜分子可以在煮沸的去离子水中稳定几个小数,在酸性条件下的热稳定性比在碱性或中性条件下强。ThaumatinⅠ和Ⅱ在水和稀释乙醇溶液中溶解性很好,不易溶于有机溶剂。在酒石酸根离子存在的条件下,索马甜能够迅速结晶。NeerAsherie等[4](2008)测定了L、D两种酒石酸根离子异构体对索马甜溶解度的影响,结果发现,在L-酒石酸盐中,其溶解度随着温度的增加而增加,而在D-酒石酸盐中,其溶解度随着温度而降低。索马甜加工稳定性较好,在巴氏杀菌、焙烤食品中稳定,常用防腐剂对其没有影响,食品和饮料配方中使用稳定。它可以和其它甜味剂共同使用,以减少其它甜味剂的使用浓度。如与糖精共用,可以遮掩糖精的金属苦味;如与味精共用,还能增强味精的鲜味。

2.3 索马甜的安全性

早在1983年,Higginbotham JD等[5]已对索马甜的安全性进行了评价。结果表明,索马甜在大鼠体内很容易被消化和代谢,甚至比鸡蛋清消化还要快;以0%、0.3%、1.0%和3.0%剂量的索马甜持续口服喂养大鼠和狗13周,没有不良影响产生;大鼠妊娠6~15天内,以不同剂量口服喂养,没有产生致畸;以每天200和2000mg/kg的剂量持续喂养雄性小鼠5天,没有发生致死突变;以细菌基因致突变试验进一步证明了索马甜不具致突变性;但是,大鼠试验中,索马甜具有微弱的致过敏性,类似于蛋清;对人体的点刺试验中,有人提对索马甜出现过敏,但低于人体对屋尘螨的过敏率。非洲西部当地人食用ThaumatococcusdanielliBenth果实已有几百年的历史,并没有食用后危害人体的报告。美国FDA与FEMA 已将索马甜列为GRAS(generally recognized as safe),即一般认为是安全的物质,日本及西欧一些国家也允许使用索马甜。

2.4 索马甜的生产

索马甜传统的提取工艺流程为:假种皮破碎,水溶液提取(pH2.0~4.5),分离(超滤),干燥(冻干或喷雾干燥)。但是,此方法得到的索马甜中含有一些植物组分,如阿拉伯-半乳聚糖等物质,如需更高的纯度,可以通过体积排阻色谱[4]、离子交换色谱[2]、吸附树脂等方法继续纯化。

此外,研究人员也在不断尝试使用转基因微生物或高等植物来生产大量的重组索马甜蛋白。KeisukeOhta等[3](2008)曾修改了毕赤酵母的表达系统,通过引入前序列提高了索马甜的产率(约为30~50mg/L),并且使用正确的末端序列得到了重组的索马甜分子。此后,TetsuyaMasuda等[6]以三个含有22-氨基酸前序列的索马甜基因为表达载体,在毕赤酵母体内获得了重组的ThaumatinⅠ,其表达产率约为100mg/L;并且圆二色谱和色氨酸的荧光色谱显示,重组的索马甜与天然索马甜几乎是一样的。随着分子生物学技术的不断发展,人们把索马甜基因转入不同的宿主中,包括大肠杆菌、真菌、黄瓜、草莓、番茄、玉米等,希望获得大量重组的具有活性的索马甜,但是结果并不理想。要实现工业化生产,基因重组后的索马甜产量必须达到1g/L才可行,目前尚未发现以重组基因方式实现工业生产的报道。

3 索马甜的应用现状

索马甜是一种低能量的天然蛋白质,通过与舌头上的味蕾相作用,可以改变食品给人的味觉,进而改善和增强食品风味,掩盖苦味和羞涩感。索马甜还可以降低很多芳香物质的感觉阈值,如薄荷、咖啡、姜、巧克力、草莓、苹果、柠檬、橘子等,在食品工业中用作甜味剂、风味改善和增强剂。

低浓度的索马甜即可有效地增强食品风味,适用于咖啡、茶、酒精饮料、糖果、冰淇淋、食品增补剂,以及基于微生物和矿物质的膳食补充饮品或咀嚼片。在低脂肪乳制品中,添加少量的索马甜,可以产生一种丰富的奶油风味,改善因脱脂而失去的风味。索马甜与其它高倍甜味剂(如糖精、安赛蜜和阿巴斯甜)复配使用有协同作用,且能够掩盖金属味和其他甜味剂带来的苦味,并提供更接近蔗糖的口感,增进甜味和延长甜味感。

索马甜在稍高浓度下使用时,可以掩盖苦味。这一功能已成功应用于制药中,添加在抗生素、止痛药、止咳糖浆、感冒药和增补剂中。此外,索马甜用在化妆品行业中,图牙膏和漱口水中,可以改善和延长其风味和凉爽感;用作动物饲料添加剂时,果实种皮可以直接添加,不需干燥和提取。

在基因工程中,索马甜基因的导入使一些植物果实的口感和品质得到了提高。ThaumatinⅡ转基因表达的黄瓜、梨、马铃薯、草莓和番茄等,口感和味道都有所提高,其中转基因黄瓜不仅耐致病性菌的能力

提高,而且产生了甜味,可接受的香味程度也有所增强[7]。

4 展望

目前,索马甜生产上面临的主要问题是种植面积有限、产量低,非洲西部地区原料供给不稳定,基因工程生产尚处于研究阶段。在我国,尚没有正式批准索马甜在食品中使用,国内也没有索马甜的生产商,市场上的产品主要从美国等地进口,产品混杂,标准不一。未来可以适当的开拓索马甜在食品中的应用研究,开展索马甜作为国内食品添加剂新品种的审批工作,制定相关的行业或国家标准,以促进索马甜在国内市场的推广和发展,规范管理其在食品中的合理应用。

参考文献

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2005, 4(1):1-6.

[2]Tetsuya Masuda, Keisuke Ohta et al. High-resolution structure of the recombinant sweet-tasting protein

thaumatinI[J]. ActaCrystallographica Section F,2011,67(6):652-658.

[3]Keisuke Ohta, Tetsuya Masuda et al. Critical molecular regions for elicitation of the sweet- ness of the

sweet-tasting protein, thaumatinI[J].The FEBS Journal,2008,275(14):3644-3652.

[4]NeerAsherie, Charles Ginsberg et al. Solubility of Thaumatin[J]. Crystal Growth and Design,

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Toxicology,1983,21(6):815-823.

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Sensory Properties and Food Safety Aspects[J].Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2012,11(2):174-186.

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[11]刘树兴,王维,魏丽娜.植物甜蛋白的研究进展[J].食品研究与开发,2005,26(2):23-25.

蛋白质结构与功能的研究进展

《生物化学》课程论文 姓名:曹SS 学号:11310300SS 专业:SS教育 成绩: SS学院生命科学学院 2015年 1 月 1 日

文献综述 蛋白质结构与功能的研究进展 学生:曹SS 指导老师:杜SS 【摘要】人类基因组计划即将完成。虽然基因组的序列作为信息库拥有大量的、重要的生物信息资源,但并不是基因本身,而是基因组所编码的蛋白质才能够直接参与和指导绝大多数的生物学过程。毫无疑问,只有阐明蛋白质的作用机理,才能够真正理解基因的功能。蛋白质结构与功能关系的揭示将有助于人类对于如生殖、发育、疾病等生命活动的基本机理的了解。同时,将对于人类疾病的防治和药物的发明具有重要的指导意义。 【关键词】蛋白质;结构;功能 1.引言 在人类进人21世纪新纪元之际,生命科学也迎来一个崭新的时代,即“后基因组时代(Post一genome era)”。在这一时代中,生命科学的中心任务是揭示基因组及其所包含的全部基因的功能,并在此基础上阐明遗传、发育、进化、功能调控等基本生物学问题,以及进一步解决与医学、环境保护、农业密切相关的问题。由于基因的功能最终总是通过其表达产物—蛋白质来实现的,因此,要了解基因组全部功能活动,最终也必须回到蛋白质分子上来。现已知道,以蛋白质为主体的生物大分子的功能主要决定于它们的三维结构,所以也有人认为当代生物学研究已经进人了“结构基因组时代(structural genomics era)”。目前,我们还不可能只用基因组DNA的一维序列去确定生命活动的机理(mechanism)和途径(path-way),也难以仅用基因的信息去解释疾病发生与发展的分子机理。显然,在人类基因组之后的时代,在有关生命活动整合知识的指导下,以蛋白质及其复合物、组装体为主体的生物大分子的精细三维结构及其在分子、亚细胞、细胞和整体水平上的生物学功能的研究是生命科学的重大前沿课题,也是当前生物学领域中最具有挑战性的任务之一,在后基因组时代生物学发展中处于战略性的关键地位。因此,在从现在到今后的5到15年中,我国在重点基础研究发展的战略性规划中,不失时机地组织精干的结构生物学研究队伍,开展对重要功能基因表达产物—蛋白质及其复合物、组装体的结构与功能的研究具有重要的科学意义,是推动我国生物学研究在21世纪生物学领域占据一席之地的必要措施[1]。 另外,以蛋白质为主体的生物大分子及其复合物和组装体三维结构与功能关系研究是生

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含有xx的产品数目19 含有甜蜜素的产品数目4 含有糖精的产品数目0 含有其他合成甜味剂的产品4 表2含有多种甜味剂的甜味产品的数目和比例调查产品类别产品数目 调查产品总数84 含有1种甜味剂的产品数目35 含有2种甜味剂的产品数目26 含有3种甜味剂的产品数目11 含有4种或更多甜味剂的产品数目1 添加含能量甜味剂的产品总数64 添加糖醇类甜味剂的产品总数10 添加低聚糖甜味剂的产品总数60 添加糖浆类甜味剂的产品总数12 添加天然甜味甙类的产品总数1 添加合成甜味剂的产品总数 2014.300 7.10 7.1 10.7

2.4 71.40 4.8 22.6 4.80 4.8 在同类产品中的比例 41.7 31.0 13.1 1.2 76.2 11.9 71.4 14.3 7.2 23 产品名称添加甜味剂的名称是否标为低糖食品是否标为无糖食品雪碧碳酸饮料果葡糖浆,白砂糖 七喜碳酸饮料白砂糖 芬达果味汽水果葡糖浆,白砂糖 美年达果味汽水白砂糖

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蛋白质工程及其应用研究进展 摘要:蛋白质工程是生物工程中五大工程之一,本文对蛋白质工程作了简要概述,介绍了蛋白质工程的特点,并从蛋白质结构分析结构、功能的设计和预测、蛋白的创造和改造等方面对蛋白质工程研究内容进行详细论述,并以实例作了蛋白工程的应用。 关键词:蛋白质工程特点;研究内容;实际应用;展望 蛋白质是生命的体现者,离开了蛋白质,生命将不复存在。可是,生物体内存在的天然蛋白质,有的往往不尽人意,需要进行改造。由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的,每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序,所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是由三联体密码决定的,只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的。蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要,对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计,使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。这种通过造成一个或几个碱基定点突变,以达到修饰蛋白质分子结构目的的技术,称为基因定点突变技术。 蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上,融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。其内容主要有两个方面:根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质;确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。在此基础之上,实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能,设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质,这也是蛋白质工程最根本的目标之一。 目前,蛋白质工程尚未有统一的定义。一般认为蛋白质工程就是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质。实际上蛋白质工程包括蛋白质的分离纯化,蛋白质结构和功能的分析、设计和预测,通过基因重组或其它手段改造或创造蛋白质。从广义上来说,蛋白质工程是通过物理、化学、生物和基因重组等技术改造蛋白质或设计合成具有特定功能的新蛋白质。 1概念 按人们意志改变蛋白质的结构和功能或创造新的蛋白质的过程。包括在体外改造已有的蛋白质,化学合成新的蛋白质,通过基因工程手段改造已有的或创建新的编码蛋白质的基因去合成蛋白质等。为获得的新蛋白具备有意义的新性质或新功

蛋白质组学研究的完整解决方案

蛋白质组学研究的完整解决方案 人体内真正发挥作用的是蛋白质,蛋白质扮演着构筑生命大厦的“砖块”角色,随着破译生命密码的人类基因组计划进入尾声,一个以蛋白质和药物基因学为研究重点的后基因组时代已经拉开序幕,蛋白质将是今后的重点研究方向之一。然而,蛋白质的分离和鉴定非常费时,目前测定蛋白质的技术远远落后于破译基因组的工具,最好的实验室每天只能分离和识别出100种蛋白质。据估计,人体内可能有几十万种蛋白质,这大概需要10年时间进行识别。 为了加快蛋白质组学研究进程,以专业生产蛋白质组学研究设备而著称的美国Genomic Solution Inc.公司开发了完整的蛋白质组学解决方案,由一系列机械手臂与软件,并结合了二维电泳实验设备与质谱仪,可以进行高效、自动化且具重复性的试验分析。在Genomic solution值得信赖的技术平台上,你的研究工作将更富成效,重复性更好。在这一整套Investigator平台上,各仪器之间配合无隙,由于它的整合性及标准性,使得研究进程大大加快,原来需要9—12个月才能获得数据结果发表的时间减少到9—12周。这套完整的系统具备蛋白质组研究所需的众多功能:2-D电泳、图像获取、2-D胶分析、蛋白样品切割、蛋白消化、MALDI样品准备、消化及点样、数据分析整合,再加上制备好的胶、试剂及附件,使研究工作可以立即展开。此套设备为进行蛋白质组学研究的利器,大大加速了蛋白质分离和鉴定的速度。该系统主要由以下几部分组成: 一、2-D电泳系统(Investigator? 2-D Electophoresis System) 该系统主要进行2D PAGE第一向等电聚焦凝胶电泳和第二向SDS-PAGE电泳,设备包括2-D电泳系统所需的各种设备,如pHaser?(IPG胶条电泳)、管状制胶设备、二维电泳装置、电源设备、半导体冷却器及各种相关的蛋白纯化试剂盒。 产品特征: * 提供2D PAGE电泳所需的各种设备,使电泳更加简便,大大节约研究时间 * 高分辨率:有效的第一向等电聚焦凝胶电泳和23cm X 23cm第二向SDS-PAGE大面积板胶提供清晰的电泳图像,有效提高单体、磷酸化和糖基化蛋白的分离 * 大容量:可同时容纳15块1mm一维管状胶,或8块2-3mm管状胶;10块IPG胶条和10块二维电泳板胶 * 灵活性:该系统用于管状胶、IPG 胶条、预制胶、自制胶和SDS PAGE胶使用 * 恒温:高效的半导体制冷装置保证电泳体系温度恒定,温度变化< 0.5℃ * 专门为高分辨率2D PAGE而设计的电源系统 * 提供超纯的相关化学试剂和药品

蛋白质工程的主要研究方法和进展

蛋白质工程的主要研究方法和进展 李 强 施碧红* 罗晓蕾 左祖祯 邢佩佩 刘 璐 (福建师范大学生命科学学院,福建福州 350108) 摘 要:蛋白质工程是用分子生物学手段对蛋白质进行分子改造的技术。介绍了蛋白质工程的几种常用方法及其基本原理和研究进展。 关键词:蛋白质工程;定点诱变;定向进化 中图分类号 Q816 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2009)05-47-02 Advances in The Techni q ues of P rotein Engineering L i Q iang et al (Co llege o f L ife Sc iences,Fu jian N or m a lU n i versity,Fuzhou350108,Chi na) Ab strac t:P ro tein eng ineer i ng is a techn i que used to i m prove prote i n m o l ecular In th i s paper,seve ra l m ethods and t he ir pr i nci p les and their advantag es f o r m olecu lar m odifica ti on have been rev ie w ed K ey words:P rote i n eng i neer i ng;site-d i rected m utag enesis;d irected evoluti on 20世纪70年代以来,对蛋白质的分子改造渐渐进入研究领域,通过对蛋白质分子进行突变,得到具有新的表型和功能或者得到比原始蛋白相对活力更高的突变体,对蛋白质的分子改造技术逐渐纯熟。蛋白质工程的主要技术分为理性进化和非理性进化,已经在农业、工业、医药等领域取得了较大的进展。 1 理性进化 理性进化主要是利用定点诱变技术,通过在已知D NA序列中取代、插入或缺失一定长度的核苷酸片段达到定点突变氨基酸残基的目的。运用该技术已有不少成功改造蛋白质的例子。M arkus Rot h通过同源性比对和定点突变技术,对E c o R DNA甲基化酶进行改造,使其对胞嘧啶的亲和性增加了22倍[1]。定点突变还主要应用于蛋白质结构和功能的研究方面。酰基载体蛋白(ACP)的主要作用是在单不饱和脂肪酸的特定位置引入双键,Cahoo 通过定点突变研究,发现将五个氨基酸残基置换之后的酶,由 6-16:0-ACP脱氢酶变成 9-18:0-ACP脱氢酶[2]。Van den Burg利用蛋白同源建模和定点突变技术结合的方法将从Bacill us stear other m oph il us分离出来的嗜热菌蛋白酶突变,得到的突变体稳定性提高了8倍,100在变性剂存在的情况下还能发挥作用[3],但是大部分单个氨基酸的改变对于整个蛋白的影响比较小,很难在高级结构上改变蛋白质的三级结构,从而造成很大的影响[4],所以在定点突变的基础上又出现了许多新的技术,用于改造蛋白质分子。 2 非理性进化 非理性蛋白质进化,又称定向进化或者体外分子进化,在实验室中模拟自然进化过程,利用分子生物学手段在分子水平增加分子多样性,结合高通量筛选技术,使在自然界中需要千百万年才能完成的进化过程大大缩短,在短期内得到理想的变异。这种方法不用事先了解蛋白质结构、催化位点等性质,而是人为地制造进化条件,在体外对酶的编码基因进行改造,定向筛选,获得具有预期特征的改良酶,在一定程度上弥补了定点诱变技术的不足,具有很大的实际应用价值。一个比较成功应用定向进化的例子是对红色荧光蛋白的改造。绿色荧光蛋白由于本身独特的发光性质,被应用到细胞生物学当中,作为体内原位跟踪蛋白质的一个极其有效的工具。D i sc oso m a红色荧光蛋白(Ds R ed)在荧光共振能量转移技术(fl uoresce nce resonance e ner gy tr ansfer)中可以和绿色荧光蛋白一起作用,作为研究两种蛋白质相互作用的有效工具,但是野生型的D s Red由于显色速率较慢,而且稳定性较差,B r oo ke B evi s建立随机突变文库,在103-105个转化子中筛选到了大大提高显色效率的突变体,使显色效率提高了10-15倍[5-6]。 易错PCR是利用DNA聚合酶不具有3!-5!校对功能的性质,在PCR扩增待进化酶基因的反应中,使用低保真度的聚合酶,改变四种d NTP的比例,加入锰离子并增加镁离子的浓度,使DNA聚合酶以较低的比率向目的基因中随机引入突变,并构建突变库。M oor e等对鼠伤寒沙门菌Sal m onella t yph m i uri u m产生的门冬氨酰二肽酶(asp art yld i pepti dase)进行改良,经两次易错PCR引入随机突变,并结合D NA改组和正向选择筛选,得到的pepEm3074突变株,其酶活力比野生菌提高47倍[7]。 D NA改组(DNA shuffli ng)技术克服了随机突变的随机性较大的限制,能够直接将多条基因的有利突变直接重组到一起,它的原理是使用D N ase?酶切或超声波断裂多条具有一定同源关系的蛋白编码基因,这些小片段随机出现部分片段的重叠,产生的片段在不加引物的情况下进行几轮PCR,通过随机的自身引导或在组装PCR过程中重 47 安徽农学通报,Anhu iAgri Sci Bu ll 2009,15(5) 作者简介:李强(1983-),男,辽宁抚顺人,硕士研究生,研究方向:分子遗传育种。*通讯作者 收稿日期:2009-01-15

比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术

进展评述 比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术 刘新1,2 应万涛1,2 钱小红1,23 (1军事医学科学院放射与辐射医学研究所 北京 100850;2北京蛋白质组研究中心 北京 102206) 摘 要 比较蛋白质组学是指在蛋白质组学水平上研究正常和病理情况下细胞或组织中蛋白质表达变化,以期发现具有重要功能的生物标识物,为疾病的早期诊断提供依据。近年来它正成为蛋白质组学研究的热点和发展趋势。比较蛋白质组学的研究方法和策略有多种,本文就最近几年来稳定同位素标记技术(体内代谢标记技术和体外化学标记技术)在比较蛋白质组学研究中的进展进行综述。 关键词 比较蛋白质组学 稳定同位素标记 体内代谢标记 体外化学标记 Application of Stable Isotope Labeling in Comparative Proteomics Liu X in1,2,Y ing Wantao1,2,Qian X iaohong1,23 (1Beijing Institute of Radiation Medicine,Beijing100850; 2Beijing Proteome Research Center,Beijing102206) Abstract C omparative proteomics is the research of protein expression changing between normal and pathological cell or tissue on the proteome level.P otential biomarkers w ould be discovered from the research by comparative proteomics, which will be helpful to the diagnosis and therapy of diseases.In the recent years,it has been becoming the hot spot of the proteomics research and many strategies used in comparative proteomics have been developed.During those approaches,the strategies based on stable is otopic labeling coupled with mass spectrometry have been extensively used and lots of success ful applications have been reported.In contrast to the traditional radioactive is otope labeling method,stable is otope labeling technique was not radioactive and the operation is simple.Metabolic labeling in viv o and chemical labeling in vitro are tw o parts of stable is otope labeling technique,which both have various advantages and disadvantages.This paper reviewed the progress of stable is otope labeling technique in comparative proteomics. K ey w ords C omparative proteomics,S table is otope labeling,Metabolic labeling in viv o,Chemical labeling in vitro 随着人类基因组精确图谱的公布,基因组功能的阐明已经成为生命科学研究中一项极重要的任务[1]。蛋白质是基因的最终产物同时也是基因功能的最终执行体,因而人类基因的表达及其功能有待于在蛋白水平上揭示。蛋白质组学的研究目的是分离和鉴定组织或细胞中的所有蛋白质。生物体在生长发育过程中,基因组是相对稳定的,而蛋白表达是高度动态变化的,并且具有严格调控的时间和空间特异性[2]。为了研究生物体在不同状态下表达的所有蛋白质的动态变化,比较蛋白质组学应运而生,即在蛋白组学水平上,研究在正常生理和病理状态,或受到不同的外部环境刺激下,或在突变等因素影响下,蛋白质表达的变化情况,以期发现生物体内关键的调控分子及与疾病相关的蛋白质标志物,最终为疾病的防诊治、新型疫苗的研发等提供理论依据。 为了研究蛋白质表达的动态变化,基因表达检测技术,如微阵列法[3]、DNA(脱氧核糖核酸)芯片法[4]等曾被广泛使用。这些方法虽然能够实现对mRNA(信使核糖核酸)进行定性和定量分析,但 刘新 男,27岁,博士生,现从事比较蛋白质组学研究。 3联系人,E2mail:qianxh1@https://www.sodocs.net/doc/ed11244049.html, 国家自然科学基金(20505019、20505018)、国家重点基础研究发展规划项目(2004C B518707)和北京市科技计划重大项目(H030230280190)资助项目 2006207220收稿,2006209221接受

蛋白质结构解析研究进展作业

《蛋白质结构解析研究进展》 一、蛋白质结构分类 人类对于进化的认识及蛋白质结构相似性比较的研究使蛋白质结构分类成为可能,而且近年来取得的研究进展表明,大部分蛋白质可以成功的分入到适当数目的家族中。目前国际上流行的蛋白质结构分类数据库基本上采取两种不同的思路,一种是数据库中储存所有结构两两比较的结果;第二种思路是致力于构建非常正式的分类体系。由于所有分类方法反映了各研究小组在探究这个重要领域的不同角度,所以这些方法是同等有效的。目前,被广泛应用的四种分类标准是:手工构造的层次分类数据库SCOP,全自动分类的MMDB和FSSP,和半手工半自动的CATH。 蛋白质结构自动分类问题可以被纳入机器学习的范畴,通过提取分析蛋白质结构的关键特征,构造算法来学习蕴含于大量已知结构和分类的数据中的专家经验知识,来实现对未知蛋白质结构的分类预测。目前,对蛋白质结构的不同层次分类,结果比较好的机器学习方法是:神经网络多层感知器、支持向量机和隐马尔可夫模型。支持向量机应用于分类问题最终归结于求解一个最优化问题。上世纪90 年代中期,隐马尔可夫模型与其他机器学习技术结合,高效地用于多重比对、数据挖掘和分类、结构分析和模式发现。多层感知器即误差反向传播神经网络,它是在各种人工神经网络模型中,在机器学习中应用最多且最成功的采用BP学习算法的分类器。 二、蛋白质结构的确定 蛋白质三维空间结构测定方法主要包括X射线晶体学分析、核磁共振波谱学技术和三维电镜重构,这三种方法都可以完整独立地在原子分辨水平上测定出蛋白质的三维空间结构。蛋白质数据库PDB中80%的蛋白质结构是由X射线衍射分析得到的,约15%的蛋白质结构是由核磁共振波谱学这种新的结构测定方法得到。 1、X射线晶体学

常见甜味剂

常 见 甜 味 剂 学生姓名: 学号: 公选课学号: 班级:

摘要:简述了甜味剂的发展概况,介绍了目前国内外常用的甜味剂种类,化学组成,特性,发展状况并展望了甜味剂的发展趋势。 关键词:甜味剂;食品添加剂;进展综述 甜味剂的使用可以追溯到史前蜂蜜的发现。科学研究已经表明, 人类对甜味剂的需求是先天的,而不是后天对环境要求的一种客观反应。五、六十年代以前的近一个世纪,食品工业中所用的甜味剂多半是蔗糖和来自石油化工产品的糖精。五、六十年代以后,在美国、欧洲及日本等国相继出现了甜蜜素、二肽甜味剂甜蛋白、乙酰磺胺酸钾以及阿力甜等甜味剂。由于人们对低热量减肥食品的需求日益高涨,使得高甜度甜味剂继续深入研究(例如毒性、生产方法及应用研究等) ,人们已经开始对能产生甜味的分子结构进行研究,以期发现新的超高甜度甜味剂。从某种程度上讲,一个国家的人均年消耗糖量可表现其国力或发展状况。据统计,发达国家人均年消耗糖量约为50~57Kg,发展中国家的人均年消耗糖量为9~19Kg,而我国人均年消耗糖量仅有6Kg。可以推断,随着国民经济的发展,人民生活水平的提高,对糖的需求量将有大幅度增加。在国际范围内,甜味剂的增长实际上是低卡甜味剂的增长。从美国近年来甜味剂人均年消耗量变化和1981~1990年糖的市场销售量的比例变化可以看出,甜味剂总销售量的增加实际上是低卡甜味剂销售的增加,而热卡甜味剂的销量基本持平。1981~1990的10年间,低卡甜味剂销量从7%上升到12%。低卡甜味剂销量的增加,表明人们对甜味剂需求的变化。甜味剂的种类很多,本文就一些常用和新型的甜味剂的特点和应用情况以及甜味剂的发展趋势作一概述。 甜味剂按其来源可以分为天然甜味剂和人工合成甜味剂。其中天然甜味剂还可以进一步分为糖质甜味剂与非糖质甜味剂。糖质甜味剂可以根据其化学性质的不同分为糖类和糖醇类,糖醇是糖经加氢(还原)后制得的。非糖质甜味剂也可分为配糖体和蛋白质两类。甜味剂的分类情况如下所示:糖类(如葡萄糖、果糖、木糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、低聚麦芽糖、大豆低聚糖、低聚果糖、高果糖浆等) 糖质甜味剂糖醇(如木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇等) 天然甜味剂配糖体(如甘草苷、甜叶菊苷、罗汉果提取物等) 非糖质甜味剂甜味剂蛋白质(如索马廷、植物甜蛋白等) 人工合成甜味剂(如糖精、甜蜜素、A - K、三氯蔗糖、阿斯巴甜、新橙皮苷二氢查耳酮、Sacralose、L actitl等) 有些甜味剂因具有某些特殊生理功能称为功能性甜味剂。功能性甜味剂包括低聚糖和多元糖醇。低聚糖是由2~10个单糖通过糖苷键连接起来的低度聚合糖,如低聚果糖、低聚麦芽糖、大豆低聚糖等。多元糖醇有山梨糖醇、麦芽糖醇十余种。 糖类:葡萄糖、果糖、木糖、蔗糖等 糖质甜味剂 糖醇类:木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇等天然甜味剂 甜味剂:蛋白质:索马廷、植物甜蛋白等 非糖质甜味剂 配糖体:甘草苷、甜叶菊苷等 甜味剂 人工合成甜味剂:精、甜蜜素、A - K、三氯蔗糖、阿斯巴甜等

质谱技术在蛋白质组学研究中的应用

第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) Journa l o fN anji n g Forestry Un i v ersity (Natural Sc ience Ed ition) V o.l 35,N o .1Jan .,2011 htt p ://www.n l dxb .com [do :i 10.3969/.j issn .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10KJ B220002) 作者简介:甄艳(1976)),副教授,博士。*施季森(通信作者),教授。E-m ai:l js h @i n jfu .edu .cn 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 * (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 Application of m ass spectro m etry i n proteo m ics studies Z HEN Yan ,SH I Jisen * (K ey Labo ra t o ry o f F orest G eneti cs and B i o techno l ogy M i n istry o f Educati on , N an ji ng Forestry U n i versity ,N an ji ng 210037,Chi na) Abstrac t :W ith the rap i d develop m ent o f pro teo m i cs ,m ass spec trom etry i s m aturi ng to be a po w erfu l too l and core tech -nology fo r proteo m ics st udies dur i ng the recen t years .The super i or ity o fm ass spectrom etry lies i n providi ng the through -pu t and the m olecu lar infor m ati on ,w hich no other techno logy can be m a tched i n proteom ics .In th i s rev ie w,w e m ade a g lance on the outli ne o fm ass spectrome try -based proteo m ics .A nd then w e addressed on t he advances o f data ana l y si s o f m ass spec trom etry -based proteom ics ,quantitati ve m ass spectro m etry -based pro teom i cs ,post -translati onal m odificati ons based m ass spectrom etry ,targeted proteo m ics and functiona l proteo m ics based -mass spectrome try .K ey word s :m ass spectrome try;proteo m ics ; quantitative pro teom i cs ; post -trans l ation m odifica ti on ; targ eted pro - teo m i cs ;f uncti ona l proteom ics 蛋白质组学(Pr o teo m ics)是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。 目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(electro spray ion izati o n,ESI )和基质辅助激光解析离子化(m a -tri x assisted laser desorpti o n i o nization ,MALD I)的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(ion trap ,I T),飞行时间(ti m e of fli g h,t TOF),串联飞行时间(TOF -TOF),四级杆/飞行时间(quadr upo le /TOF hybrids),离子阱/轨道阱(I T /orbitrap hybri d )和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /Four i e r transfor m ioncyclotron resonance m ass spectro m eters hybr i d s ,I T /FT M S),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化

蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的研究与进展

蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的研究与进展 蛋白质工程的研究与进展摘要: 蛋白质是生命的体现者,离开了蛋白质,生命将不复存在。蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期。它所取得的进展向人们展示出诱人的前景。 关键词:蛋白质工程;研究;进展;蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就,它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代,为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。 1、蛋白质工程 1.1蛋白质工程的定义所谓蛋白质工程,就是利用基因工程手段,包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造,以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。 1.2蛋白质工程的由来蛋白质工程是在基因工程冲击下应运而生的。基因工程的研究与开发是以遗传基因,即脱氧核糖核酸为内容的。这种生物大分子的研究与开发诱发了另一个生物大分子蛋白质的研究与开发。这就是蛋白质工程的由来。它是以蛋白质的结构及其功能为基础,通过基因修饰和基因合成对现存蛋白质加以改造,组建成新型蛋白质的现代生物技术。这种新型蛋白质必须是更符合

人类的需要。因此,有学者称,蛋白质工程是第二代基因工程。其基本实施目标是运用基因工程的DNA重组技术,将克隆后的基因编码加以改造,或者人工组装成新的基因,再将上述基因通过载体引入挑选的宿主系统内进行表达,从而产生符合人类设计需要的“突变型”蛋白质分子。这种蛋白质分子只有表达了人类需要的性状,才算是实现了蛋白质工程的目标。 1.3蛋白质工程的原理由于基因工程的发展,人们已经可以运用基因重组等理论和方法去设计并制造出预想的各种性能的蛋白质。这种改变蛋白质的操作可以在蛋白质水平上,也可以在基因水平上。如基因水平的改变,是在功能基因开发的基础上,对编码蛋白质的基因进行改造,小到可改变一个核苷酸,大到可以加入或消除某一结构的编码序列。蛋白质水平的改变则主要是对制造出的蛋白质进行加工、修饰,如磷酸化、糖基化等。蛋白质的化学修饰条件剧烈,无专一性,而基因操作则比较方便,在实施基因操作时,必须预先知道是哪个氨基酸或哪几个氨基酸影响着蛋白质的性状。就现代生物技术发展水平看,大量新蛋白质通过检测,来确定改变的蛋白质是否具有预期的性状,技术上已是可行的。 1.4蛋白质工程的基本途径目前,在蛋白质工程中最常采用的技术是定点诱变技术,即在特定的位点改变基因上核苷酸的种类,从而达到改变蛋白质性状的目的。蛋白质工程发展至当代,利用专一改

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