牛α S1-酪蛋白基因研究新進展

田 青

(江蘇食品職業技術學院,江蘇淮安 225009)

酪蛋白是牛乳中主要蛋白質,約占乳蛋白含量的80%,含有幾乎全部的必需氨基酸,且酪蛋白能增加幼畜對鈣和磷的吸收,是最有營養價值的蛋白質。牛乳中含有四種不同類型的酪蛋白,即α-酪蛋白(α s1-酪蛋白和α s2-酪蛋白),占酪蛋白總量的45%～55%;β-酪蛋白占25%～35%;k-酪蛋白占8%～15%;γ-酪蛋白占3%～7%。

1 as1- 酪蛋白(α s1-casein)基因介紹

α s1-酪蛋白(α s1-casein)是牛奶蛋白中含磷蛋白質之一,也是α-酪蛋白中一個重要組分,它占牛奶中總蛋白量的39%～46%。牛α s1-酪蛋白基因和K-酪蛋白基因是牛乳腺組織中轉錄相當活躍的兩個功能基因。α s1-酪蛋白基因結構長達17.5 kb,國內已成功克隆了牛α s1-酪蛋白基因5'端及其上游區和部分3'端編碼區的序列,發現在幾處位點存在點突變,即A、B、C、D、E。B型變異在歐洲家牛奶中出現最多;C在瘤牛和牦牛中占主導地位。

2 as1-酪蛋白遺傳多態性研究

(Nagao等,1984)[1]首次報道了aSl-CN的cDNA全序列,其開放閱讀框包含573個核苷酸。(白文林等,2005)[2]利用PCR-RFLP技術檢測了天祝白牦牛α s1-酪蛋白基因部分序列的遺傳多態性,結果表明天祝白牦牛群體α s1-酪蛋白基因表現單態。(張才駿等,2000)[3]對青海省4個品種560頭牛乳中的α s1-酪蛋白進行了電泳研究,結果發現青海牛乳中α s1-酪蛋白基因座受α s1-CNB,α s1-CNC,α s1-CND 和α s1-CNE4個等位基因的控制,有α s1-CNBB,α s1-CNBC,as1-CNBD,α s1-CNBE,α s1-CNCC和α s1-CNCD6種基因型;同時在青海東部黃牛中發現一種新等位基因α s1-CNE和一種罕見等位基因α s1-CND。(祁宏等,2009)[4]發現截至2009,牛aSl酪蛋白共發現有9種變異體,由核苷酸非同義替換、插入或缺失及外顯子跳躍造成。牛as-酪蛋白蛋白質序列及DNA序列的高度差異性揭示其編碼基因可能是一個高速進化的基因家族。as1-酪蛋白基因與泌乳性狀之間的關聯性可以用基因調控區,特別是轉錄因子結合位點存在突變位點來解釋,即基因調控元件核酸序列的變異會導致轉錄效率的改變,增加或減少mRNA的豐度,因此導致生產的乳蛋白量存在差異。

(Chianese L,etal 2009)[5]采用免疫電泳技術、色譜技術和質譜分析相結合的方法,研究了意大利南部地中海水牛酪蛋白遺傳多態性,與as1-酪蛋白變體A相比發現了一種新的as1-酪蛋白變體B,這種等位基因的頻率和地中海水牛奶中決定干酪的因子(MBC)非常相近,是一種唯一來源于地中海水牛品種原料乳的原產地保護奶酪(PDO),不管在牛奶中還是在奶酪中,這兩種變體的相對比例都可以作為判定PDO MBC奶酪真實性的指標。

3 as1-酪蛋白生物活性肽的研究進展

3.1 酪蛋白抗菌肽的抗菌作用

目前來源于as1-酪蛋白的抗菌肽有兩種,一種是(lahov,1996)[6]研究發現的Isracidin,其氨基酸序列為NH2-Arg-pro-Lys-His-Pro-Ilu-Lys-His-Gln-Gly-Ieu-Pro-Glu-Gln-Val-Leu-Asn-Glu-Asn-Ieu-Ieu-Arg-Phe-COOH,Isracidin對葡萄球菌、八疊球菌、枯草桿菌、肺炎雙球菌、化膿鏈球菌具有強的抑制作用。

另一種是(McCann K.B.etal2006)[7]用胃蛋白酶、胰蛋白酶、a-糜蛋白酶、b-糜蛋白酶對牛酪蛋白進行水解所得到的CP1,并對其抗菌活性進行了評估。胃蛋白酶消化牛酪蛋白表現出抗菌活性,用反相高效液相色譜分析法和電噴射電離質譜分析法對抗菌肽進行分離和特征鑒定,發現了兩種抗菌肽:一種(CP1)與牛as1-酪蛋白99～109殘基相符合,另一種是以前報道的(CP2)與牛as2-酪蛋白183～207殘基相符合。CP1、CP2的最低抑菌濃度(MIC)與一系列的細菌培養有關,CP1對所有革蘭氏陽性菌的最低抑菌濃度(MIC)為125 mg/mL,對革蘭氏陰性菌的MIC范圍在125～41 000 mg/Ml;CP2普遍對革蘭氏陽性菌更有效,MIC為21 mg/mL,對大多數革蘭氏陰性菌的MIC范圍是332～4 664 mg/mL。

3.2 酪蛋白磷酸肽的作用

(李勇競等,2005;尤麗菊,2008;孫延春,2011)[8-10]發現,CPPs(酪蛋白磷酸肽)有α和β兩種構型,前者由α-酪蛋白水解分離純化生成,其主要功能區是α S1-(59～79)5P。它的生理功能多樣,在中性或弱堿性環境中,CPPs既可以抵抗消化道中各種酶的水解,又可以與鈣結合成可溶物,從而防止鈣形成磷酸鈣沉淀,同時還可以有效地延長鈣在體內的滯留時間,從而促進腸道對礦物元素的吸收,促進牙齒骨骼中鈣的沉積和鈣化,從而起到防齲齒的作用,還可以起到促進動物體外受精、增強免疫力、還可以誘導細胞凋亡起到抗腫瘤的作用。(周根來等,2011)[11]研究發現酪蛋白磷酸肽對斷奶仔豬生長有一定的促進作用,能提高仔豬的免疫功能。(王永勝等,2007)[12]研究發現,添加 0.1%和 0.5%CPPs能顯著提高肉仔雞新城疫抗體效價,同時,0.5%CPPs還能顯著提高肉仔雞血清 IgA含量和外周 T-淋巴細胞轉化率。(王艷青等,2008)[13]研究發現,日糧中添加0.1%或0.5%CPP,能顯著提高肉仔雞對鈣、鐵、鋅和錳的吸收利用。目前在食品工業中、藥物中和動物生產中已經作為功能性成分而得到了應用。

3.3 血管緊張素轉化酶活性抑制肽的作用

血管緊張素轉化酶(ACE)其主要作用是將血管緊張素Ⅰ(Ang I)轉換為血管緊張素Ⅱ,而后者是一種強烈的血管收縮物質,從而使得血壓升高;而血管緊張素轉化酶活性抑制肽可以使ACE的活性降低,從而使血管舒張,降低血壓。ACE抑制肽是當今治療高血壓與心力衰竭主要的有效藥物,其具有降低血壓、抗動脈粥樣硬化、調整血脂紊亂等功效[14]。

(WANG Zhan-li,etal.2011)[15]用計算機輔助方法研究了牛奶酪蛋白血管緊張素轉化酶(ACE)活性抑制肽,偶然發現了一個IC50值為20.85μ mol L-1有效抑制活性肽段(P1),此肽包含一個單一序列Lys-Val-Leu-Ile-Leu-Ala,這是一種新的具有降血壓作用的活性肽。

4 as1-酪蛋白的應用前景展望

目前我國已經成為世界上最大的乳品凈進口國,這意味著牛奶的消費量將且必將進一步的增大,牛奶的產量和質量在各領域專家和工作者的共同努力下將進一步的增加和提高。因此,利用奶牛as1-酪蛋白基因和牛奶中as1-酪蛋白的活性肽來提高動物和人的免疫力,改善動物健康,增加產品產量和飼料營養物質利用率是一種最為經濟的資源,這也將成為以后研究的熱點和重點。

[1] Nagao M,Maki M,Sasaki R,et al.Cloning and sequence analysis of bovine asl-casein cDNA clone[J].Ag ric Biol Chem,1984,48:1663-1667.

[2] 白文林,鄭玉才,尹榮煥,等.天祝白牦牛α s1-酪蛋白基因和k-酪蛋白基因的PCR-RFLP研究[J].湖北農業科學,2005,3:15-18.

[3] 張才駿,張海峰,鄧生棟,等.青海牛乳中α s1-酪蛋白的電泳研究[J].青海畜牧獸醫雜志,2000,30(2):3-6.

[4] 祁 宏,苗永旺.牛as1-酪蛋白基因變異及其與生產性狀的關系[J].中國牛業科學,2009,35(4):39-44.

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[11] 周根來,楊曉志,高勤學,等.酪蛋白磷酸肽對斷奶仔豬生長性能和免疫功能的影響[J].江蘇農業科學,2011,1:253-255.

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[13] 王艷青,王永勝,馬立保.酪蛋白磷酸肽(CPP)對肉仔雞礦物質代謝的影響[J].中國糧油學報,2008,23(4):179-184.

[14] 許金光,楊智超,劉長江,等.血管緊張素轉化酶抑制肽的研究進展[J].食品工業科技,2011,32(5):425-428.

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