蛋白組學(xué)及其在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用

王延麗，楊 震

（赤峰學(xué)院 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

蛋白組學(xué)及其在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用

王延麗，楊 震

（赤峰學(xué)院 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在我國的人們生活當(dāng)中，出現(xiàn)了很多蛋白組學(xué).并且隨著人們物質(zhì)生活的不斷豐富，對(duì)于食品安全科學(xué)的問題也變得越來越重視，因此在現(xiàn)階段的研究過程當(dāng)中，出現(xiàn)了蛋白組學(xué)來為有效的解決生命科學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中的很多問題，集中體現(xiàn)在了食品品質(zhì)與安全食品問題等方面當(dāng)中，成為了其檢測食品科學(xué)問題的有力工具.在本文當(dāng)中首先對(duì)蛋白組學(xué)進(jìn)行了概述；其次對(duì)蛋白組學(xué)在研究過程當(dāng)中的主要研究技術(shù)進(jìn)行了分析；最后針對(duì)其蛋白組學(xué)在食品科學(xué)研究中應(yīng)用進(jìn)行了分析.

蛋白組學(xué)；食品科學(xué)；應(yīng)用

在我國現(xiàn)階段的民生問題當(dāng)中，食品安全問題是一個(gè)相當(dāng)重要的問題，對(duì)于我國的食品科學(xué)知識(shí)的教育有著很重要的作用.因此在此種情況下，蛋白組學(xué)的研究便應(yīng)用而生，已經(jīng)成為了一種先進(jìn)的生物技術(shù).在現(xiàn)代科技的發(fā)展過程當(dāng)中，基因組的研究也得到了全面的研究，并且逐漸的轉(zhuǎn)向了生命科學(xué)的分子方向研究，來自對(duì)生物體當(dāng)中的日常工作的新陳代謝進(jìn)行探究，最終保證人民的食品安全問題得到最大限度的保障.

1 蛋白組學(xué)概念

蛋白質(zhì)組(proteome)，即為對(duì)基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)進(jìn)行科學(xué)的表示，其中可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種蛋白質(zhì)的良好修飾.在對(duì)蛋白質(zhì)組的研究過程當(dāng)中，可以進(jìn)行兩個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行研究，其一為對(duì)蛋白質(zhì)的表達(dá)模式所進(jìn)行的研究，其二為對(duì)蛋白質(zhì)組當(dāng)中所呈現(xiàn)出的功能模式所進(jìn)行的研究.在現(xiàn)階段當(dāng)中，需要對(duì)其蛋白組學(xué)當(dāng)中所呈現(xiàn)出的相互內(nèi)容進(jìn)行研究，其中包括蛋白質(zhì)的發(fā)現(xiàn)與功能的明確、蛋白質(zhì)翻譯后的修飾特征、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、蛋白質(zhì)活性的調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)的相互作用及其構(gòu)象研究、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)分析以及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)分離、蛋白質(zhì)的表達(dá)分析以及生物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與代謝途徑分析等多種內(nèi)容.

2 蛋白組學(xué)在研究過程當(dāng)中的主要研究技術(shù)

在我國現(xiàn)階段的研究技術(shù)當(dāng)中，可以利用多種方式來對(duì)其進(jìn)行研究，其中分別是蛋白質(zhì)組分分離技術(shù)、蛋白質(zhì)組分的鑒定技術(shù)、利用蛋白質(zhì)信息學(xué)進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能分析及預(yù)測.在本文中，主要對(duì)雙向電泳質(zhì)譜(2-DE-MS)技術(shù)、多維色譜–質(zhì)譜聯(lián)用(MudPIT)技術(shù)以及SELDI-TOF-MS技術(shù)和蛋白質(zhì)信息學(xué)來進(jìn)行分析和研究.

2.1 雙向電泳質(zhì)譜(2-DE-MS)技術(shù)

在雙向電泳技術(shù)當(dāng)中，主要是利用一種對(duì)復(fù)雜蛋白質(zhì)的分離方式來實(shí)現(xiàn)的，在此種方式的應(yīng)用過程當(dāng)中，首先需要在蛋白質(zhì)自身的電點(diǎn)不同的情況下來對(duì)蛋白質(zhì)做出有效的分離，可以被稱之為電聚焦，通過固定pH梯度技術(shù)(IPG)可以實(shí)現(xiàn)非常精確的蛋白質(zhì)分離并具有高度的可重復(fù)性.其次就需要根據(jù)蛋白質(zhì)自身當(dāng)中的分子質(zhì)量的大小來對(duì)其進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離，形成一個(gè)蛋白質(zhì)的點(diǎn)圖譜，從而對(duì)其蛋白質(zhì)點(diǎn)的飽和度做出充分的顯示.

2.2 多維色譜–質(zhì)譜聯(lián)用(MudPIT)技術(shù)

在多維色譜–質(zhì)譜聯(lián)用(MudPIT)技術(shù)的應(yīng)用過程當(dāng)中，主要是根據(jù)其中的胰蛋白酶消化的情況來對(duì)其中的特性做出分析的，其中多產(chǎn)生多肽在一定程度上會(huì)不斷的進(jìn)行強(qiáng)陽離子的交換.在此種情況下，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中樣品進(jìn)行標(biāo)記對(duì)照，利用大量的對(duì)比和分析來對(duì)其中存在的蛋白組的定量信息做出搜集和分析.之后就可以對(duì)標(biāo)記過的多肽進(jìn)行添加到蛋白質(zhì)的消化混合物當(dāng)中，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多肽回收率的有效測定.在此種方式的應(yīng)用過程當(dāng)中，其中的速度是相對(duì)較高的，并且其靈敏度也是相對(duì)較快，并且在方法的通用性方面也是相當(dāng)高的.

2.3 SELDI-TOF-MS技術(shù)

在SELDI技術(shù)當(dāng)中，主要是利用離子交換柱或LC的介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)的有效分離，并且在對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分離之后，其中所具有的芯片就會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)當(dāng)中所具有的抗體以及底物等多種物質(zhì)進(jìn)行單個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)蛋白的信息提取.因此在利用此種方式進(jìn)行提取的過程當(dāng)中，可以最大限度的實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜蛋白質(zhì)樣品的有效提取和分離，從而獲得富集蛋白質(zhì)的亞群信息，最終對(duì)蛋白質(zhì)當(dāng)中的圖譜信息作出有效的研究.在此種方式和方法當(dāng)中，其中應(yīng)用到的設(shè)備是相當(dāng)簡單的，并且在對(duì)樣品的復(fù)雜性方面的要求也有了一定程度的減少，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛋白質(zhì)表面特征的快速提取.

2.4 蛋白質(zhì)信息學(xué)

在生物信息學(xué)(Bioinformatics)的研究當(dāng)中，主要是利用對(duì)生物學(xué)的一系列研究，來自實(shí)現(xiàn)對(duì)生物數(shù)據(jù)的有效獲取，其中包括對(duì)數(shù)據(jù)的獲取、加工、存儲(chǔ)、檢索以及分析等.在對(duì)蛋白質(zhì)的編碼序列進(jìn)行獲取的過程當(dāng)中，可以最大限度的實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白功能數(shù)據(jù)的有效搜集.在蛋白質(zhì)的信息學(xué)研究過程當(dāng)中，可以對(duì)蛋白質(zhì)組的分析起到一個(gè)良好的推動(dòng)作用，一方面可以將獲取到的數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)庫當(dāng)中存在的數(shù)據(jù)庫信息作出對(duì)比，從而對(duì)蛋白質(zhì)當(dāng)中的未知的功能進(jìn)行發(fā)現(xiàn).另外一方面，也可以通過對(duì)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)的分析，來對(duì)其功能作出預(yù)測.一般情況下，在蛋白質(zhì)的組學(xué)當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)大量的復(fù)雜數(shù)據(jù)，因此需要根據(jù)其大量的復(fù)雜的數(shù)據(jù)來對(duì)其蛋白質(zhì)當(dāng)中所具有的功能作出分析，其中包括表型以及結(jié)構(gòu)基因組和功能基因組數(shù)據(jù)等.由此可見，在對(duì)蛋白質(zhì)組的分析過程當(dāng)中，其數(shù)據(jù)搜集和合并是一個(gè)主要的任務(wù)，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)來對(duì)蛋白質(zhì)的信息作出分析，比如蛋白質(zhì)的順序、核苷酸順序、雙向凝膠電泳、三維結(jié)構(gòu)、翻譯后的修飾、基因組及代謝數(shù)據(jù)庫等.

3 蛋白組學(xué)在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用

在蛋白組學(xué)的應(yīng)用過程當(dāng)中，得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用和研究，在本文當(dāng)中分為以下幾個(gè)方面進(jìn)行了分析：

首先在糧油食品的應(yīng)用過程當(dāng)中，主要可以對(duì)糧食的作物產(chǎn)量以及其糧食的品質(zhì)做出充分的研究，集中體現(xiàn)在糧油食品的的農(nóng)作物性狀方面當(dāng)中.通過其蛋白質(zhì)組的研究，可以對(duì)現(xiàn)有的農(nóng)作物性狀做出一定程度的改變，在其產(chǎn)量、抗倒伏以及對(duì)病蟲害的抵抗方面都有著相當(dāng)重要的影響.在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中，如果對(duì)大豆種子進(jìn)行蛋白組的分析和干預(yù)，可以充分的發(fā)現(xiàn)其中的所含有硫的氨基酸的濃度是相對(duì)較高的，從而度大豆蛋白的產(chǎn)量有一個(gè)全面的提高.比如在對(duì)小麥的生長過程當(dāng)中在所含有的蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析的話，在含有氮肥相對(duì)較多的小麥的產(chǎn)量是相對(duì)較多的，并且其中的籽粒的數(shù)量和飽滿程度均要明顯增加.

其次在肉類食品當(dāng)中的應(yīng)用當(dāng)中，主要體現(xiàn)在了生物肌肉的生長過程當(dāng)中，其中對(duì)于紅肌和白肌纖維所起到的作用差異較大.在肌肉纖維的生長過程當(dāng)中，纖維自身當(dāng)中所具有的性狀對(duì)于肉類食品來說，其影響是相當(dāng)大的.因此，在分析研究的過程當(dāng)中，可以對(duì)肌肉的生長模型進(jìn)行描述，從而對(duì)其肌肉纖維的生長情況以及肉質(zhì)之間所存在的關(guān)系作出分析和掌握了解.比如對(duì)雞胸脯纖維的蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究的時(shí)候，需要對(duì)雞在各生長時(shí)期當(dāng)中會(huì)呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律進(jìn)行研究；對(duì)牛骨骼肌進(jìn)行研究的過程當(dāng)中，如果出現(xiàn)了過渡生長的情況，則充分說明了其中的肌肉蛋白質(zhì)的基因生長情況發(fā)生了變化.與此同時(shí)，還要注意的是，在動(dòng)物屠宰之后，其中自身的肌肉纖維也會(huì)對(duì)其品質(zhì)產(chǎn)生一定程度的影響，因此在研究的過程當(dāng)中，需要對(duì)不同的時(shí)期肌肉纖維當(dāng)中的新陳代謝做出研究，從而最大限度的保證其肉質(zhì)品質(zhì)的提升.

另外，在水產(chǎn)食品儲(chǔ)藏中的應(yīng)用當(dāng)中，一般情況下，在人們常見的水產(chǎn)食品種類當(dāng)中，魚類、貝殼類、無脊椎動(dòng)物類等水產(chǎn)食品的食品安全是相當(dāng)重要的，在研究的過程當(dāng)中需要對(duì)現(xiàn)代蛋白質(zhì)組學(xué)當(dāng)中的方式進(jìn)行全面的利用，來對(duì)其水產(chǎn)食品的存儲(chǔ)以及加工的過程當(dāng)中所呈現(xiàn)出來的品質(zhì)變化狀態(tài)做出分析和研究.比如在對(duì)鱈魚的肌肉當(dāng)中的蛋白質(zhì)圖譜進(jìn)行繪制的過程當(dāng)中，需要對(duì)不同冷藏狀態(tài)下的肌肉做出分析，在不同的存儲(chǔ)時(shí)間的影響下，對(duì)鱈魚肌肉纖維當(dāng)中所具有的肌漿球蛋白、激動(dòng)蛋白、醛縮酶A等物質(zhì)來進(jìn)行觀察.

最后還要對(duì)在乳品食品當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，在乳品食品當(dāng)中，所含有的蛋白質(zhì)的含量是相對(duì)較多的，因此在蛋白質(zhì)自身的水解變性程度方面也會(huì)對(duì)乳品的品質(zhì)產(chǎn)生重要的影響.在對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行水解之后，其中所含有的肽類物質(zhì)就成為了乳品自身味道的關(guān)鍵部分，其中所具備的獨(dú)特的蛋白質(zhì)組學(xué)特性都起到了相當(dāng)重要的作用.如果將蛋白質(zhì)編碼中的幾個(gè)關(guān)鍵基因刪除，對(duì)于其中的所存在的β-酪氨酸末端就會(huì)在很大程度上出現(xiàn)10個(gè)殘基的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的現(xiàn)象，因此對(duì)于細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)能力會(huì)產(chǎn)生下降的現(xiàn)象.與此同時(shí)，在對(duì)乳品食品的研究過程當(dāng)中，可以發(fā)現(xiàn)其中的幾種嗜熱乳酸類細(xì)菌的蛋白質(zhì)在發(fā)酵之后進(jìn)行水解之后的提取蛋白質(zhì)，也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，其中所具備的水解能力是相當(dāng)強(qiáng)烈的，并且物質(zhì)當(dāng)中所含有的磷酸肽的蛋白質(zhì)則無法被水解.比如對(duì)酸奶進(jìn)行研究的過程當(dāng)中，其中所具備的乳酸菌以及益生菌也是相當(dāng)多的，需要對(duì)不同的菌株在不同的情況下所出現(xiàn)的蛋白質(zhì)數(shù)量以及種類進(jìn)行研究.

4 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代化的食品安全研究的過程當(dāng)中，蛋白組學(xué)的出現(xiàn)為食品科學(xué)的研究指明了很大程度的方向，同時(shí)也為食品科學(xué)的研究奠定了相當(dāng)良好的發(fā)展平臺(tái).蛋白組學(xué)的出現(xiàn)為蛋白質(zhì)功能的出現(xiàn)提供了重要的突破口，利用對(duì)蛋白組學(xué)的研究，可以充分的實(shí)現(xiàn)對(duì)食品種類、品質(zhì)、功能以及安全等多個(gè)方面的蛋白質(zhì)生理機(jī)制以及結(jié)構(gòu)功能的全面保障.在未來的研究過程當(dāng)中，對(duì)于基因以及蛋白質(zhì)組的功能需要不斷的發(fā)揮其作用，充分的利用其蛋白組學(xué)的研究提高食品安全，在改善食品制作以及儲(chǔ)存條件的同時(shí)，還可以對(duì)食品的口感以及營養(yǎng)程度進(jìn)行不斷的提高.

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Q51

A

1673-260X（2017）09-0012-02

2017-06-02